预裂爆破技术生产性试验在施工中的应用

杨祎慧，古 军，张向东

(1.陕西省西安市渭浐河城市段管理中心，陕西 西安 710016;2.陕西省西安市防汛机动抢险队，陕西 西安 710048)

预裂爆破技术生产性试验在施工中的应用

杨祎慧1，古 军2，张向东2

(1.陕西省西安市渭浐河城市段管理中心，陕西 西安 710016;2.陕西省西安市防汛机动抢险队，陕西 西安 710048)

水电站施工过程中开挖量大，大体积砼施工更需要大量的地材，地处偏远的水利水电工程自行加工地材是比较可行的方案，爆破法从施工的难度、可操作性、经济性上综合考虑都是较好的选择。预裂爆破技术的核心是控制爆破力。预裂爆破技术的生产性试验是验证爆破设计的合理性并进行优化的途径，通过验证孔位布置、装药量等选择合理的爆破参数，结合工程实例总结分析，以期取得较好的经济效益的目的。

预裂爆破;爆破试验;施工应用

1 工程应用情况

三峡工程规模巨大，建筑物基础开挖面积达60万 m2以上，若采用常规施工方法，不仅耗费高，而且工期也难以保证。从1994年开始在三峡主体工程建筑物基础、左岸临时船闸的建基面等多部位进行着预裂爆破施工，取得较好的效果，施工面积约20余万m2，大幅度减少了岩面整修及超挖造成回填的损失，不仅大大提高了建筑物基础的开挖质量，而且加快了施工进度，节省了投资。

2 技术原理剖析

预裂爆破采用小抵抗线、宽孔距、小梯段爆破，以充分利用先爆孔已形成的良好临空面，使爆破能量主要沿临空面方向破碎岩体，抛掷岩块，以相应减少底部爆破荷载，克服平地火炮带来的单耗药量大、半孔率低等缺点。

使用短时差等间距毫秒微差雷管代替火雷管起爆，更好地克服后排岩体的夹制作用，获得较平整的建基面。合理的时差选择使各段爆破荷载相互反向叠加而削减其强度，减少爆破对底部岩体的破坏程度;孔底设柔性材料(如竹筒、锯沫、泡沫等)，利用垫层的缓冲作用，使孔底部以下岩体免遭破坏影响。

3 重点难点分析

3.1 爆破试验方案

方案设计是施工的首要工作，其内容为:合理的深孔爆破孔网参数及单耗的确定;确定预裂爆破或光面爆破合理装药量及装药结构;通过预裂、梯段爆破试验，确定施工中规格化生产的爆破参数、装药结构及起爆方式及网络;通过对需要上坝的石方开挖区进行级配料爆破试验，确定相关爆破参数、单耗及级配料筛分测定。

爆破施工的内容简单，但是需要考虑的因素众多，而且个性差异很大，因此，方案确定以后需要进行现场试验，以最终确定爆破参数。试验内容为:场地选择具有代表性，在开挖区内选取具有代表性的地段进行爆破试验;爆破参数试验2～3组，以便指导施工;试验数据的初步选定要根据经验和计算选取;试验记录准确;暂定试验钻爆参数以阶梯爆破选定参数为基础，选定上下界限参数进行试验;对于主堆石料、下游堆石料等不同级配的坝体填筑料应分别进行爆破试验;根据爆破设计的起爆网络进行排间、孔间、孔内微差爆破;导爆管中继传爆;复式网络传爆。

3.2 爆破参数测定

3.2.1 选择性能优异的炸药

为了解决爆破石料往往缺乏细颗粒含量的问题，应选用爆速高、猛度高且做功能力高的炸药。市场供应的各种炸药中，岩石膨化硝铵炸药等产品能较好的符合此条件，其主要性能指标为:爆速≥3 200 m/s，猛度≥12 mm，做功能力≥298 ml，殉爆距离≥4 cm，药卷密度 0.85 ～ 0.95 g/cm3，保质期6个月。粉状乳化炸药，其主要性能指标为:爆速≥3400m/s，猛度≥13mm，做功能力≥300ml，殉爆距离≥5 cm，药卷密度0.85～1.05 g/cm3，保质期6个月。相对其它品种炸药，粉状乳化炸药的性价比比较好。

炸药单耗q:参照同类工程经验，试验分别先根据做功暂定经验值q=0.40～0.45 kg/m3;单孔药量Q:Q=(πd2ρeL1)/4，ρe为装药密度，取 ρe=900 kg/m3。

3.2.2 根据岩石情况布设孔位

定位后用潜孔钻机造孔，孔径 φ105 mm，孔距70 cm，φ32药卷间隔装药，导爆索起爆;经现场调整以及参考其他工程经验，试验不可能与正式爆破一样布设炮孔排数与列数过多，又要能基本反映出正式爆破的情况，所以试验炮孔排数为3排、8列。

根据生产量的需要台阶/梯段高度设为10～12 m;钻孔倾角θ在正式爆破中十分重要，炮孔往往在10排以上，钻孔倾角一般为90°，但是靠近临空面的第一排炮孔为了不使底盘抵抗线过大，影响爆破块度，一般将此排炮孔布置为斜孔，可取θ=60°并可以在孔底加入柔性物质用于缓冲冲击力，第二排炮孔θ=75°，第三排及以后各排炮孔均为竖直孔，即θ=90°。

