特高压输电线路桩井一次爆破成型关键技术研究

余俊 鲁飞 章金洲 贾金龙

摘 要：岩石地段输变电工程基础开挖施工通常采用爆破法开挖，一次爆破进尺为断面直径的0.3倍～0.5倍，存在爆破施工循环多，钻孔数目多，炮眼利用率低，炸药消耗大，超挖、欠挖现象严重等诸多问题，影响了施工质量，制约了施工进度，同时还存在较大的施工安全隐患。桩井一次爆破成型技术，采用大角度双聚能预裂爆破、高精度数码雷管分层逐孔起爆、中深孔水压爆破相结合的方式，较好的解决了常规方法存在的诸多问题，是桩井爆破开挖技术的一次创新。

关键词：特高压输电线路；桩井；一次爆破成型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.133

1 引言

特高压电网已纳入国家"十二五"规划纲要、能源发展"十二五"规划、中长期科技发展规划纲要、大气污染防治行动计划等多项规划和计划。目前，国家电网结合“一带一路”发展契机，大力推动特高压建设，未来5～10年将会是特高压电网工程建设发展的黄金时期，相关的电力设备和科技研究项目将会推动特高压电网工程建设。

输变电工程基础开挖施工常采用掏挖式桩井，岩石地段需采用爆破方法开挖。小断面（小于10m2）中深（小于10m）桩井爆破开挖，在高压线桩井施工中所占比例较大。由于桩井断面小，只有一个自由面，爆破的夹制作用大，进尺受到限制，目前常规的爆破方法开挖，通常一次爆破进尺为断面直径的0.3倍～0.5倍[1]。存在爆破施工循环多，钻孔数目多，炮眼利用率低，炸药消耗大，桩井成形不理想，超挖、欠挖现象严重等诸多问题[2-3]。影响了施工质量，制约了施工进度，增加了施工成本，也是当今小断面桩井爆破开挖所面临的技术难题。

开展小断面中深桩井一次成型深孔爆破新技术研究，对实现“安全可靠、自主创新、经濟合理、环境友好、国际一流”的优质精品工程目标，具有现实意义。同时可以兼顾应急抢险的目的，做到功能上的二合一，提高其利用率和使用范围。

2 总体方案及关键技术

2.1 总体方案

特高压输电线路桩井一次爆破成型总体方案为：周边空（一次成型孔）大角度双聚能预裂爆破，掏槽孔采用大空孔掏槽，辅助孔采用孔内延期分层爆破；爆破过程中首先周边孔预裂爆破，一次形成整个桩井的井壁，200ms延时后一层辅助孔逐孔起爆，一定延时后分层依次起爆，大空孔掏槽孔仅在底部进行一定量装药并填塞；如一次爆破深度较深时，增加钻凿辅助孔Ⅱ，分布于周边孔与辅助孔之间，采用深孔水间隔装药，增加爆破效果，并保护井壁不被破坏。

2.2 关键技术

特高压输电线路桩井一次爆破成型关键技术：

（1）潜孔钻机深孔凿岩偏斜率控制技术。潜孔钻机与常见凿岩机比较，其具有钻孔直径大、钻孔深度大、效率高、适应范围广等特点，是当前常用的大型凿岩设备。但潜孔钻机钻孔时，随着钻孔延深，钻杆在偏转力矩的作用下会逐渐产生偏斜甚至弯曲，从而导致钻进方向发生一定变化，实际钻孔轨迹偏离设计轨迹，类似现象称为钻孔偏斜。受自然、技术及人为因素影响，目前技术条件下，潜孔钻机在凿岩施工过程中常出现一定程度的钻孔偏斜，尤其在中、深孔钻孔施工中较为明显。凿岩偏斜率的产生对桩井能否一次爆破成型具有较大的影响。施工中，必须根据地形、地质和相关技术条件，合理设计钻孔的轨迹，同时，为减小凿岩偏斜率分别从钻机作业平台改造（场地进行混凝土浇筑找平）、潜孔钻机钻压钻速等钻机参数控制等方面进行作业。

