淺談大壩溢洪道邊坡開挖控制爆破技術(shù)

王俊濤

中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，中國·陜西 咸陽 712000

1 引言

石方爆破開挖是許多水利水電工程中經(jīng)常遇到的施工內(nèi)容之一。為了有效控制爆破成型邊線，需要采用控制爆破技術(shù)，以達(dá)到預(yù)期的效果。對于高邊坡開挖，多采用預(yù)裂爆破技術(shù)，確保成型的邊坡平順整齊，同時減少超欠挖對工程質(zhì)量的影響。如何科學(xué)地確定爆破技術(shù)參數(shù)，就顯得尤為重要。根據(jù)工程實際巖性，借鑒參考類似工程施工經(jīng)驗，可以很好地解決石方爆破開挖中遇到的技術(shù)問題。

2 工程概況與特點

2.1 工程概況

雷家溝水庫壩址位于中國銅川市漆水河左岸支流武家河中游，是銅川市北市區(qū)應(yīng)急備用水源，樞紐建筑物由大壩、溢洪道、排沙放空洞、引水管道等組成，水庫總庫容為498萬m3。攔河壩采用均質(zhì)土壩，最大壩高39m，石方開挖量為9.24萬m3，其中溢洪道開挖量5.1萬m3。

2.2 溢洪道邊坡開挖特點

溢洪道位于大壩右壩肩，石質(zhì)邊坡設(shè)計坡比為1∶0.5，設(shè)有3級馬道，每級馬道高度15m。

爆破區(qū)域土方采用機(jī)械開挖，石方采用爆破開挖。經(jīng)清表露出巖石為長石砂巖+含粉砂泥質(zhì)頁巖（f≈6），節(jié)理裂隙較發(fā)育，表層強風(fēng)化，內(nèi)層弱風(fēng)化，巖石完整度尚可。

距爆點東向300～500m范圍內(nèi)有兩座高壓線塔，爆破施工必須經(jīng)相關(guān)部門書面同意，高壓線塔安全振動速度按相關(guān)部門給出的具體數(shù)據(jù)嚴(yán)格執(zhí)行。經(jīng)查詢相關(guān)資料暫定以安全振動速度不大于2.5cm/s進(jìn)行爆破設(shè)計。

爆區(qū)西向133m為簡易板房，未拆除，爆破作業(yè)時需要控制單響藥量保證填塞，防止振動、飛石對其造成影響。

為保持已形成永久邊坡穩(wěn)固，臨近爆區(qū)邊坡坡頂馬道內(nèi)角安全振速不大于10cm/s[1]。

為確保爆破振動不對各保護(hù)對象造成破壞，避免不必要的振動糾紛，根據(jù)需要對各保護(hù)對象進(jìn)行振動監(jiān)測，爆破作業(yè)開始時進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，后期根據(jù)實際需要不定期進(jìn)行振動監(jiān)測。適時調(diào)整爆破參數(shù)，確保爆破振動不超過安全振速限值。

3 總體控制爆破思路

本工程巖石較軟且易風(fēng)化，爆破采用小孔距，大抵抗線的主爆區(qū)布孔方案，輔以預(yù)裂爆破，以形成整齊輪廓線，并獲得較好的破碎效果。

根據(jù)現(xiàn)有鉆機(jī)及工程規(guī)模，選用直徑D=90mm履帶鉆。主爆區(qū)、緩沖層使用中國河南前進(jìn)民爆生產(chǎn)的巖石粉狀乳化炸藥、電子數(shù)碼雷管；預(yù)裂爆區(qū)采用導(dǎo)爆索、2號巖石乳化炸藥、電子數(shù)碼雷管。

裝藥結(jié)構(gòu)的主爆孔采用連續(xù)耦合裝藥，緩沖孔采用中部間隔徑向耦合裝藥，預(yù)裂孔采用徑向不耦合裝藥，填塞采用黃土或鉆渣。

作業(yè)時根據(jù)鉆粉成分、巖石裂隙發(fā)育情況以及爆后效果及時修正爆破參數(shù)，盡可能減少對保留巖土的振動影響，充分發(fā)揮保留巖體的自承能力，形成整齊穩(wěn)固的開挖斷面，避免超欠挖。

依據(jù)原始地形施工圖紙，鉆孔爆破的實際地形臺階參數(shù)隨著施工平臺修建，隨臺階高度變化相應(yīng)調(diào)整[2]。

4 控制爆破孔網(wǎng)參數(shù)

