爆破技术在辽宁省某进水口工程岩坎引水渠开挖中应用分析

付 斌

(辽宁省东水西调工程建设局，辽宁 沈阳 110000)

爆破技术在辽宁省某进水口工程岩坎引水渠开挖中应用分析

付 斌

(辽宁省东水西调工程建设局，辽宁 沈阳 110000)

进水口工程为水库施工中的关键环节之一，进水口岩坎引水渠与桓仁水库相连，岩坎水下开挖量大，难度高。根据勘探地质资料以及预留岩坎尺寸，对岩坎前引渠进行分层分区划分，每个分区分为水上和水下两层，分块分层进行爆破开挖，施工中采取有效的安全爆破施工技术，合理的施工顺序确保岩坎引水渠的开挖，为类似工程参考借鉴。

岩坎引水渠；水下开挖；施工安全控制

进水口岩坎爆破工程全长140.1 m，岩坎顶高程▽300，围堰顶高程▽305.89，渠道底宽为10 m，两侧边坡坡比为1:1，开挖总深度18.7 m，开挖总方量约为1万 m3。岩坎处岩性为含砾岩屑凝灰岩，中硬岩，节理较发育，多为高陡倾角，岩坎外侧水渠段主要为第四系覆盖层，坡积土夹石块、粘性土，根据地勘资料，覆盖层厚度约为2～11 m。岩坎体形成过程中，受开挖爆破重复震动影响，爆破裂隙多、原生裂隙张开、透水量增加等影响，爆破施工难度增大。根据设计图纸提供的地质资料以及预留岩坎尺寸，对岩坎前引渠进行分层分块划分，预留岩坎外侧引渠开挖共分3个区域进行施工，每个区分为水上和水下两层，分别进行开挖，1区为水上钻孔水下钻爆开挖；2区为水上陆地开挖；3区为陆地钻孔水下开挖。

1 开挖及出渣施工方法

1.1 施工程序

回填土清除→2-1区覆盖层开挖→2-2区石方明挖→1区开挖→3-1区开挖→3-2区开挖。

图1 引水渠开挖布置图

1.2 2区施工

根据地勘资料得知，2-1区主要为第四系覆盖层，坡积土夹石块、粘性土。

2-1区开挖采用1.6 m3液压挖装至自卸汽车，在开挖过程中利用开挖渣料修筑一条▽300～▽276的临时施工道路，其余渣料由自卸汽车运至指定渣场。

2-2区主要针对294.8～274 m高程之间的石方作业，为后续3区爆破作业建立作业平台，本部位开挖分两层进行(▽284～▽288.5，▽288.5～▽294.8)。岩性为含砾岩屑凝灰岩，本区石方采用垂直深孔爆破，周边预裂爆破，必要时辅以浅孔爆破，通过反铲、自卸汽车装运至弃渣场。

1.3 1区施工

根据地勘资料得知，1区主要为第四系覆盖层，坡积土夹石块、粘性土。对于水下致密的第四系覆盖层采用松动爆破的方式进行。

1区内开挖部位均在水面以下，故采用水下钻孔爆破、水下出渣方式作业。水下钻孔采用KSZ-100型潜孔钻机，在水下钻孔前先在钻孔位置竖直安装Φ130 mm套管，钻具通过套管下到钻孔位置进行钻孔，钻机固定在组合式钻爆作业平台船上施工。为防止塌孔，爆破孔内下高强度PVC套管，PVC套管内径为Φ100 mm。爆破后，由作业船上抓斗将水中石渣抓运至短驳船，满载后运至岸边(及284m作业平台)由液压反铲挖装到自卸汽车，通过道路转运至弃渣场存放。