（2）大角度双聚能预裂爆破技术。双聚能槽药卷的成形技术和确保聚能射流能够沿着预裂面发挥气刃作用的对中技术，使爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用，在岩体形成裂隙的瞬间能够有机结合、相互作用，从而完成了将预裂爆破和聚能作用的有机结合，实现了聚能预裂爆破技术的生产应用。大角度双聚能预裂爆破技术是根据特高压输电线路桩井一次爆破成型需要，对双聚能预裂爆破技术的改进，主要根据桩井的截面尺寸调整双聚能的角度，保证桩井井壁的一次成型，同时还大大减小了爆破对桩井井壁岩体的危害，增强井壁岩石的稳定性。

（3）高精度数码雷管分层逐孔起爆技术。高精度数码雷管技术无论是在国内还是国外都是非常成熟的技术，每发雷管在生产过程中经过多重工序检验，产品性能稳定，可靠性明显优于传统的雷管。爆破作业中，电子雷管组网后能实现在线重复检测，为网络爆破提供了可靠的检测手段。SF-A型电子雷管延时精度为±1ms，全网络延期时间精度为±2ms，误差不会叠加，在0—8000ms的延时范围内，用户可根据需求以大于4ms间隔任意选择延期时间。实际施工中利用数码雷管延期精度高，使用安全等特点，合理设计爆破参数，达到了岩石分层逐孔起爆的效果。高精度数码雷管是我国爆破行业发展的重点技术之一。通过本文的研究把高精度数码雷管技术引入到输变电工程中，同时也具有特殊的意义。

（4）中深孔水压爆破技术。掘进水压爆破是“往炮眼中一定位置注入一定量的水，用专用的‘炮泥回填堵塞炮眼”，利用水中传播冲击波对水的不可压缩性和爆炸能量经过水传递到围岩的无损性。同时，水在爆炸气体膨胀作用下形成的“水楔”效应，有利于岩石的有效破碎，炮孔中的水也可以起到雾化降尘作用，较少爆破粉尘对环境的污染。本文采用中深孔水压爆破新技术，可以有效保证桩井一次爆破成型效果、减少了装药量，同时起到了降低爆破危害效应的作用。

3 爆破参数及技术实现

本文结合蒙西-天津南1000kV特高压线路工程10标桩井爆破开挖施工开展相关研究。在施工点附近类似基础桩基地质开挖区域岩石结构为砂岩，井口以下0.6 m 段为泥质砂岩，然后是约0.15m 的砂质泥岩，下面是粉红色砂岩。砂岩的抗压强度为65～75Mpa，岩质较硬，层理欠发育，岩石较完整，具备开挖的良好条件。桩井设计开挖直径2.5m，深6米。

3.1 爆破参数

根据总体爆破方案，爆破参数设计如下：

（1）炮孔直径。掏槽孔、辅助孔和周边孔的炮孔直径均取90mm，作为自由面和补偿空间的空孔直径取90mm。

（2）炮孔深度。掏槽孔、辅助孔孔深6.5m，周边孔孔深7m。

（3）布孔参数。周边孔孔距0.87m，共计布设9个孔；辅助孔孔距0.63，共计布设6个孔；中间空孔作为掏槽孔。炮孔布设如图2所示。

3.2 炮孔布置及钻孔

炮孔按照设计要求精确布孔，实际施工如图3所示，钻孔时采用潜孔钻或地质钻进行钻孔作业（根据施工地形条件选择），要保证钻孔的铅直性，施工中为减小凿岩偏斜率分别从钻机作业平台改造（场地进行混凝土浇筑找平）、潜孔钻机钻压钻速等钻机参数控制等方面进行作业，误差不得大于5‰。

