航電樞紐大型基坑弱擾動控制性爆破技術研究

戴良輝 王健 李鑫 周閩

摘? ?要：航電樞紐工程建設需進行大型基坑開挖，大部分為巖質邊坡，需進行爆破開挖。為保證巖石邊坡在爆破過程中的穩定性，對基坑圍巖采用預裂爆破、深孔爆破、緩沖孔爆破以及保護層淺孔爆破相結合的爆破施工方法，進行了大型基坑弱擾動控制性爆破技術研究。現場爆破試驗取得了符合設計要求的爆破施工方案及鉆爆參數，可為類似工程提供借鑒和參考。

關鍵詞：基坑? 弱擾動? 爆破? 施工技術

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0045-03

Abstract：Large-scale foundation pit excavation is needed in the construction of navigation and power junction project， most of which are rock slopes and need blasting excavation. In order to control the stability of slope and reduce the damage to bedrock caused by blasting， the blasting construction methods of pre-splitting blasting， deep-hole blasting， buffer-hole blasting and shallow-hole blasting of protective layer were used to study the weak disturbance controlled blasting technology of large foundation pit. Field blasting test has obtained blasting construction scheme and drilling and blasting parameters that meet the design requirements， which can provide reference for similar projects.

Key Words： Foundation pit; Weak disturbance; Blasting; Construction technology

1? 工程概況

贛江井岡山航電樞紐地處贛江中游河段，江西省吉安市境內，壩址集水面積40481km2，壩軸線總長1070.3m。本工程中的電站廠房設計在河床右側主河道，其中廠房機組壩段原河道地面高程▽55.5～▽59.60m，設計建筑基面高程為▽34.30m，基坑開挖深度達25.30m，設計開挖邊坡坡比1：0.5。建基巖體為紫紅～紫灰色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、夾砂巖、砂礫巖，主要屬軟巖，巖體主要為Ⅳc類。根據本工程地質勘察報告和設計圖紙，廠房基坑基礎開挖工程量為：覆蓋層52.1萬m3，石方明挖31.0萬m3。

2? 爆破試驗設計

2.1 爆破方案

要使爆破設計付諸實施，并取得良好的爆破效果，在正式進行爆破施工前，需對爆破設計方案進行預爆試驗驗證。通過對預爆效果進行評估，進一步調整相關鉆爆參數，優化裝藥結構，以達到最佳的施工效果[1-2]。所以，在基坑開挖前，必須進行爆破試驗，逐步調整鉆爆參數。爆破試驗區選擇在樁號為Y0+820.6～Y0+837.6m的基坑開挖段（先鋒槽位置），以便先鋒槽左、右兩側還可利用破碎錘、耕地機等同時進行開挖。根據航電樞紐廠房基坑位置處的地質條件，按照《水工建筑物巖石基礎開挖施工技術規范》（DL/T5389—2007）[3]，采取深孔臺階爆破、邊坡預裂爆破、緩沖孔爆破和保護層爆破相結合的方法，爆破區域斷面如圖1所示。爆破試驗具體內容如下：

（1）根據不同的鉆爆方法，確定合理的鉆孔參數;

（2）選擇合適的炸藥品種，確定巖石合理的單耗藥量;

（3）確定合理的裝藥結構形式（耦合/不耦合裝藥）和起爆網路形式。

2.2 爆破參數確定

2.2.1 深孔臺階爆破

根據巖石性質和工程設計要求，深孔臺階爆破參數如下：（1）底盤抵抗線W按25～40倍鉆孔直徑設計，取值3.0m;（2）孔深H取6～7m，超鉆深度h=（0.15～0.35）W，取h =0.5m;（3）孔距a=mW，m為密集系數，通常m=1～2，軟巖取較大值，因此孔距取為4m;（4）排距b=W，取值3.0m;（5）鉆孔斜度取1：0.15（即水平角約82o）;（6）堵塞長度L0=（0.8～1.0）W，取2.5m;（7）炸藥單耗q：參考相關工程資料，選定q=0.3kg/m3;（8）單孔裝藥量Q=qabH=0.3×4×3×6=21.6kg。裝藥結構采用連續耦合裝藥，其示意圖如圖2所示。

