淺談水電站廠房圍堰爆破拆除方案與安全技術措施

周寶文

中國葛洲壩集團易普力股份有限公司 重慶 401121

1 工程概況

巴基斯坦卡洛特水電站廠房圍堰[1]是尾水渠開挖區的一部分，廠房尾水渠底寬111.4m，尾水管出口以1∶3的反坡連接至高程385.8m平底段，并與主河床相接。圍堰堰頂高程為404.0m，堰頂澆筑2m高混凝土擋水墻至高程406.0m，堰頂寬≥15m，堰頂長度160m，最大堰高約27.5m。由于引水發電建筑物布置在吉拉姆河右岸河灣地塊內，采用引水式地面廠房，故廠房施工需在圍堰保護下進行，機電安裝工作結束后擬對圍堰進行爆破拆除。

2 圍堰開挖方案

2.1 圍堰開挖順序

廠房圍堰爆破施工對右側河灣地塊內主廠房機電安裝區有很大影響。此次開挖方案以控制爆破飛石及降低爆破振動為重點，盡可能降低爆破對相鄰建筑物和機電安裝區影響，靠近主廠房方向預留約5-6m巖梗，以現有臨空面為基礎，爆破方向避開主廠房，沿著現有施工道理布置開挖順序。巖梗區域采用小臺階、小孔徑的淺孔爆破方式，降低爆破規模。爆破產生的大塊采用破碎錘進行二次處理。

2.2 施工分層

根據廠房圍堰和尾水渠邊坡結構特點，將廠房圍堰開挖共分為8層，分層高度為3-11m，分層具體情況見下圖。

圖1 廠房圍堰開挖分層示意圖

3 拆除爆破參數設計

圍堰預留巖埂呈臺階形，臺階走向與尾水渠底板走向平行，下基坑道路與尾水渠走向斜交，導致鉆爆施工梯段分層高度變化較大，主要涉及深孔臺階梯段爆破、淺孔爆破，臨近永久邊坡需采用預裂爆破。

3.1 梯段爆破參數設計[2-3]

現階段廠房圍堰最高堰高為EL406m，垂直開挖高度3-19m，在預留巖梗的前提下，巖梗左側采用中深孔梯段爆破，因巖梗巖層由粉砂質泥巖與泥質粉砂巖互層組成，巖性較差。爆破參數的合理選擇是決定爆破質量和進行控制爆破安全的關鍵，具體參數設計如下：

（1）臺階高度（H）與炮孔直徑（D）

根據開挖布置，深孔梯段爆破臺階高度為6-10m。結合主廠房前期爆破參數，以及類似復雜環境下爆破有害效應控制經驗，炮孔孔徑擬選取Φ90mm，利于控制單孔藥量和爆破規模。

（2）鉆孔超深（h）的確定

超深可降低裝藥中心位置，克服臺階底板的巖石夾制作用，使爆破后不殘留根坎，開挖后形成平整的底部平面[4]。根據實踐經驗，超深可按下式確定：

h=（8-12）D

式中：H——臺階高度；

D——鉆孔直徑，取D＝90mm

根據以上計算方法，結合圍堰巖性和臺階高度，選取為h=0.5-1m。

（3）底盤抵抗線（W1）的確定

底盤抵抗線是深孔爆破的最重要參數之一，底盤抵抗線的大小同炸藥威力、巖石爆破性、巖石破碎要求以及鉆孔直徑、臺階高度和坡面角等因素有關，因此必須合理科學選取。通常情況下按炮孔孔徑倍數確定底盤抵抗線，計算公式如下：

W1=（20-30）D

式中：D——鉆孔直徑，取90mm。

根據以上計算方法，結合主廠房爆破經驗值和圍堰周圍施工環境，W1取1.8-2.7m。

（4）堵塞長度（L2）的確定

合理的堵塞長度和良好的堵塞質量對改善爆破效果、確保爆破安全、提高炸藥能量利用率具有重要作用。堵塞長度主要與炮孔孔徑、最小抵抗線有關：

L2=(0.75-1.0)W1或L2=(20-40)D

式中：D——鉆孔直徑，取D＝90mm；

W1——底盤抵抗線，取W1=1.8-3.0m。

根據以上計算方法，結合圍堰巖性及施工環境，取較大值2.5-3.5m。

（5）單耗（q）的確定

根據巖性、炸藥種類、自由面條件、起爆方式和塊度要求等條件，結合主廠房前期爆破單耗經驗值和廠房周圍復雜的施工環境，選取較低的單耗，q=0.35-0.4 kg/m3。

