深基坑V形后傾式爆破施工技術在麻城市浮橋水廠二期工程中的應用

(湖北盛達泰水利水電工程有限公司,湖北 武漢 430060)

我國水利水電工程巖石基礎開挖多采用爆破或機械破碎的方法，當前，大規模露天巖石開挖主要以爆破為主。工程爆破技術主要利用炸藥爆炸產生的能量來破壞巖石結構。在水工建筑物深基坑石方開挖施工過程中，爆破效果受場地環境、孔網參數、裝藥結構及起爆順序等影響，爆堆產生的形狀和大塊率的產出不同。大塊率產出過高，二次解小成本相應增加；爆堆形狀分散，不利于現場破碎巖塊挖掘和裝運。

對于深基坑石方爆破，多采用排間順序起爆或斜線起爆進行施工，排間順序起爆主要優點是設計、施工簡單，爆堆較均勻整齊，前推力也較好；缺點是兩并聯孔同時起爆，其中第一聯孔無自由面，爆破能量在兩孔之間沿裂隙瞬間貫穿易串孔、分布不均，難以控制爆堆形狀和破碎塊度。斜線起爆主要優點是減小了抵抗線，爆堆集中且平緩，塊度均勻，大塊率會降低；缺點是分段數較多，在多排孔爆破依次進行過程中，后爆破孔越往后受到的夾制作用越大。與排間順序起爆和斜線起爆相比，Ⅴ形起爆網絡中先爆孔為后爆孔提供了更多的自由面，爆破產生的地震波往兩邊傳播，比較分散，減少了臺階后方的地震波強度，同時擴大了一次起爆規模。

麻城市浮橋河水廠二期工程因前期爆破施工起爆順序和裝藥結構等原因，塊徑大于900mm石塊產出較多，需要對大塊進行二次破碎，施工進度緩慢。結合工程地質條件，采用對布孔、鉆孔傾角、裝藥結構優化后的Ⅴ形后傾式爆破施工方法對深基坑內石方進行爆破，取得了良好的效果。

1 工程概況

麻城市浮橋河水廠二期工程位于麻城市中館驛鎮浮橋河水庫，設計供水規模為4萬m3/天。施工作業區位于浮橋河水庫大壩東側海拔約115m位置，距浮橋河水庫大壩最小距離約150m，爆區長120m、寬30～60m，基坑開挖深度13～22m，爆破面積約0.46萬m2，基坑范圍內基巖埋深起伏較大，場區地質以白云二長片麻巖為主，巖石節理裂隙發育，有少量浸水。石方爆破工程量約3.0萬m3。受基坑尺寸及周邊環境影響，沿基坑長軸方向自由空間較大，爆破臨空面主要沿基坑長軸方向布置，基坑全部采用深孔分層爆破。爆破施工參數見表1。

根據《水電水利工程爆破施工技術規范》(DL/T 5135—2013)，本項目爆破單段最大裝藥量按式(1)計算。

(1)