1.4 3区施工

根据地勘资料得知，3-1区主要为第四系覆盖层，坡积土夹石块、粘性土，采用松动爆破；3-2区岩性为含砾岩屑凝灰岩，采用深孔爆破，周边预裂爆破。

由于水上钻孔难度高，且影响钻孔质量因素较多，因此在进行2区开挖施工时应预留部分渣料至水面高程以上，作为施工平台以满足陆地钻孔要求。

3-1区开挖部位均在水面以上，故采用陆地钻爆、水下出渣方式作业。根据施工区块划分，待1区水面以下岩坎钻爆出渣完成后，首先对3-1区进行施工。3-1区施工主要采用松动爆破，陆上钻爆作业采用CM-351潜孔钻机钻孔径115 mm孔，为防止塌孔，爆破孔内下高强度PVC套管，PVC套管内径为Φ100 mm。爆破后水面以上岩渣由反铲挖装到自卸汽车运至渣场，水下部分石渣由作业船上抓斗抓运至短驳船，满载后运至岸边(及284 m作业平台)由液压反铲挖装到自卸汽车，通过道路转运至弃渣场存放。

3-2区内开挖部位均在水面以上，根据施工区块划分，待3-1区施工完成后，对3-2区进行施工，3-2区主要采用深孔爆破，周边预裂爆破。陆上钻爆作业采用CM-351潜孔钻机钻孔径115 mm孔，区块东西两侧钻倾斜预裂孔，由导爆管连接非电毫秒雷管微差起爆。爆破后水面以上岩渣由反铲挖装到自卸汽车运至渣场。

水面以下岩渣由配备在作业船上的1.0 m3抓斗抓运至15t短驳船，满载后运至岸边(及284 m作业平台)由陆上挖掘机挖装到自卸汽车，通过临时施工道路转运至弃渣场存放。抓斗实际生产能力为200～300 m3/d。

2 爆破设计

2.1 第四系覆盖层松动爆破

2.1.1 布孔形式及孔深、孔径

由于开挖最大深度8m，钻孔机械的钻孔能力完全能达到一次钻到设计开挖平面的要求，对于高出水面的陆上钻孔作业部分，采用一次钻孔到底，避免水下钻孔二次爆破作业，选用的孔径D=115 mm，装Φ90 mm乳化炸药，采用矩型布孔方式。

2.1.2 炸药单耗

爆破施工主要是为了松动水下部分致密的第四系覆盖层，因此炸药单耗拟选用0.4 kg/m3。

2.1.3 孔网参数

选取孔距a=2.5 m、排距b=2 m，在实际施工中要根据试爆情况进行孔排距修正。

2.1.4 单孔装药量Q

钻孔爆破的每孔装药量可按体积公式计算Q=q×a×b×L

式中：Q为炮孔计算装药量，kg；q为水下钻爆单耗值，kg/m3；a为孔距，m；b为排距，m；H为设计开挖深度，2.6～8 m。

q值拟选0.4 kg/m3，经计算Q=5.2～16 kg。

2.2 陆地爆破参数

主要针对294.8～284 m高程之间的石方作业，钻爆及出渣作业均在陆上完成，采用垂直深孔爆破。

爆破参数：

孔径：φ=90 mm

超深：h=0.5 m

孔深：L=6.5 m

钻孔倾角：90度

最小抵抗线：W=1 m

孔距：a=1.5 m

排距：b=1 m

单孔装药量：Q= q×a×b×H=3.6 kg

单耗药量：q=0.4 kg/m3

堵塞长度：Lc=0.5 m

布孔型式：梅花形布孔

装药结构：连续装药

当局部开挖段厚度小于5 m时，采用浅孔爆破，根据本工程实际情况初步确定浅孔爆破的爆破参数：

单耗：q=0.4 kg/m3

开挖高度：H=1～4 m

前排抵抗线：W=0.8～1.4 m

钻孔直径：Φ=42 mm

孔距：a=1.2 W(m)

排距：b=W=1 m

超钻深度：h1=0.1～0.5 m

钻孔深度：L=H+h1(m)

堵塞长度：0.5 m

每孔装药量：Q=qabH(kg)

