某料場安全高效爆破施工技術研究與應用

王樹祥

(葛洲壩易普力四川爆破工程有限公司, 四川 康定市 626001)

0 引 言

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內,是以單一發電為主的大型水庫電站,為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站,工程區地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km河段上。大壩1679 m高程以下上游干砌塊石護坡石料全部由響水溝石料場供應。響水溝石料場位于響水溝溝口,距壩址約3.5 km。地形形態為一山包,三面臨空,分布高程1545～1885 m,地形坡度40°～50°,總儲量為2148.9萬m3,工程施工存在以下難點：

(1)保證大量的上壩料供應：開采強度高,月平均開采強度將達25.5萬 m3/月,高峰強度約56萬m3/月。

(2)石料粒徑控制嚴格,需要根據料源相關技術要求進行級配料開采。

(3)地形險峻,料場存在高邊坡,高邊坡安全管理難度大。

(4)料場緊鄰公路,爆破施工安全管理難度大。

從石料場安全、經濟的臺階參數選擇,合理選擇配置鉆孔設備,不斷優化爆破參數、裝藥結構和爆破網絡,根據料源要求進行個性化設計,使得爆破效果、料石產量滿足筑壩需求,同時合理的邊坡穩定控制爆破設計是確保石場永久邊坡長期穩定的關鍵。

1 關鍵施工方法

根據爆破成本構成,建立石料場爆破成本模型：

式中,Ct為單位方量巖石爆破成本;Cd為鉆孔成本;Ce為炸藥成本;Cm為起爆器材成本;C0為人工和輔助材料成本。

根據爆破設計優化原理看出,單位方量爆破的鉆孔進尺,起爆器材消耗數量會隨臺階高度增加而減少,并且利于人工成本的控制。現場節理裂隙發育不充分,巖石比較均勻穩定,結合施工設備現狀,以臺階設計高度15 m進行石料開采,受制于石料場開采邊界條件,前期石料需求量大,施工強度較高,為保證開采連續均衡協調地進行,多個工作平臺同時作業,保證設備資源合理配置,采用自上而下分臺階的順序進行開采。

石料質地堅硬,松動爆破開采滿足采裝設備施工需求。常規石料爆破采用深孔臺階爆破技術,充分發揮深孔臺階爆破技術的優越性,滿足料場開采質量安全和進度要求,為保證邊坡穩定和美觀,邊坡采用預裂爆破技術;大塊石料、級配石料采用控制爆破技術,周邊環境復雜地段采用控制爆破技術,以滿足料場開采不同部位、不同條件下的施工要求。

根據料場開采規模、施工特點選配高風壓潛孔鉆機CM351中型鉆孔設備,可滿足料場大方量開采鉆孔施工能力要求。為控制爆破震動和確保開采料質量,爆破網絡采用微差爆破技術、逐孔起爆技術。

2 深孔梯段爆破設計

裝藥結構主要采用連續耦合裝藥,巖性變化較大的特殊地段和特殊環境下可采用分段裝藥結構。巖層爆破起爆雷管為高精度雷管時,起爆藥包置于裝藥的底部,采用反向起爆。石料場開采的建筑材料類型主要有堆石料、過渡料、壩坡護坡塊石料等。按合同及砂石系統技術要求,堆石料最大粒徑小于100 cm,過渡料最大粒徑小于30 cm。爆破設計參數如表1所示。

為降低爆破震動,改善爆破效果,提高鏟裝效率,巖石爆破起爆網絡主要采用高精度導爆管雷管“逐孔爆破”技術。“逐孔爆破”技術的主要特點是各個炮孔都能按照爆破設計的延期時間順序起爆,為每個炮孔創造更多的自由面,爆破應力波反射充分,同時充分利用炸藥能量的疊加,使巖石發生多次碰撞,最大程度地改善礦巖的破碎效果。高精度雷管由于其延時精度高,配合不同間隔時間的地表延期雷管,能方便地實現大規模的逐孔延時順序起爆,由于“逐孔爆破”能夠最大限度地把總裝藥量在時間和空間上分開。孔內雷管采用400～500 ms,孔外孔間采用65,42 ms延時雷管,排間采用100,65 ms延時雷管。

在爆破震動要求不是很嚴格的部位,可采用非電導爆管微差起爆網絡,根據實際情況,可采用排間、波浪式、V型、梯形、對角線、等微差起爆順序,可采用非電導爆管接力網絡。

3 預裂爆破設計

因料場分臺階開采,存在永久高邊坡安全管理問題,為了保證邊坡平整、穩定和美觀,確保開采安全順利進行,預裂爆破被普遍認為是解決邊坡穩定性的有效措施,石料場永久邊坡采用預裂爆破技術。

預裂爆破是沿設計邊坡境界開挖面,鉆鑿一排間距較小的密集炮孔,每孔裝入少量炸藥,在開采區主炮孔爆破之前先起爆,從而使巖體沿預裂孔聯線形成一定寬度的裂縫,以此來隔離或降低主炮孔爆破產生的應力波和地震波對邊坡的作用。同時由于預裂孔不耦合裝藥,預裂孔爆破對邊坡的影響程度和范圍大大減小,可以形成一個光滑平整的開挖邊界面,大大減少爆破次生裂隙和邊坡危石,從而提高邊坡的穩定性。光面爆破裝藥結構如圖1所示。

表1 梯段爆破參數

圖1 預裂爆破裝藥結構圖(孔深15.7 m)

鉆孔施工時,鉆機必須按“對位準、方向正、角度精”三要點安裝鉆機,以控制鉆孔精度。炮孔裝藥前應對全部炮孔進行查驗,吹凈孔內殘渣和積水,排不干積水的炮孔,爆破器材應有防水措施。嚴格按設計參數做好藥包加工,將藥卷與導爆索綁在一起再綁在竹片上,形成藥串。多人將加工好的藥包輕輕抬起,慢慢地放入孔內,使有竹片的一側靠近保留區的一側,裝藥到位后,用編織袋、紙團等松軟物質蓋在藥柱上,然后用沙、巖粉等松散材料逐層堵塞搗實。嚴格按設計要求網絡進行連接和檢查,導爆索網絡連接形式可采用搭接、扭結、水手結、T型結等形式。預裂爆破規模較大時,可以采用分段起爆。

4 壩坡護坡塊石料爆破

根據料場石料供應要求,需要一定量的干砌塊石料和干砌石護坡石料,采石場石料的飽和抗壓強度應大于60 MPa,粒徑為400～800 mm。為滿足塊石質量要求,需采取特殊爆破控制措施,確保塊石質量滿足工程需求。

(1)縮減孔排距,孔排距比正常爆破縮減1/3。

(2)采用不耦合裝藥、分段裝藥結構,以降低作用于炮孔壁的爆轟壓力,減小巖石爆破粉碎圈。現場采用Ф140 mm鉆機鉆孔,Ф70 mm藥卷裝藥,并采用空氣間隔分段裝藥。

(3)減小爆破排數,數量控制在1～2排,在條件允許下可采用排間起爆。

(4)適當縮減炸藥單耗,將炸藥單耗縮減至0.30～0.40 kg/m3。

5 結 論

采用高臺階梯段爆破施工技術,對爆破孔網參數靈活設計,爆破開采的各類石料的數量、質量可滿足電站大壩工程建設所需的石料。采用預裂控制爆破技術,有效減小石料場的爆破震動,形成永久邊坡,利于場區邊坡穩定。臨近公路爆破時采取控制爆破措施,對公路進行交通管制,爆破后及時清理坡面危石和路面,有序推進現場工作。