水電站改建工程全排孔水下巖塞爆破施工探討

陳湘冀

（北京市新海園林工程有限公司，北京 100089）

1 工程概況

某水電站改建工程進水口通過巖塞爆破開挖，進水口位于水庫死水位以下約60 m處，包括集渣坑、連接段和巖塞體等部分。進水口巖塞段12.50 m厚，巖塞外口及巖塞底直徑分別為14.60 m 和10 m；巖塞和集渣坑之間設置7 m 長、內徑10 m 的連接段。爆破施工時必須沿進水口中軸線開挖直徑3.50 m、深6 m的中導洞，在中導洞末端迎水側形成直徑3.50 m、厚6.50 m的小巖塞；通過起爆時間的控制，先爆破小巖塞并貫通后，再從內至外逐層爆破大巖塞。

2 爆破方式及參數

2.1 爆破方式

水下巖塞爆破施工方式主要有全排孔爆破和洞室爆破等，其中全排孔爆破施工技術與全斷面鉆孔爆破類似，過程安全可靠，爆破振動影響小、破裂邊線易于控制、爆破產生的巖塊尺寸均勻；洞室爆破則主要將炸藥放置于巖塞體開挖所形成的洞室中起爆，起爆網路設置簡單、裝藥集中，拋擲能力強，但是洞室與迎水面距離較近，爆破后孔口形狀控制難度大，爆破振動影響范圍廣，施工過程安全性難以保證。綜合考慮，該水電站改建工程采用全排孔爆破施工方式。

2.2 炮孔布置

通過YQ-100B 型潛孔鉆機按照先周邊孔、后主爆破孔的次序鉆孔，孔徑均為90 mm，為滿足大巖塞體深孔裝藥的設計要求，應適當增大大巖塞孔直徑。施鉆過程中，應勻速緩慢鉆進，并進行至少2次的方位角檢查，如遇偏差，必須立即采取糾偏措施并調整鉆孔方向。鉆孔期間必須記錄和標明鉆桿根數，鉆進至距離孔底2 m時應減緩鉆速，實時觀測作業面滲水量及巖性變化情況。鉆深及孔底誤差均應控制在10 cm以內，炮孔開口誤差則不得超出5 cm。

主爆破孔應分三環布置，最外環、中間環、最內環爆破孔外傾角分別比周邊孔外傾角、最外側孔外傾角、中間環主爆破孔外傾角略小；鉆孔方向則基本與周邊孔、最外側主爆破孔、中間環主爆破孔基本平行。

為保證爆破后輪廓線成型良好，還應在各周邊孔設置后視點，通過后視點投影明確鉆孔方向。為控制孔位，必須在鉆孔時以后視樣架為后視點，實時調整鉆機位置。周邊孔孔底、孔口間距分別為0.91 m和0.65 m，線裝藥密度600～1 000 g/m。

按照1.50 m設置孔底抵抗線，并結合滲水情況和地質條件適當調整孔底抵抗線，但是不得超出1.50～2 m 的范圍。水下爆破施工炸藥消耗量主要與正常消耗量、水深、爆破力降低程度、覆蓋層厚度等有關，由于該水電站改建工程巖塞爆破施工在水下進行，鉆孔偏差、滲漏水、地質條件等均影響起爆效果，為此必須增大裝藥量。結合《土方與爆破工程施工及驗收規范》及相關工程施工經驗，將單耗藥量控制在2.04 kg/m3。

32個小巖塞爆破孔分別設置在第E、G、H、J圈位；6個空孔設置在第F圈位；65個大巖塞爆破孔設置在第K、L、M圈位；48個周邊孔則設置在第N 圈位。具體情況詳見表1，其中r 表示爆破孔孔徑。見表1。

2.3 裝藥結構

該水電站改建工程水下巖塞爆破施工使用直徑φ32 mm和φ60 mm兩種賽能的防水乳化炸藥，兩種炸藥長度分別為20 cm 和45 cm，重量為0.20 kg 和1.50 kg。該類型的乳化炸藥爆破力可達到320 mL，爆破速度至少為4 500 m/s，猛度為16～18 mm，即使在60 m 深的水下持續浸泡10 d，也不影響炸藥性能。為保證防水乳化炸藥能安全起爆，配備爆速至少為6 000 m/s的導爆索和高精導爆管雷管與數碼雷管，以上材料在水下持續浸泡10 d后均不影響性能。

周邊孔中的奇數孔孔底連續裝1.40 m長的φ60 mm乳化炸藥后，改用直徑φ32 mm乳化炸藥間隔裝藥，總裝藥長度為8 m，剩下的孔段均堵塞，奇數孔裝藥量為10 kg/孔。偶數孔孔底連續裝1 m長的雙節φ32 mm乳化炸藥后，再采用同樣直徑炸藥間隔裝藥，總裝藥長度為7.50 m，剩下孔段堵塞，偶數孔裝藥量為6 kg/孔。

小巖塞鉆孔長度共為5 m，其中包括3.15 m的連續裝藥段和1.85 m的堵塞段，按照10.50 kg/孔的量填裝直徑φ60 mm的防水乳化炸藥。大巖塞鉆孔長度共為11 m，主要位于K、L、M圈上，K、L、M 圈連續裝藥長度依次為8.10 m、9 m 和9 m，堵塞長度為2.90 m、2 m和2 m；分別按照27 kg/孔、30 kg/孔及30 kg/孔的量填裝直徑φ60 mm的防水乳化炸藥。

孔口及孔底均設置1發高精導爆雷管和1發電子雷管，孔口處正向起爆，孔底處反向起爆。

2.4 起爆網路設置

起爆網路設置的科學性與合理性直接關系到水下巖塞爆破施工的成敗，在設置時必須保證起爆次序、起爆時間標準規范，起爆網路安全穩定。具體而言，應先起爆小巖塞使中間貫通，再利用臨空面起爆大巖塞，最后起爆周邊孔，促進巖塞體輪廓的形成。數碼雷管起爆網路設置詳見圖1。

圖1 起爆網路設置圖

3 現場監測結果分析

為進行爆破效應監測，在巖塞口到臨時堵頭迎水面均設置有空氣沖擊壓力、水中沖擊壓力、質點振速等監測點。

根據爆心距約為31 m測點的空氣沖擊壓力過程線（圖2），期間并不存在較為集中的爆破沖擊波波峰；根據實際變化過程可以看出，起爆后空氣沖擊壓力持續過程歷時780 ms，基本與巖塞起爆到主爆破孔爆破結束所需要的時長一致；此后的峰值則接近平臺，到4 180 ms后開始下降。

圖2 距離爆心約31 m測點的空氣沖擊壓力過程線圖

根據爆心距約為100 m測點的水中沖擊壓力過程線，爆破施工過程中并無集中的爆破沖擊波脈沖出現；水中沖擊壓力在3 350 ms 時出現，到4 290 ms 時結束，持續時間約為940 ms。根據監測結果可以判斷出該測點與巖塞口距離較近，沖擊壓力出現早；且空氣沖擊壓力和水中沖擊壓力最大值的出現均明顯滯后于爆破結束時間，爆破期間的波峰值也比巖塞貫通后水流引起的周期性壓力波峰值小，意味著分段爆破施工有效削弱了爆破沖擊力，也驗證了全排孔爆破施工技術及分段設計的合理性與適用性。

4 結論

此工程爆破經驗表明，逐排爆破方案對于進水口水下巖塞爆破施工切實可行，高精導爆管雷管與數碼雷管的應用為保證水下巖塞爆破施工的成功起到了重要的輔助作用。