2.2.2 緩沖孔爆破

緊鄰設計邊坡的最后一排爆破孔，宜采用緩沖爆破的方法，即減小孔徑、減小抵抗線、減小孔距、減小裝藥量。該排炮孔到預裂面的距離選取不當，會導致爆破效果惡化;一般均是通過工程類比及現場試驗的方法合理確定該值。緩沖孔孔徑D=90mm，孔深2m，堵塞長度不小于0.2m。本工程緩沖孔至預裂孔的距離取為2.0m，緩沖孔間距為1.5～2.0m，主爆孔至緩沖孔的距離為3.0m。緩沖孔炸藥單耗q為0.30kg/m3，單孔裝藥量Q=qabh=0.3×2×1.5×2.0=1.8kg。緩沖孔爆破采用連續不耦合裝藥結構，藥卷直徑d=70mm，爆孔裝藥結構示意圖如圖3所示。

2.2.3 邊坡預裂爆破

在進行主爆區作業之前，需要預先在邊坡輪廓線處形成一條貫穿裂縫，用以保證基坑開挖邊坡的穩定和獲得平滑的爆破截面，采用預裂爆破的方法可以達到很好地預期效果。本工程設計的預爆孔孔徑D=90mm，孔深8.5m，堵塞長度為1.5m，如圖4所示。鉆孔間距a=（7～12）D，取a=1.0m;鉆孔斜度為1：0.5 （設計坡比，即水平角約63.43°）;線裝藥密度Q線=300～450g/m，取Q線=320g/m;炮孔底部加強裝藥量Q加：底部加強裝藥量一般增加（1～3）倍的線裝藥密度，取Q加=640g/m;底部加強裝藥長度L2根據經驗取1.0m。預裂孔爆破采用非連續不耦合裝藥結構，藥卷直徑d=32mm。

2.2.4 保護層爆破

根據設計規范要求，保護層厚度為上一層臺階爆破藥卷直徑的25倍～40倍，本工程中保護層厚度按2.2m考慮。保護層爆破擬采取柔性墊層結構，炮孔直徑為42mm，孔深2m，超鉆深度取0.2m;最小抵抗線W按15～30倍鉆孔直徑設計，取值1.0m;孔距a=mW，m為密集系數，通常m=1～2，軟巖取較大值，因此孔距取為2m;排距b=W，取值2.0m;鉆孔斜度取1：0.15（即水平角約82o）;堵塞長度取0.5m;炸藥單耗q：參考相關工程資料，選定q=0.3kg/m3。保護層爆破采用連續不耦合裝藥結構，藥卷直徑d=32mm。如圖5所示是爆孔裝藥結構示意圖。

柔性墊層材料的選擇與厚度的確定是保證建基面不受破壞的關鍵所在[4]，一般選擇發泡材料、泡沫顆粒等作為柔性墊層材料。柔性墊層厚度取小將影響建基面完整性，造成保留巖體破壞，取大將留下根坎，造成欠挖，需再次撬挖。廠房基坑爆破鉆孔時，炮孔內可能有水，裝柔性墊層料時，應清除炮孔內的水。考慮便于制作、就地取材與經濟原則，選取兩端帶節竹筒或者袋裝鋸末作為柔性墊層的材料，取厚度0.2m。

2.3 起爆網設計

根據爆破安全規程[5]和本工程的地質條件、施工條件，預裂孔和主爆孔、緩沖孔組成起爆網路，預裂孔先于主爆孔50ms起爆，主爆孔、緩沖孔及保護層爆破均采用微差間隔分段雷管起爆。如圖6所示是臺階鉆孔爆破網絡圖，炮孔孔內為Ms11段非電雷管，連網采用Ms2、Ms3、Ms5段非電雷管，電雷管采取并聯起爆。這種網絡連接具有以下特點：

