南水北调中线应急供水工程石方爆破方案比选

李佑杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

南水北调中线应急供水工程位于河北省保定市涞水县境内，渠段京石段累计1度带桩号范围为204+482—204+982，开挖渠底底宽 11 m，内边坡 1∶0.75，纵坡 1/20 000～1/18 000，一般开挖深度 8～10 m，最大挖深16 m。渠道基岩以石灰岩为主，岩体呈层状分布，结构比较破碎。由于爆破区域长，距渠边不到70 m范围内分布有大量简易石灰窑、农用高压线、果园和村庄等生产生活设施，施工环境相当复杂，给开挖爆破、边坡成型增加了难度，因此选择合理的施工爆破方案尤为重要。

2 爆破施工对比方案

爆破区段70 m范围处存在未征迁设施，为最大限度地保护该范围内的设施安全，按照70 m爆破振动安全距离计算单段炸药量，计算公式为：

式中：Q——单段炸药量，kg；

R——爆破振动安全允许距离，取值70 m；

V— —保护对象所在地质点振动允许速度，cm/s，取0.75；

K，α——查《爆破安全规程》表知，K=200，α=1.65。

经计算，Q=13.75 kg。

2.1 手风钻钻孔爆破方案

渠道沟槽中部采用台阶爆破方式进行掏槽，炮孔直径42 mm，间距1.5 m，排距1 m，孔深2 m。炮孔装药长度1.2 m，填塞长度0.8 m，单孔装药1.8 kg，炸药单耗0.6 kg；渠道设计边坡预留3 m厚作为保护层，采用光面爆破，设置一排光爆孔，外侧布置一排主爆孔，光爆孔孔距1 m，主爆孔孔距2 m，排距1.5 m，间隔布置，孔深以钻入一级马道和渠底保护层0.7 m为限，根据岩石特性，光面爆破平均单耗拟定为0.4 kg；一级马道和渠底部分均预留1.5 m厚的保护层，分两层爆破开挖，第一层钻孔1 m，炮孔间距0.5 m×0.5 m，第二层钻孔0.5 m，炮孔间距0.3 m×0.4 m，底板保护层爆破单耗拟定为1.0 kg。

由设计断面图计算得：掏槽爆破方量为12.5万m3；坡面保护层光面爆破方量为8.34万m3；底板保护层爆破方量为1.66万m3。施工过程中，拟配置10台手风钻同时施工，全天满足18 h运转，安排两个作业面循环交替钻进，根据施工经验，手风钻钻孔速度以平均4 m/h计算，每天可施工720 m，即360孔，以此为强度控制标准，平均每天爆破方量为1 080 m3，则预计掏槽施工时间4.5个月；由于光面爆破是控制爆破结构边线的关键性工序，为保证施工质量和结构边线的精确控制，施工进度相对掏槽爆破来说有所降低，根据施工经验每天按20 m进尺推进，则光面爆破所需工期为2个月。该爆破施工属控制爆破施工，加之底板爆破残留体的凿除将占用大量时间，按每天20 m进尺推进，分两层爆破，则预计施工时间为2个月。

综上所述，3个工序施工时间为工序本身施工工期，在钻孔过程中存在部分时段的交叉作业，但是根据“每日一次起爆”的总体计划，其施工时间均按每天爆破一次计算，考虑交叉作业时间与装药起爆时设备可能的闲置时间相平衡，则不应将工期进行重叠，故3个工序全部完成所需的固定工期为8.5个月，加上施工过程中不可避免地存在设备故障以及地方各种干扰因素的影响，应增加额外工期1个月，故爆破施工总工期预计为9.5个月。