式中V——安全允許爆破振動速度，0.9cm/s；

Q——單段最大藥量，kg；

R——爆區中心至被保護對象的水平距離，150m；

H——爆區中心至計算保護對象的高差，45m；

K——與爆區中心至計算保護對象間的地質條件有關的系數，本工程以白云二長片麻巖為主，屬中硬巖，參考規范取值200；

α——與爆區中心至計算保護對象間的地質條件有關的指數，本工程以白云二長片麻巖為主，屬中硬巖，參考規范取值1.5；

β——與爆區中心至計算保護對象間的地質條件有關的衰減指數，本工程以白云二長片麻巖為主，屬中硬巖，參考規范取值0.35。

經驗算，單段最大裝藥量Q為267kg。

2 技術原理

Ⅴ形后傾式爆破施工技術的原理是采用大孔距、小排距方式進行布孔，在炮孔合理的負擔面積下，增大孔距，相鄰孔之間的裂隙貫通難度增大，爆炸能量在孔內作用時間變長；減小排距，其爆破巖體的抵抗線也相對減小，使炸藥能量利用率得到提高。起爆順序由起爆點按“Ⅴ”字形狀對稱向兩側逐層起爆，兩側同段炮孔爆破巖石面向臨空面相向拋擲，爆堆相對集中，爆炸能量由里向外、由中間往兩側傳播，先爆孔為后爆孔創造了更大的附加自由面。起爆網絡采用后傾方式連接(即列傳爆方向與控制排傳爆方向角度大于或等于90°),能擴大Ⅴ形起爆網絡夾角,創造更長的爆破自由面長度,炮孔自由面的增加有利于發揮炮孔炸藥能量。耦合分段裝藥結構能擴大孔排間距，降低鉆孔成本，同時能充分利用孔內爆破能量對巖石進行破碎。炮孔設計成傾向起爆中心且與地面的傾角80°，起爆后對爆破區域巖體產生向上部臨空面的推力，有利于發揮炮孔炸藥能量破碎爆破區域巖體。隨著多排炮孔依次進行爆破，后爆孔爆破巖石對先爆孔爆破巖石進行二次擠壓破碎，可以顯著降低爆破塊度。

3 流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

爆破施工工藝流程見圖1。

圖1 爆破施工工藝流程

3.2 操作要點

a.布孔。炮孔采用梅花式布孔(見圖2)，嚴格按照設計好的爆破孔網參數進行布置，不得隨意變動位置。布孔前將場地表層土及浮渣清理干凈，測量人員嚴格按照點位進行孔位測量放樣，對各炮孔位標明孔深等參數。

圖2 炮孔布置示意圖(單位：mm)

b.鉆孔。鉆孔前先采用液壓破碎機將原始地面修整至傾角不大于15°階梯形的施工作業平臺，KG935自行式潛孔鉆機爬上作業平臺，利用自身液壓支架使鉆機位置穩定，按測量人員放樣后的孔位將鉆桿與地面傾斜成80°夾角并傾向起爆中心進行鑿巖鉆孔，鉆孔示意圖見圖3。所有鉆孔不得鉆入建基面，根據爆破試驗與規范要求預留建基面保護層，保護層采用淺孔小藥量鉆孔爆破結合液壓破碎機的開挖方法；每次鉆孔完成后履行驗孔手續，將孔口周圍0.5m范圍內的碎石、雜物清除干凈，并立即采用編織袋臨時封堵孔口，避免上部落石進入孔內造成炮孔堵塞。

圖3 鉆孔傾角示意圖

c.裝藥和填塞。裝藥前安排專人對作業場地、爆破器材堆放場地進行清理，并檢查炮孔的孔位和孔深是否滿足要求；裝藥過程中發現炮孔出現阻塞、卡孔等現象時，應停止裝藥并及時疏通；裝藥過程中嚴格按每孔的設計藥量分配炸藥，邊裝藥邊測量，對裝藥的人員進行分工，1人負責裝藥，1人遞送材料，采用耦合間隔裝藥，裝藥前用快刀將藥卷兩側各劃開一個小口，裝藥時使用炮棍將藥卷裝到底，填塞時要保證質量和長度，每放入1節藥卷后用炮棍將藥卷壓實，并記好每次炮棍插入的尺寸。施工中填塞總長度為抵抗線長度的1.2倍，單孔裝藥量達到60%和40%后由裝藥人員將巖粉填入炮孔，然后采用木質或竹制炮棍將巖粉搗實，填塞作業避免夾扁、擠壓和拉扯導爆管。裝藥結構見圖4。

圖4 單孔耦合裝藥結構示意圖

圖5 Ⅴ形后傾式起爆網絡示意圖

d.起爆線路敷設與連接。爆破網絡采用Ⅴ形后傾式毫秒延時起爆網絡(見圖5)，采用并串聯起爆網絡連接(見圖6)，各分支傳爆網絡前后結點之間的雷管順次連接，同一段延期時間的起爆雷管連接在同一個傳爆結點上，不同段延期時間的雷管根據起爆順序連接在不同的傳爆結點上。炮孔內裝2發高段別、長延時高精度導爆管雷管，孔間接力均為1發低段別高精度地表延期導爆管雷管；導爆管網絡應按設計要求進行連接，均勻分布在雷管周圍并用絕緣膠布包纏，導爆管網絡中不應有死結，炮孔內不應有接頭；起爆網絡敷設由有經驗的爆破員或爆破技術人員實施，并實行雙人作業制。爆破網絡等時線見圖7。

