爆破技术在地下厂房开挖中的应用研究

雷国强 孟怀秀

【摘要】大力建设水利水电工程是现代化新能源建设的重点项目，由于我国水利资源分布主要集中在西部高山峡谷中，水电工程地下厂房建设显得愈发重要。目前我国地下厂房的主要开挖方式还是钻爆法，因此，研究开挖施工爆破技术的应用具有重要意义。本文将基于四川省某引水式水电站地下厂房建设实例，进一步探讨爆破技术在水利水电工程地下厂房开挖施工过程中的应用研究。

【关键词】水利水电工程；地下厂房开挖；爆破技术

我国蕴藏的水力资源十分丰富，淡水资源总量居全球第六，水力资源主要分布在西部高山、峡谷区，如雅砻江、乌江等。对于峡谷区水利工程建设，地下厂房建设不仅有利于枢纽建设布置，并且具有缩短工期、经济高效的优势。因此，对地下厂房设计、施工技术的研究创新显得愈发重要。表1为我国部分已建重大水利枢纽工程。

爆破技术是地下硐室开挖施工过程中极其重要的过程，对此国内外专家对爆破技术做出了深入的研究。任元杰深刻探讨了爆破技术在隧道钻进过程中的应用；王俊星研究爆破技术在采矿工程中重要性；冯叔瑜、邹勤等重点探讨了爆破技术在水利工程施工中的应用以及前景展望。

1、工程概况

博瓦水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内，为金沙江左岸一级支流水洛河“一库十一级”中的第八个梯级电站。本工程采用引水式开发，于水洛河水洛乡下游河段、左岸群英河河口下游3.06km、河道高程约1982m处建拦河闸坝取水，通过左岸布置引水系统引水至下博瓦沟沟口上游900m、河道高程约1853m处的山体内建地下厂房发电。电站由首部枢纽、引水系统和发电厂房系统组成。首部枢纽最大闸（坝）高27m，正常蓄水位▽2001.00m以下水库库容113万m3，日调节库容24.1万m3；左岸有压引水隧洞长14.188km和压力管道长211.758m，引用发电流量160.1m3/s，受场地条件以及地质情况限制，厂区枢纽布置为地下厂房。

地下厂房开挖分层以及开挖程序示意图如图1所示。厂房由上而下主要分作6层施工，主要施工次序如下：（1）顶拱两侧开挖并及时支护跟进，同时安排竖井开挖支护施工，用以改善地下施工环境、保证通风；（2）第一层开挖结束后，第2层需要进行预裂爆破施工；爆破结束后，进行支护工作，支护过程注意围岩松动，保证施工人员安全；（3）岩壁吊车梁施工；（4）当岩壁吊车梁混凝土达到要求强度后，再进行第3～6层分层开挖、预裂爆破与支护工作。

2、地下厂房爆破施工

2.1 爆破技术简介

随着我国经济的快速发展，基础设施建设进入蓬勃发展期，爆破技术被广泛应用于大型机场、港口码头、水电地下厂房等项目建设中，也随之得到快速进步。

露天深孔爆破是现代工程爆破技术的主要研究方向，目前已发展了延期爆破、挤压爆破、光面爆破、预裂爆破等新技术。尤其是光面爆破与预裂爆破技术，在露天堑壕、基坑和地下工程的开挖中，使边坡形成比较陡峻的表面，使地下开挖的坑道面形成预计的断面轮廓线，避免超挖或欠挖，并能保持围岩的稳定。

控制性爆破技术不仅具有控制程度高、经济效益好等特点，在开挖过程中能保证边坡的质量和稳定性以及开挖的质量与安全，因此被广泛应用于大型重点项目建设中，如葛洲壩工程大面积砂岩开挖以及三峡大坝开挖工程中对岩石进行垂直方向预裂。因此，研究控制性爆破技术对国家基础设施建设与经济建设具有重要的意义。

2.2爆破荷载确定

爆破荷载峰值是确定控制性爆破作用影响范围与破坏程度的最重要的参数。在C-J爆轰条件下，炸药产生的平均初始气体压力为：

对于耦合装药，则峰值压力即为Pmax=P；对于非耦合装药，爆破产生气压在炮孔内膨胀释放，则应采用一定的折减系数算式：

一般认为，炸药爆炸产生的冲击作用一般持续10-6～10-8s之间，爆炸产生的气体冲击力持续10-3～10-1s之间。通过LS-DYNA软件对炸药材料进行爆炸要素分析，采用流固耦合算法，根据炸药材料要素以及其状态方程对爆破过程及结果进行控制。根据工程软件分析，得出爆破过程中压力随时间变化如图2所示。

对比工程现场监测数据以及爆破产生的影响分析，Pmax=26.5MPa，误差λ=（26.5-25.3）÷26.5=4.5%<5%，因此可以认为计算结果基本吻合。

2.3 现场爆破安全管理措施

由于技术的快速进步以及现场的严格管理，现代爆破技术施工现场的安全性已经大大提高，施工人员的安全基本得到保障。但爆破过程中的仍存在一些危险因素，因此，需要制定一定的现场安全条例进行管理，笔者在此提出几点建议：

（1）爆破所用的炸药是高度危险品，因此一定要注意妥善运输、保存、运用。炸药材料运输的过程中尤其是在山路上，车速一定不能过快（20km/h以下最宜）；材料的保存处温度、湿度一定要适宜，以免材料潮湿失效；禁忌明火，严禁在库房附近吸烟。

（2）支护过程中注意边坡塌方，遇到紧急情况一定要冷静，及时组织救援工作。

（3）“瞎炮”现象在爆破过程中经常出现，当遇到瞎炮现象时，施工人员一定要注意等待足够长的时间以确定其完全失效方可上前拆卸。切忌短时间不响即刻上前检查，以免出现意外。

（4）爆破飞石。采用控制性爆破技术，如光面爆破、预裂爆破等，虽然技术发展已经比较成熟，但仍然会有飞石飞出。因此需要尽量远离爆破点，避免伤及工作人员；同时，需要对爆破飞石采取防范措施，避免其飞向地面建筑物。

3、 结语

以四川省凉山州引水式水电站地下厂房开挖爆破施工过程为例，基于LS-DYNA软件与流固耦合算法，深刻研究爆破技术在大型水电站建设地下厂房开挖施工过程中的应用，并基于研究结果，给出几点针对性建议，以期能够解决后期爆破过程中所遇到问题并能合理保护相关人员、财产的安全。

参考文献：

[1]庄红韬.我国水资源现状：人均水平仅为世界平均水平的1/4[EB/OL].

[2]任元杰.高速隧道掘进中的光面爆破应用实践微探[J/OL].建筑知识，2017（03）：1.

[3]王俊星.对煤矿井下爆破作业中不安定因素的浅析[J/OL].机电工程技术，2017（08）：213-214[2017-12-23].

[4]冯叔瑜，张正宇，刘美山.爆破技术在水利水电工程中的应用和前景[J].工程爆破，2005（04）：22-26+21.

[5]邹勤.爆破技术在水利水电工程中的应用[J].技术与市场，2014，21（07）：99+101.

作者简介：

1、雷国强，1984.2-，汉族，本科学历，就职于中国水利水电第十工程局有限公司，工作及研究方向：水利水电工程建设管理.及相关工作.

2、孟怀秀，1986.1-，汉族，本科学历，就职于中国水利水电第十工程局有限公司，工作及研究方向：水利水电工程建设管理及相关工作.