數碼電子雷管在大直徑豎井開挖中的應用

周 剛,楊 俊

中國葛洲壩第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

在國家有關部門的推動下,數碼電子雷管應用已在逐步取代傳統非電子雷管。目前數碼電子雷管在土石方明挖及洞室開挖施工中較為常見,而大直徑豎井開挖由于其結構特點,施工難度大、安全風險高,同時具有一次爆破方量大、使用炸藥多等特點,如何在大方量爆破下,減小爆破對大直徑豎井結構和開挖的影響,保證爆破粒徑,滿足施工要求是十分重要的。本文就數碼電子雷管在大直徑豎井開挖中的應用進行了全面分析,對后期類似工程具有指導意義。

1 工程概況

江蘇句容抽水蓄能電站位于江蘇句容市,電站樞紐工程主要建筑物由上水庫、輸水系統和地下廠房、地面開關站及下水庫等組成,裝機容量為1 350 MW。其中輸水系統中引水調壓室布置在引水上平洞末端,3條引水隧洞分別對應布置3個調壓室。調壓室采用阻抗式,由大井和阻抗井組成。1～3#調壓室大井Ⅲ類圍巖開挖直徑為20.1 m,Ⅳ～Ⅴ類圍巖開挖直徑為20.3 m,系統掛網噴C30混凝土,系統錨桿以?28 mm、長度12 m或9 m的間隔布置,Ⅳ圍巖采用錨噴和18 cm×18 cm鋼格柵支護,Ⅴ類圍巖采用錨噴鋼格柵和超前小導管支護。1#和2#調壓室阻抗孔開挖直徑為7.1 m,3#調壓室阻抗孔開挖直徑為5.8 m,阻抗孔隨機掛網噴C25混凝土,系統錨桿?22 mm、長度為3 m。引水調壓室豎井項目特性見表1。

2 調壓室大井開挖施工方法

調壓室開挖先進行反井施工,形成?2.4 m導井,然后再采用正井法方式擴挖,爆破產生的石料通過導井出渣,采用2.3 m3側卸裝載機配20 t自卸汽車在豎井底部引水上平段內裝渣。

調壓豎井井口布置(10+3) t移動式龍門吊,用于豎井段擴挖支護以及后期壓力鋼管安裝、混凝土施工時的人員、材料和設備運輸;龍門吊處于井口正上方,且平行移動不超過井口端范圍2 m,爆破施工中產生的振動和飛石不能損壞設備,破壞井壁結構面。現場導井及龍門吊如圖1、2所示。

圖1 現場導井

圖2 現場井口龍門吊

2.1 施工難點

1)大井直徑較大,Ⅲ類圍巖開挖直徑為20.1 m,Ⅳ～Ⅴ類圍巖開挖直徑為20.3 m。工期要求緊張。

2)爆破粒徑控制要求較高,爆破產生的粒徑須符合相關要求,一般最大塊體不能超過導井直徑的1/3,否則容易堵塞導井。

3)爆破環境復雜,調壓豎井井口布置有(10+3) t移動式龍門吊,龍門吊位于井口正上方,且平行移動不超過井口端范圍2 m,爆破施工中須控制飛石,防止設備損壞。

4)調壓豎井圍巖以Ⅲ1～Ⅲ2類為主,圍巖整體穩定性較差,局部易產生塑形變形,且在斷層帶及溶洞發育段為Ⅳ～Ⅴ類。爆破施工中如何控制爆破振動,避免破壞豎井井壁結構是個技術難題。

2.2 施工措施

根據開挖方案,從原來的大井開挖分為Ⅰ區、Ⅱ區開挖調整為全斷面開挖,這樣大大縮短了施工工期。原大井擴挖方法見圖3。

注:圖中單位為m;調壓大井擴挖分為Ⅰ區、Ⅱ區鉆孔進尺為2 m,Ⅱ區擴挖滯后Ⅰ區一個循環,支護跟進。

對于進口段下方20 m范圍采取減少循環進尺、多打孔、少裝藥的控制措施,同時增加分段,嚴格控制最大一段起爆藥量,減少爆破震動。增加安全防護措施,采取在作業面頂部覆蓋炮被等措施,以減少爆破飛石。

例5：在后期剪輯時，有時候需要復制延長視頻，或者制作循環畫面視頻。比如在制作歷史劇時，發現母子遙望片段時長不夠，又不便重拍。直接復制粘貼延長后發現，觀看時在連接處有跳躍感。這時候可以勾選第二段視頻的“反轉視頻”選項，播放時畫面平滑過渡，沒有停頓感，不會讓觀眾產生不連續的感覺。

利用數碼電子雷管代替傳統的導爆管雷管。起到了提高二次擠壓效果,減少爆破粒徑,降低爆破震動,減少爆破飛石等爆破次生災害。

3 數碼電子雷管在大直徑豎井開挖中的應用

3.1 數碼電子雷管的優點

1)延時范圍廣、延時精度高。數碼電子雷管延期時間間隔為1 ms,總延期時長高達21 000 ms,因此可設置21 000個延期時間點,傳統HS(半秒)雷管單位時間間隔差為500 ms,上規時間與下規時間的差值高達500 ms。數碼電子雷管延時精度:延時時間不大于150 ms,誤差為1 ms;延時時間大于150 ms,存在2%的誤差。傳統導爆管雷管延時段位越高,精度越差,例如15段導爆管雷管名義延時為880 ms,實際誤差約60 ms,傳統HS(半秒)雷管實際誤差更大。