3.3 技术实现

周边空（一次成型孔）采用大角度双聚能预裂爆破（图4所示），大角度双聚能预裂爆破技术是根据特高压输电线路桩井一次爆破成型需要，对双聚能预裂爆破技术的改进，主要根据桩井的截面尺寸调整双聚能的角度，保证桩井井壁的一次成型，同时还大大减小了爆破对桩井井壁岩体的危害，增强井壁岩石的稳定性；掏槽孔采用大空孔掏槽，底部设置抛渣药包，辅助孔采用孔内延期分层爆破。爆破过程中首先周边孔预裂爆破，一次形成整个桩井的井壁，200ms延时后一层辅助孔逐孔起爆，一定延时后分层依次起爆，大空孔掏槽孔仅在底部进行一定量装药并填塞，起到抛渣的作用。如一次爆破深度较深时，增加钻凿辅助孔Ⅱ，分布于周边孔与辅助孔之间，采用深孔水间隔装药，增加爆破效果，并保护井壁不被破坏，保证了桩井一次爆破成型效果、提高了装药能量利用率，同时起到了降低爆破粉尘等危害效应的作用。

该技术设计合理，可以达到桩井一次爆破成型的目的，桩井壁面得到保护，爆破危害效应可以得到较好控制；但是，该技术存在装药结构较复杂，爆破作业人员需要经过一定时间的针对性培训，高精度数码雷管购买地区性差异较大等问题。

4 爆破效果

采用大角度双聚能预裂爆破、高精度数码雷管分层逐孔起爆、中深孔水压爆破相结合的桩井一次爆破成型技术，可以在巖质较硬、层理欠发育、岩石较完整地质条件下，一次爆破开挖深度4-6m桩井。具体爆破后清理效果如图6所示。

爆破过程中，在距离爆破中心25m处基岩上设置了爆破振动监测仪（图7所示），对竖井爆破所引起的地面质点振动速度进行了监测。图8为爆破振动监测仪测得的该处垂直振动速度波形，从图形分析可以看出，整体波形较分散，与微差延时吻合，爆破震动得到了有效的控制。

5 结论

特高压输电线路桩井一次爆破成型关键技术，采用大角度双聚能预裂爆破、高精度数码雷管分层逐孔起爆、中深孔水压爆破相结合的方式，是桩井爆破开挖技术的一次创新。

该技术基本解决了传统输变电工程基础爆破开挖方法存在爆破施工循环多，钻孔数目多，炮眼利用率低，炸药消耗大，桩井成形不理想，超挖、欠挖现象严重等制约特高压电网工程建设发展的诸多实际问题，可以使深基坑开挖减少人工作业量，降低安全风险。同时可以兼顾应急抢险的目的，做到功能上的二合一，提高其利用率和使用范围。同时可推广到国民生产各个行业中涉及桩井爆破开挖的项目。

该技术对于工程地质情况要求较高，土石坚硬系数8—18的裂隙不发育岩石区域施工效果理想。但是对于节理裂隙较发育地区实施该技术，相关爆破设计与参数还需进行进一步的研究。

参考文献：

[1]孙桂喜，魏日华，付廷伍.竖井爆破开挖控制技术[J].东北水利水电，2007，25（278）：16-18.

[2]张义平，陈寿如，王茂玲.竖井深孔分层爆破法的探讨及应用[J].采矿技术，2002，2（02）：73-75.

[3]杜立红.浅析竖井、斜井施工方法[J].大众科技，2005（83）：118-119.

[4]朱俊杰，李晓阳，王军等.白莲河抽水蓄能电站竖井开挖施工[J]. 水利水电技术，2008，39（12）：64-67.

[5]张甫元，崔建井.立井冻结段爆破施工安全技术[J].煤炭技术，2003，2（22）：61-63.

[6]1000kV架空送电线路施工及验收规范（Q/GDW1153-2012）[S].

[7]1000kV架空送电线路工程施工质量检验及评定规程（Q/GDW1163-2012）[S].

作者简介：余俊（1981-），男，安徽宣城人，本科，工程师，主要从事输变电线路施工管理。