（1）排間順序微差爆破網路是利用雷管毫秒延時的作用起爆藥包，爆轟波的相互疊加作用和其前后排之間爆破的巖石相繼碰撞，對巖石破碎有利。

（2）“排間形”網路連接方式，在同一爆破網路中，可以保證已確定的爆破參數，且爆破網路聯網相對簡單。

（3）爆破后的碎巖堆積規整，減少了對運輸線路的影響。

3? 爆破施工工藝與質量控制

3.1 施工工藝

試驗前根據現場確定的試驗區尺寸并對該部位進行工作面進行清理，然后用紅漆標記鉆孔位置，之后鉆機就位、鉆孔，鉆孔完畢后進行鉆孔檢查、裝藥爆破，具體施工流程如圖7所示。

3.2 爆破試驗步驟

（1）深孔爆破/淺孔爆破試驗步驟。

①首次爆破均采用第一組爆破參數布孔裝藥;

②若首爆成功，則依次進行其他組試驗，通過參數調整求得最優的炸藥單耗;

③若首次爆破不成功，則縮小孔排距，采用按單耗增加0.05kg逐漸加大單耗，直至爆破試驗成功為止。

（2）預裂爆破/光面爆破試驗步驟。

①首次預裂爆破采用孔距0.8m、0.9m分二段布孔，選擇裝藥線密度320g/m進行試驗;若首爆成功，從中篩選預裂效果較好的布孔參數;若首爆不成功，則采用分別增減線裝藥密度50g/m進行試驗，直至預裂爆破試驗成功。

②首次光面爆破采用孔距1.2m布孔，選擇裝藥線密度360g/m進行試驗;若首爆成功，即確定該布孔參數;若首爆不成功，則采用分別增加線裝藥密度50g/m進行試驗，直至光面爆破試驗成功。

（3）保護層爆破試驗步驟。

首次爆破采用淺孔爆破試驗試驗成果的孔、排距，柔性墊層厚度取20cm;若首次爆破不成功，則按每次增大5cm柔性墊層厚度進行試驗，直至保護層爆破試驗成功。

3.3 質量控制

為保證爆破試驗的精度和可參考性，取得良好的爆破效果，需要精心地進行鉆孔和裝藥施工。鉆孔位置、藥包位置及藥量的精確度都直接影響著爆破試驗的效果。因此，爆破試驗施工中要嚴格按技術規范、施工程序和工藝要求，全面控制質量。

3.4 試驗觀測

在試驗區中部選擇適當位置布置兩組聲波觀測孔，進行爆前爆后聲波觀測，對比測試成果，分析上部爆破對水平建基面的垂直影響深度。每組聲波觀測孔均布置成等腰三角形，垂直鉆孔，相互平行。孔徑80mm，孔距1.0m，孔深5～6m。

4? 結語

針對于航電樞紐的大型基坑爆破開挖，本文進行了取深孔臺階爆破、邊坡預裂爆破、緩沖孔爆破和保護層爆破相結合的爆破方法。通過預爆試驗確定了合適的裝藥結構和爆破參數，結果表明，多種爆破方法的成功組合和實施，即控制了邊坡在爆破過程中的弱擾動，同時降低了爆破成本，可以為類似工程的控制爆破提供參考。

參考文獻

[1] 楊毅.破碎狀流紋斑巖大壩岸坡U形基槽爆破技術研究[J]. 施工技術，2015，44（13）：72-74.

[2] 王勃龍，危鼎，李小飛，等.上海世茂深坑酒店大面積圍巖清理爆破施工技術[J].施工技術，2015，44（19）：16-19.

[3] DL/T5389-2007，水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范[S]. 北京：2007.

[4] 汪金元，謝軍兵.保護層一次爆除方法[J].爆破，2000（S1）：192-197.

[5] GB6722-2014爆破安全規程[S]. 北京：中國標準出版社，2014.