超钻深度h及炮孔深度L:对于多层梯段爆破，超钻深度h是一个不重要的参数，在此取h=0.5 m，这时炮孔深度 L=(H+h)/sinθ。由于爆破台面的原始面不可能平坦，因此，各炮孔孔口不在同一高程上，所以在现场布置炮孔后，应实测各孔口高程，按上式分别求出各孔应钻孔深，作为钻孔的依据。这样做，可保证各孔孔底落在同一高程上。

炮孔布置成梅花形布置，偏差应不大于15 cm，第一排炮孔邻近侧向临空面，侧向临空面凹凸不平，增加了第一排布孔难度。要调整其孔距(一般是加密炮孔)，使每一个炮孔承担的爆破方量与后排炮孔承担的方量基本相等，0.5×(W下 +W上)a1H=abH;孔距 a与排距 b:a=(mQ/qH)1/2，b=a/m=(Q/mqH)1/2;炮孔邻近系数m为孔距a与排距b之比，即m=a/b。本工程取 m=1.2 ～1.5，在试验设计中，先取 m=1.3。

3.2.3 合理装药、堵孔是关键

药量按照规范和经验值的单位土石方开采量消耗量装填，爆破孔一般采用连续装药方式，预裂孔串状间隔装药或者半耦合装药，有效控制药卷净间距、装药长度和封堵长度。按爆破试验参数，用粘土等封堵爆破孔并分层捣实，预裂孔先用编织袋塞堵;根据试验网络设计，完成网路联接并对爆破网路进行复查。见图1。

图1 生产性试验

3.2.4 爆破完成后对参数、效果进行分析

通过生产性试验参数(表1)可以分析得出:孔位布置是根据所需要开采的土石方量确定的，相同的布孔方式下取得土石方量相同，同等土石方量的炸药消耗量是经济效益的重要考量指标，同时岩面半孔率、平整度、超欠挖等也要进行综合考量。生产性试验取得的参数经分析、调整、验证才能进行生产，表1中2#段试验数据能满足生产对安全、经济、环保的要求，被确定为生产参数并投入正式施工。

4 试验参数在工程实例中的效益

通过预裂爆破生产性试验取得的参数和经验，在坝肩施工中优化了底部水平孔与周边预裂孔先爆，上部爆破孔从自由边起依次以正弦波形顺序起爆的方案，合理优化了试验参数。爆前、爆后岩体纵波波速差大为降低，在20 cm范围时降低4.98% ～10.52%，在20～40 cm范围时降低 0.73% ～5.74%;半孔率达100%;不平整度小于15 cm，并且围岩原生裂隙无扩展现象，山体阶梯型(图1、2)开挖的土石方单位体积消耗炸药量满足效益最大化，且开采区开挖后作业面附近围岩整体稳定。

右岸纵向围堰建基面的保护层水平预裂爆破施工时，由于场地和部位的限制必须采用手风钻造孔，但是生产性试验的方法依然适用，通过试验证实孔径 48 mm、孔距 30～40 cm、线装药密度100～120 g/m是该部位的最优参数。经爆前、爆后声波检测爆炸产生的应力波波速在4 400～5 600 m/s之间变化不大，半孔率达95%以上，不平度能控制在15 cm以内，经济、安全效益明显。

表1 爆破参数选择

图2 坝肩开挖前后对比图

5 结语

生产性试验是预裂爆破施工的重要环节，由于地质条件、施工水平等因素的不同，不能照本宣科、查经验数据和类比工程参数，必须要进行系统的生产性试验，经对取得的参数进行分析、优化、调整，以获得有针对性的预裂爆破施工参数，在施工中要进行验证，同时随时关注岩性的变化，并根据施工现场情况适时对爆破参数进行调整。

［1］水利水电工程爆破施工技术规范(DL/T5135－2001).

［2］卢文波，赖世骤，朱传云等.三峡工程岩石基础开挖爆破震动控制安全标准［J］.爆炸与冲击.2001，21(1):67－71.

Application of the Pre－splitting Blasting Technology Test for the Construction

YANG Yi－ hui1，GU Jun2，ZHANG Xiang － dong2
(1.Xi’an Management Center of the urban section of Weichan River，Xi’an 710016，Shaanxi;2.Xi’an flood control motorized rescue team，Xi’an 710048，Shaanxi)

For large excavation during construction of the hydropower stations，a lot of flooring are required in large volume concrete construction. Therefore，for the remote water conservancy and hydropower project，it would be a better choice to get the local materials on their own processing.The blasting method would be the better choice for the fully considering on the difficulty of construction，operability and economy. The core technology of the pre－ split blasting is to control the blasting force.Pre－hiatus could be mitigating the effects of blasting on the surrounding rock disturbance. Reducing the vibration strength is conducive to maintain the stability of surrounding rock.Pre－ split blasting production test is to verify and optimize the rationality of the blasting design.Choosing a suitable blasting parameters，such as verify of hole layout，the charge weight，and analyzing some engineering examples，could be obtain a better value for economic benefits.

Pre－splitting blasting;the burst test and construction application

TD235.371

A

1004－1184(2012)05－0196－02

2012－07－25

杨祎慧(1971－)，女，陕西西安人，工程师，主要从事水利水电工程施工与管理。