（6）孔距（a）和排距（b）的確定

合理的孔排距是改善爆破效果，降低爆破成本的關鍵。布孔形式一般有梅花型和矩形等?？拙喟聪鹿接嬎悖?/p>

a=m*W1

式中：m——炮孔密集系數，本工程取1.3-1.5。

當孔徑為90mm時，一般取孔距a=3.0-3.5m，排距b=2.5-3.0m，具體根據現場實際情況予以調整。

根據以上計算方法，針對圍堰復雜的施工環境和開挖有關安全技術要求，深孔梯段爆破設計參數見表1。

表1 深孔梯段爆破參數設計表

3.2 巖梗（淺孔）爆破參數設計

為控制爆破對主廠房機電安裝區域的影響，臨近建基面的臺階高度不足5m時使用淺孔爆破。炮孔深度H＜5m，孔徑D=90mm；淺孔爆破單孔爆破方量使用爆破漏斗法計算，排距一般取1-2m，孔距一般取1.5-3m；與深孔臺階爆破單位炸藥消耗量相比，淺孔爆破的炸藥消耗量應大一些，一般取0.40-0.45kg/m3。

3.3 預裂爆破參數設計

邊坡預裂爆破采用一次性鉆爆作業的方式，先在主爆孔爆破之前沿設計輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫，以緩沖、反射開挖爆破的振動波，控制其對保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開挖輪廓[5]。

（1）預裂孔孔徑D

為保證預裂爆破質量，取孔徑D=Φ90mm，過程中利用坡度尺控制鉆孔角度使其與設計坡度一致。

（2）預裂孔孔距a

采用經驗公式a=（8-12）D, 考慮邊坡多屬永久性邊坡，根據現場實際情況暫取0.8m。

（3）孔深L

為保證底板不被破壞，預裂孔不設置超深，鉆孔深度根據邊坡高度和坡度計算。

（4）不耦合系數Dd

現場使用Φ32 乳化藥卷裝填預裂孔，不耦合系數為Dd=2.8

（5）線裝藥密度Qx

線裝藥系數是指炮孔裝藥量對不包括填塞部分的炮孔長度之比，單位是kg/m。采用合適的線裝藥系數可以控制爆炸能對巖體的破壞。該值可先通過下列經驗公式確定，具體作業過程中根據試驗結果進行調整和優化。

Qx=0.188aδ0.5

式中：a——孔距，m。

δ——巖石極限抗壓強度，MPa，本工程δ=21.3MPa；

根據計算和以往施工經驗，結合本工程巖性情況，正常裝藥段取250-350g/m；為克服底部巖石夾制作用，孔底強裝藥段為設計藥量的10倍，位于孔底1.5m內；為防止頂部受應力波反射拉裂，上部采用減弱裝藥，線裝藥密度150-200g/m。

（6）堵塞長度

由于預裂爆破頂部有自由面存在，藥包爆破后爆炸應力波會在頂部自由處發生反射拉伸作用，致使孔口巖石完整性遭到破壞，現場一般取1.8m。

3.4 最大單響藥量

Q=R3（V/K）(3/a)

式中：R—爆源中心至建筑物的距離；

V—允許爆破振動速度，電站機電設備允許爆破質點振動速度為0.9cm/s；

K、a—場地系數，查表得K=150，a=2。

實踐中K、a受地形、巖性變化影響很大，最大單響藥量將根據現場爆破監測數據進行調整。

4 施工方法與工藝

4.1 施工方法

4.1.1 大面開挖

大面開挖采用自上而下分層進行梯段爆破開挖，挖梯段高度為6-10m，臨近邊坡20m范圍內分層出渣，每層出渣5m，待支護完成后繼續向下開挖。鉆孔采用JK590高風壓鉆機造孔，爆破炸藥主要采用人工進行裝藥，大面爆破采用微差爆破技術，對于邊坡頂部和局部邊角部位大型鉆機無法施工的部位，可采用100B型潛孔鉆機鉆孔，并輔以YT-28手風鉆鉆孔爆破開挖。