4.1 預(yù)裂孔

4.1.1 布孔及孔長

預(yù)裂孔沿開挖輪廓線布置，根據(jù)需要決定是否打施工預(yù)裂孔，超出本次爆區(qū)5m以上，起始孔、末端孔不裝藥，大角度轉(zhuǎn)彎孔不裝藥或增加導(dǎo)向空孔。預(yù)裂孔深度打至距排水溝底20～30cm，不超深，避免預(yù)裂縫侵入建基面，可根據(jù)具體爆破效果調(diào)整預(yù)裂孔鉆孔深度。預(yù)裂孔孔底誤差不宜超過10cm，最大不大于20cm。

圖1 預(yù)裂孔布孔示意圖

4.1.2 基本參數(shù)

①單耗q預(yù)

根據(jù)以往工程經(jīng)驗及相關(guān)資料，單耗q預(yù)=300g/m3，后期適時調(diào)整；

②孔距a

a=(8～12)D=（0.72～1.08）m

根據(jù)以往爆破經(jīng)驗取a預(yù)=0.9m。

③炮孔密集系數(shù)m預(yù)

預(yù)裂爆破m預(yù)取值范圍：m預(yù)=0.5～0.7,軟巖取小值，硬巖取大值，本次工程取m預(yù)=0.6。

④線裝藥密度q線

q線=a×(a/m)×q=0.9×(0.9/0.6)×300=405g/m。

⑤填塞：原則上按不大于炮孔孔長的20%控制，根據(jù)以往工程經(jīng)驗結(jié)合爆區(qū)微地形取L預(yù)填=1～1.5m。

⑥裝藥結(jié)構(gòu)

采用底部2～3m按2～3倍加強裝藥，頂部2～3m按50%減弱裝藥，中部正常裝藥的裝藥結(jié)構(gòu)，單孔裝藥量按線密度乘以裝藥長度計算。使用炸藥袋（空氣間隔器）填塞至L預(yù)填處，再用炮泥填塞。

圖2 預(yù)裂爆破導(dǎo)爆索聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)圖

4.2 主爆孔

4.2.1 布孔

主爆孔作用在于破碎巖石，自緩沖孔前3/5倍主爆孔排距處逐排向自由面布置，排數(shù)根據(jù)臺階實際寬度確定。深度根據(jù)實際臺階高度確定，為避免超挖不打超深，孔網(wǎng)參數(shù)根據(jù)臺階高度選定。

4.2.2 基本參數(shù)

①單耗q

為獲得良好的破碎效果，提高鏟裝效率，采用加強松動爆破，單耗取q=400g/m3。

②炮孔密集系數(shù)m

炮孔密集系數(shù)取m=1.14，若緩沖孔前剩余臺階寬度不足以布置一排炮孔，適當(dāng)增大炮孔密集系數(shù)；若出現(xiàn)布置n排孔不夠，布置n+1排孔又布不下的情況時，通過調(diào)整炮孔密集系數(shù)的方式，在單耗和前排炮孔最小抵抗 線不變的情況下，增加或減少一排炮孔。

③孔深H、孔長L

L=（H+h）/sinα

孔深H根據(jù)實際臺階高度確定；根據(jù)工程 要求，避免超挖，超深h=0，具體超深根據(jù)實際爆破效果調(diào)整；α為臺階坡面角，根據(jù)設(shè)計坡面角α為63°。

④炸藥 密度ρ

使用河南前進(jìn)制粉狀乳化炸藥，具有良好的流動性和抗水性，密度P為840kg/m3

⑤延米裝藥量q延

q延=π(d/2)2·ρ

⑥最小抵抗線W、填塞長度L填、孔距a、排距b、單孔裝藥量Q

一般情況下：

W=b·sinα

L填=W

Q=q延·（L-L填)

a=m·b

⑦炸藥與放礦量間的等量關(guān)系

Q/q=abH

⑧孔網(wǎng)參數(shù)

求根得：

計算出每次爆破相應(yīng)參數(shù)值。

⑨裝藥結(jié)構(gòu)

采用連續(xù)耦合裝藥，孔底反向起爆的裝藥結(jié)構(gòu)。

4.3 緩沖孔

用于降低主爆孔對保護(hù)巖體的振動傷害，并破碎預(yù)裂層巖石。

4.3.1 布孔

根據(jù)工程實際，緩沖孔布置單排孔；緩沖孔深度根據(jù)臺階高度確定，不超深；緩沖孔鉆孔角度與預(yù)裂孔平行。

4.3.2 基本參數(shù)