其数值如下：

表1 浅孔爆破参数参考表

图2 孔内孔间微差起爆网络示意图

2.3 水下石方爆破参数

2.3.1 布孔形式及孔径

主爆区基岩布竖直孔，为便于施工采用矩形布孔，垂直钻孔，选用孔径D=115 mm，装Φ90 mm乳化炸药。

2.3.2 孔网参数

孔距a：a=1.5 m；抵抗线W：W=1 m；排距b：b=1 m；

2.3.3 钻孔深度L和超钻深度h0

钻孔深度L由炮孔所在位置至开挖底部的高度来确定，为确保水下不留根底，钻孔需一定超深，取h0=1.85 m。

2.3.4 炸药单耗

爆破完成后岩渣大部位于水面以下，只能采用水面出渣，施工难度大，为确保后续出渣效率，应尽可能降低岩渣大块率，此处取q=0.5 kg/m3。

2.3.5 堵塞长度

竖直孔堵塞0.6 m。

2.3.6 装药量及装药结构

炮孔采用连续装药，装药前对每个炮孔装药量再次进行安全校核，若爆破振动速度超过控制标准，采用爆破施工时采用孔内微差的方法，如孔内分两段，大段位在上，小段位在下；如分三段，小段位在中间，大段位在上，药包段位差100 ms，药包之间用粗砂间隔，间隔长度10 d(d——药卷直径)。

2.3.7 单孔装药量Q

钻孔爆破的每孔装药量可按体积公式计算Q=q×a×b×L

式中：Q为炮孔计算装药量，kg；q为水下钻爆单耗值，kg/m3；a为孔距，m；b为排距，m；H为设计开挖深度，8 m。

q值拟选0.5 kg/m3，经计算最大装药量Q=6 kg。

2.4 预裂爆破

2.4.1 布孔形式及孔径

预裂孔孔径取Φ90 mm，70 mm药卷；按设计坡比进行钻孔。

2.4.2 炸药单耗

根据类似工程施工经验，预裂孔线装药密度Qx取0.4 kg/m。

2.4.3 孔网参数

孔距a：a=(7～12)D，a取1 m。

2.4.4 孔深和堵塞长度

预裂孔最大孔深11.3 m，预裂孔爆破时堵塞1.0～1.5 m。

2.4.5 装药量及装药结构

渠道两侧边坡预裂孔底部1m连续装药，其余采用间断不耦合装药。单孔装药量Q=LQx，单孔最大装药量4 kg。

2.5 起爆网络

根据各部位最大允许起爆药量要求，在距离帷幕灌浆较近时采用孔间、孔内微差的方式进行，即以毫秒级时差顺序起爆各个药包，把爆破的总炸药能量分割为多数较小的能量，采取合理的装药结构，最佳的微差间隔时间和起爆顺序，为每个药包创造多面临空条件，将最大大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波，同时各药包产生的地震波相互干涉，从而降低地震效应，把爆破振动控制在允许值以下。这样通过合理的搭配导爆管一次爆破总的炸药量可以提高，而由爆破产生的振动效应却很小。本工程孔内微差间隔为100 ms，孔外延时间隔为42 ms。根据建筑物的自振周期确定最终微差时间。

3 结语

该进水口工程引水渠开挖前，制定了详细的分层分区开挖方案，并针对不同分区的地质情况采用垂直深孔爆破、预裂爆破、水下钻孔爆破，必要时辅以浅孔爆破等多种爆破技术的相结合，合理规划出渣路线布置从而保证弃渣的顺利，严格按照既定的安全控制措施进行开挖施工，保证了施工的安全，施工工艺可靠安全，值得类似工程参考借鉴。

[1]GB6722-2011.爆破安全规程[S].

[2]DL/T 5135-2001.水利水电工程爆破施工技术规范[S].

[3]薛天野，孟祥翠， 宫运 .水下爆破技术在岩坎开挖施工中的应用[J].水利水电施工.2011, (4): 20-22.

2016-10-31

付斌(1988-)，男，辽宁沈阳人，助理工程师，主要从事水利工程施工方面工作。

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