2.2 潜孔钻钻孔控制爆破方案

渠道沟槽中部采用台阶爆破方式进行掏槽，炮孔间距2.5 m，排距2 m，孔深5.5 m，每炮孔装药13.75 kg，单孔单响，其单响药量满足70 m爆破振动安全距离要求；渠道设计边坡预留3.5 m厚作为保护层，采用光面爆破，设置一排光爆孔，外侧布置一排主爆孔，光爆孔孔距1 m，主爆孔孔距2 m，排间距1.5 m，间隔布置，孔深以深入马道和渠底保护层0.7 m为限，根据岩石特性，光面爆破平均单耗拟定为0.4 kg；马道和渠底预留1.5 m保护层，分两层爆破开挖，第一层钻孔1 m，炮孔间距0.5 m×0.5 m；第二层钻孔0.5 m，炮孔间距0.3 m×0.4 m，底板保护层爆破单耗拟定为1.0 kg。

由设计断面图计算得：掏槽爆破方量为11.11万m3；坡面保护层光面爆破为9.73万m3；底板保护层爆破为1.66万m3。施工过程中，拟配置足量潜孔钻机同时施工，全天满足18 h运转，安排两个作业面，循环交替钻进，根据施工经验，计划每天起爆4排，每排15孔，共计60孔，分为60段雷管引爆，每日爆破方量为1 650 m3，按此标准，以平均每天60孔速度向前推进，预计施工时间3个月；光面爆破和底板爆破的工期计算同手风钻钻孔爆破方案一致。

综上所述，3个工序施工时间为工序本身施工工期，在钻孔过程中存在部分时段的交叉作业，但是根据“每日一次起爆”的总体计划，其上述施工时间均按每日爆破一次计算，考虑交叉作业时间与装药起爆时设备可能的闲置时间相平衡，则不应将工期进行重叠，故3个工序全部完成所需的固定工期为7个月。加上施工过程中不可避免地存在卡钻和与地方协调的影响，应增加额外工期1个月，故爆破施工总工期预计为8个月。

3 安全防护措施方案

为减少爆破飞石对近距离（70 m）设施的危害、保证爆破区域周围人员和设施安全，必须采用必要的覆盖防护措施，拟采用皮带铁丝网加沙袋压重的方式进行防护。具体方案如下：用1号的皮带（传输皮带机的皮带）连成片搭盖在爆破区域，其上再覆盖铁丝编制网，再在铁丝网上压盖装土编织袋。其中：皮带裁剪成10 m长一段，每次需用40段。铁丝网覆盖其上，覆盖数量同皮带面积，即400 m2。沙袋覆盖按照每个炮孔3袋设置，皮带和铁丝网在爆破之后解体回收利用。

4 爆破方案选定

手风钻钻孔爆破方案中台阶高度仅2 m，钻爆时产生的震动波对周边建筑物影响较小，属于浅孔钻爆，爆破时出现飞石的机率增加，必然会加大爆破飞石安全防护措施的难度，同时增加相应的防护措施资金投入。此外，对雷管的耗量也将成倍增加，经计算，用潜孔钻钻爆27.5 m3需2发导爆管，而用手风钻爆27.5 m3需9.17发导爆管，为潜孔钻爆破用量的4.59倍。手风钻钻爆规模小、循环次数多，拉长了施工工期。以渠道梯段爆破开挖为例，手风钻一次只能钻爆264 m3，而使用潜孔钻钻爆一次可达1 450 m3，是手风钻的5.5倍。渠道开挖工期及爆破次数的增加，导致资金投入相应加大。

潜孔钻控制爆破方案中采用单段起爆，药量是依据施工实际情况和保护对象距爆破中心最短距离（本工程为70.7 m）计算得出的，将单孔装药量控制在13.75 kg限定值上，即要求一个炮孔为一段，而爆破效果需要多排孔（选定为4排孔），每排10～15孔，因此对控制爆破联网技术要求较高，相应的投资也将增加。由于本方案属于控制爆破，虽然一次爆破的规模会受到限制，但经过计算，该方案可以满足爆破施工的总要求。

5 结语

通过对南水北调中线干线应急供水工程京石段K204+482—K204+982段石方爆破渠段两种方案的施工方法、工期进度、安全防护、资金投入及利弊分析等进行综合比较分析，确定本工程段采用潜孔钻钻孔控制爆破方案。