2)操作安全性、準爆性高。相比導爆管雷管,數碼電子雷管具有質量狀態隨時可查的特性:入孔前逐發檢測,保證下孔數碼電子雷管質量;裝藥后填塞前,進行孔內檢測,若存在問題,應重新加起爆藥包,保證起爆;聯網后,對起爆網絡安全進行檢查,及時更正漏聯、錯聯的炮孔;公安民爆網絡授權起爆,確保電子雷管使用狀態可查,防止遺失、丟失。以上特性不僅有利于數碼電子雷管監管,更保證了調壓豎井爆破施工安全進行,實現“零盲炮、零事故”。

3)網絡安全性能高。與導爆管網路相比,數碼電子雷管在環境中有外電存在情況下仍可應用于施爆現場,因為電子雷管有抗交直流、抗射頻、抗靜電、抗雜散電流等性能,不存在早爆、誤爆的危險。由于數碼電子雷管不受段位影響,在大規模爆破工程中,不存在重段現象,能實現微差逐孔起爆進而有效降低單響起爆藥量,且網路設計簡單易行。此外,所有的數碼電子雷管是以并聯的方式連接的,施工過程中不存在支路電阻不匹配問題,只要待充電程序完成,就能起爆。

4)組網方便和可檢查性,與非電導爆管網路相比,數碼電子雷管的優勢主要體現在爆破網路組網方便及數碼電子雷管具有可檢查性。不僅如此,當起爆網路連接好后,所有的施工人員撤離到安全距離以外,可通過專用設備對爆破網路連接的可靠性進行“一鍵檢測”,對連接不可靠的雷管進行準確定位,既安全又高效。此外,數碼電子雷管的卓越性能還體現在微差時間可編程和它的高精度上,可根據現場的地形、地貌、巖石狀況、地質條件、鉆孔方向等進行微差設計和編程,減少沖擊波對網絡后爆孔的影響。

綜合上述,數碼電子雷管的優點可歸納為:通過微差爆破可實現真正意義的抗干擾降振;良好的同步性保證了光爆和預裂效果;通過逐孔(幾孔)起爆的方法可創造多個自由面并控制單次起爆藥量,提高單次起爆規模,減少單位鉆孔量;通過在線設置微差時間,充分利用巖石爆炸產生的應力,改善破碎效果;數碼電子雷管及其起爆系統,推動了爆破技術水平革新,在復雜的爆破環境下,改善了爆破效果并減少爆破有害效應對周圍環境的影響;使用數碼電子雷管起爆系統和控制軟件不僅降低了數碼電子雷管布網時間,其操作過程安全可靠、簡單明了還提高了工作效率,且當排間微差(或孔間微差)間隔時間與抗干擾時間相一致時,降低了爆破振動速度的峰值,起到保護圍巖、建(構)筑物的目的。

3.2 數碼電子雷管實際應用效果

針對句容抽水蓄能電站調壓室大井開挖的特點,對比了HS(半秒)雷管與數碼電子雷管的特點,確定采用數碼電子雷管進行調壓室大井開挖施工,確保了現場安全、質量、進度要求。數碼電子雷管在調壓室大井開挖中應用情況如下。

前期受現場相關生產條件影響,爆破施工中只使用了8個不同段位的導爆管雷管,這樣造成爆破擠壓效果差,容易出現因重段、單響藥量大引起爆破振動大、飛石遠等安全隱患。后根據試驗數據,引水調壓室使用電子雷管進行爆破施工,延時范圍選取100～990 ms,崩落孔4孔一響,有效地控制了爆破振動和飛石。半秒雷管擴挖鉆爆設計圖見圖4,數碼電子雷管擴挖鉆爆設計圖見圖5,爆破效果見圖6～7。

注:圖中單位為cm;HS為半秒雷管。

注:圖中尺寸單位為cm;時間單位為ms。

圖6 半秒雷管擴挖爆破效果圖

圖7 數碼電子雷管爆破效果圖

調壓室大井開挖利用數碼電子雷管的優異特性,精確延時,每隔20 ms設置一段延時,減小了爆破施工的單響藥量,有效地控制了爆破振動。半秒雷管擴挖方法與數碼電子雷管擴挖方法主要指標對比如表2所示。由表2可知,在綜合單耗較為接近的情況下,數碼電子雷管擴挖法減少了鉆孔數量,增加了循環進尺,減少了爆破震動及飛石,縮短了工期,取得較好的經濟效益。

表2 半秒雷管擴挖方法與數碼電子雷管擴挖方法主要指標對比

3.3 起爆注意事項

大直徑豎井井口往下20 m區段應適當減小循環進尺,加強炮被覆蓋,減少爆破振動和飛石。

大直徑豎井正式開挖前應針對不同圍巖類別進行現場生產性試驗,以確定不同圍巖類別炮孔間排距、循環進尺、延期時間、單耗等指標。

利用數碼電子雷管精度高的特點,合理設置延期時間,不斷優化爆破參數,以提高二次爆破擠壓效果,降低爆破料大塊率。

現場爆破堅持做到“一炮一設計,一炮一申請,一炮一評估,一炮一小結”。根據現場巖石情況及時調整爆破孔網參數,確保爆破效果。

4 結束語

調壓室大直徑豎井開挖是句容抽水蓄能電站地下工程開挖施工過程中施工難度大、安全風險高的項目。首先通過優化開挖方案,從原來的大井擴挖分為2個區開挖調整為全斷面開挖,大大縮短了施工工期。此外,優化爆破施工工藝,利用數碼電子雷管的優點,做到了控制爆破振動,減少爆破飛石,同時縮短了工期。句容抽水蓄能電站調壓室大直徑豎井在項目部技術人員的共同努力下取得了較好的開挖效果,為句容抽水蓄能電站順利投產發電提供了可靠的保障。