圖6 并串聯網絡連接示意圖

圖7 Ⅴ形后傾式爆破網絡等時線示意圖

e.起爆。為確保作業安全，爆破作業采用專用起爆器遠距離操作起爆；起爆作業前安排專人檢查現場，核實警戒區無人并核查起爆網絡無誤后報告現場指揮，由現場指揮下令將起爆裝置接入起爆網絡；爆破完畢后，經技術、安全人員檢查現場無誤后，由現場指揮下達解除警戒命令。

f.盲炮處理。處理盲炮前劃定警戒范圍，并安排專人進行警戒，處理盲炮時無關人員不許進入警戒區，禁止強行拉出炮孔中的起爆藥卷和雷管。發生盲炮時，首先檢查導爆管是否有破損或斷裂。爆破網絡未受破壞，且最小抵抗線無變化，可重新連接起爆；最小抵抗線有變化，應驗算安全距離，并加大警戒范圍后，再連接起爆。盲炮處理后，應再次仔細檢查爆堆，將殘余的爆破器材收集起來統一退庫后銷毀。在不能確認爆堆無殘留的爆破器材之前，應采取安全措施并派專人監督爆堆挖運作業。

4 材料設備

4.1 主要材料選用

a.炸藥。選用2號巖石乳化炸藥，炸藥應有出廠合格證并在有效期內。

b.雷管。爆破網絡采用MS5、MS9兩個段位的非電毫秒導爆管雷管，起爆雷管采用瞬發非電導爆管雷管。爆破網絡若采用數碼電子雷管更佳，可以更精確地控制延期時間，起爆更安全。

4.2 主要施工設備、裝置

主要設備及裝置見表2。

表2 主要施工設備

5 質量控制

a.鉆孔質量控制見表3。

表3 鉆孔質量控制

b.基坑爆破正式施工前，對爆破器材性能、爆破參數、爆破網絡、爆破影響范圍、保護層厚度等進行生產性試驗。通過爆破試驗，調整和確定最優爆破參數。

c.所有火工產品具有出廠合格證，并在有效期內。

d.裝藥前，對所有炮孔再次進行檢查驗收，嚴格按爆破設計參數計算藥量，在各孔位將藥卷和相應段位的雷管分堆，分配完后進行驗收，確認無誤后由爆破員開始裝藥。

e.裝藥結束后，應進行檢查驗收，驗收合格后再進行填塞和聯網作業。

f.嚴格按起爆網絡設計要求用準確段位雷管進行連接，采用非電雷管連接時，雷管與導爆管之間用膠帶綁緊，聚能穴朝向與傳爆方向相反，并使整個網絡處于松弛狀態。

6 結 果

Ⅴ形后傾式爆破施工技術在麻城市浮橋河水廠二期工程應用后，施工現場塊徑大于900mm的巖石產出率控制在7%以內，爆堆較集中，通過跟蹤挖掘，基坑底部平整，保護層達到設計與規范要求。施工中實際使用炸藥10080kg，高精度非電導爆雷管1606發，根據驗算，實際炸藥單耗為0.34kg/m3，顯著降低了炸藥單耗，減少了火工材料的消耗，節約了施工成本。施工現場未出現飛石傷人傷物情況，周邊居民表示沒有明顯震感，浮橋河大壩的安全得到了很好的保護，基坑施工進度加快，工程施工獲得了建設單位和監理單位的一致好評。

7 結 語

本施工技術采用大孔距、小排距的矩陣式或梅花形布孔；炮孔傾角為80°，炮孔傾向與巖塊拋擲方向基本一致，在地面傾向起爆中心的方向進行鉆孔；炮孔內采用耦合分段式裝藥結構，通過孔內孔間微差延時爆破技術，或孔內微差延時爆破技術(采用數碼電子雷管)，將爆區內所有炮孔用后傾方式進行連接，按設計好的延期時間以“V”字形狀將同段延期炮孔由起爆中心向四周逐層起爆。

本施工技術在深孔臺階、爆破自由面少、多排爆破孔、巖石級別不超過XV級的中小型 水利工程、市政、礦山、交通等工程領域深基坑巖石爆破開挖中具有推廣意義。ffffee