4.1.2 邊坡結構面開挖

預裂爆破施工流程為：測量放線→布孔→鉆機就位（角度校正）→鉆孔→檢查→裝藥、連網爆破→進入下一個循環。

在邊坡開挖施工中采用預裂爆破技術。預裂孔主要采用JK590高風壓鉆機造孔，鉆孔深度按馬道高程控制。鉆孔根據不同高程的臺階，按照設計高程進行放樣，并將每個孔位用油漆標明，計算出預裂孔深和角度。鉆機就位，采用樣架或水平尺對鉆孔角度定位校正，開孔后加強中間過程的深度和角度校核，以便及時糾正偏差，鉆孔完成后檢查孔深，超鉆應回填，若孔深不足，應補鉆至設計深度，確保建基面開挖質量。

4.1.3 建基面開挖

建基面通過預留保護層的方式開挖。保護層厚度一般預留1.5-2.0m，視現場作業條件和建基面控制要求通過淺孔控制爆破方式開挖。

采用采用JK590高風壓鉆機造孔，小藥量、小規模控制爆破，邊緣及棱角部位適當預留1m-1.5m保護距離，采用破碎錘機械鑿除找平，以防止爆破拉傷被保護體。建基面巖性較差部位應在孔底設10cm-15cm柔性墊層，或預留10cm-15cm保護距離，爆破清渣后進行超欠挖檢查，欠挖部分采用破碎錘機械鑿除，最大程度保證建基面開挖滿足設計要求。

4.2 施工工藝

4.2.1 測量放線

場面平整后，測量人員根據爆破設計對爆破區工作面進行高程測量，并做記錄。測量技術人員根據爆破設計對炮孔開口孔位放線，并用紅油漆對每個孔位進行標識，同時提供各相應孔位的地面高程，形成記錄。

4.2.2 鉆孔

鉆機進入工作面后進行就位、調整，開鉆前調整鉆孔方向、角度。開鉆時，鉆機開孔孔位與設計孔位誤差不能超過一個鉆頭直徑。由于地質原因不宜鉆進、卡鉆或不易成孔時，及時通知施工技術人員，提出修改或替代方案，并形成記錄。施工技術人員根據鉆機鉆進過程中難易程度和巖粉性狀，提出可能存在的地質情況沿孔深變化的初步評價并形成記錄，以利于爆破參數的調整和爆破效果的分析。

4.2.3 裝藥結構

主爆孔采用連續耦合裝藥結構，使用φ90乳化、散裝銨油炸藥裝藥，非電雷管進行起爆，如遇巖性改變，進行耦合不連續裝藥，間隔段錯開夾層位置，避免能量外泄。預裂孔采用間隔不耦合裝藥結構，使用φ32乳化炸藥裝藥，導爆索進行串聯，對于不同巖性的巖石，裝藥密度適當增減。

圖2 預裂裝藥結構示意圖

4.2.4 網絡敷設

根據巴基斯坦民爆物品種類、性能及項目有關爆破技術要求等情況，網絡敷設一般可采用“V型網絡”或者“斜型網絡”，具體根據爆區所在的位置及臨空面的情況進行選擇。另一方面為控制單響藥量，降低爆破震動，爆破網路敷設以實現單孔單響為原則，個別超出雷管段別的孔以孔外接尾的方式延長孔內延期時間。

圖3 起爆網絡示意圖

5 安全技術措施

（1）爆破作業須嚴格按照審批后的方案和設計進行，采用多段微差起爆技術，控制爆破規模，并嚴格控制最大單響藥量，降低爆破振動對周邊設備設施、建構筑物、邊坡的危害。

（2）根據前排抵抗線的大小合理調整前排孔的裝藥量和裝藥結構，保證堵塞質量，控制爆破飛石距離。

（3）爆破前將警戒范圍內的人員、設備撤離至安全區域，并對警戒范圍內無法移動的設施設備做好妥善防護。

（4）爆破振動控制應符合《水電水利工程爆破安全檢測規程》，爆破作業時在多點進行爆破振動監測，嚴格控制爆破振動。

（5）爆破后發現不穩定的邊坡和巖體應及時做好警戒并進行排險，避免發生次生災害。