①單耗q=0.35kg/m3

②孔距a、排距b

緩沖孔孔間距a為正常主爆孔a主的3/5；

緩沖孔與預(yù)裂孔排距b1=1.5m，與主爆孔排距b2為正常主爆孔b主的3/5。

③炸藥密度ρ

使用前進(jìn)制粉狀乳化炸藥，密度P為=840kg/m3

④單孔裝藥量Q

Q=（b1+3/5×b主）×a×H×q

⑤填塞L填=2m

⑥裝藥結(jié)構(gòu)

采用中間分段間隔裝藥，上下同時起爆的裝藥結(jié)構(gòu)[3]。

5 起爆方法及順序

采用電子數(shù)碼雷管加導(dǎo)爆索混合起爆網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實際振動控制要求所列最大單響藥量結(jié)合具體布孔情況確定為主爆孔、緩沖孔逐孔起爆，預(yù)裂孔在不超出最大單響藥量的情況下齊爆。

主爆區(qū)孔間延期時間選取17ms；排間延期時間選取42ms；緩沖孔孔間延期時間12ms；緩沖孔第一響滯后主爆區(qū)最后一排孔第一響42ms，預(yù)裂孔超前施工預(yù)裂孔100ms；施工預(yù)裂孔超前主爆區(qū)100ms，孔間延期時間0ms。

網(wǎng)路布孔及延時設(shè)置見圖3。

圖3 網(wǎng)路布孔及延時時間設(shè)置示意圖

6 爆破有害效應(yīng)計算及監(jiān)測

6.1 爆破震動

根據(jù)GB6722-2014《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，最大單響藥量、振速、爆心至建（構(gòu)）筑物的距離三者關(guān)系如下：

式中：Qma為最大單響藥量，kg；R為藥包中心至建（構(gòu)）筑物的最近距離，m；V為介質(zhì)質(zhì)點振動速度，cm/s；K、α為與傳播途徑、爆破方式、爆破點至計算保護(hù)物間地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

參考表1爆區(qū)最大單響藥量計算表：結(jié)論：根據(jù)計算本次爆破單響藥量需控制在83kg以下，爆破產(chǎn)生的振動對房屋、邊坡、高壓線塔不會產(chǎn)生安全方面的影響。為謹(jǐn)慎起見，前幾次爆破進(jìn)行爆破振動實際檢測，以便及時調(diào)整爆破振動控制參數(shù)。

表1 爆區(qū)最大單響藥量計算表

6.2 爆破飛石

按《爆破安全規(guī)程》規(guī)定：深孔爆破個別飛石對人員的安全允許距離不少于200m。

6.3 爆破沖擊波

本工程采用孔內(nèi)裝藥爆破，炸藥能量主要用于巖石破碎和轉(zhuǎn)化為爆破振動，其爆炸沖擊波在對巖體爆破做功后在空氣中很快衰減，不足以對建(構(gòu))筑物造成損害。

6.4 爆破有害效應(yīng)監(jiān)測

爆破作業(yè)起爆前，為確保被保護(hù)對象安全，驗證爆破方案科學(xué)有效，在被保護(hù)對象附近與爆區(qū)連線上設(shè)置爆破振動監(jiān)測點，確保被保護(hù)對象振動速度不超過限值。

7 控制爆破效果及分析

通過控制爆破事前方案研討及過程技術(shù)優(yōu)化，溢洪道邊坡開挖爆破過程中未對周邊高壓線路造成影響，附近民房沒有發(fā)生任何損傷。邊坡開挖坡面平整度良好，超欠挖滿足規(guī)范要求，預(yù)裂殘孔率達(dá)90%以上。爆破過程中未發(fā)生補炮現(xiàn)象。

溢洪道邊坡開挖控制爆破效果顯著，受到建設(shè)單位肯定和好評，施工中節(jié)約了火工材料和人力，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

8 結(jié)語

爆破工程作為危大工程是項目管控的重點，也是技術(shù)難點。特別是邊坡開挖加之周邊有復(fù)雜環(huán)境限制，更需要選擇合理的控制爆破技術(shù)。中國銅川市雷家溝水庫溢洪道邊坡開挖控制爆破技術(shù)，可以為類似工程施工提供有效的技術(shù)參考和借鑒。