水利水电工程爆破施工技术及安全管理措施

陈全威

中国能建葛洲坝集团易普力股份有限公司 重庆 401121

1 水利工程爆破施工要求

对于工程爆破而言，其主要运用的是炸药进行相应的开挖、以及运用爆破等方法进行相应的作业，现今，这一技术受到许多领域的广泛运用，例如，进行岩土的开挖工作、岩石的开采、以及建筑物的爆破等工作时，都运用到了这一技术[1]。与此同时，在相应的水利工程建设中，这一技术是必不可少的，例如坝基的开挖、高边坡开挖、围堰拆除、采石等工作都不能脱离这一技术进行操作，由此可见其发挥着非常重要的作用，并且给施工方带来极大的便利，进而促进施工的顺利进行，提高施工的工作效率，进而给相关企业带来一定的经济效益，使企业具有良好的发展空间。

2 理论分析及技术方案的提出

对于爆破原理的研究，这一原理大体能够分为两个阶段，第一个阶段是炸药在围岩中产生的应力波，进而就会产生纵向的裂缝，从而造成岩石的破碎。第二个阶段是爆炸的过程，这一过程能够产生极大的气流，这一气流能够形成一个空洞，最终导致岩石破裂，并由于气流的作用，向外抛出。可以看出，在岩石的爆破过程中，炸药的爆炸力分布在岩石中甚至是爆炸气体产生的抛掷能中。根据相关的计算得出，在爆炸过程中能量的消耗主要分布在：爆轰气体膨胀消耗能量为50%-60%，冲击波消耗能量为10%-20%，无用能量约为20%-30%。按照能量的守恒定理以及上述的分析，应该增加爆破气体和冲击波的能量损耗，降低爆破气体对裂隙岩体的影响，提高爆破效率。

由于在垂直巷道掘进过程中只有一个自由面，其周围的夹紧作用使岩石难以破碎。因此，在射孔布置中应考虑如何创造第二个自由曲面。螺旋切割的空心孔的目的是创造第二个自由表面。当装药孔爆炸时，会产生较强的爆破力，导致岩石结构破坏，导致破碎。然后，巨大的气流能量将岩石抛出槽外，使槽内的被清空。可以清楚地看到，一方面，爆炸应力和爆破方向上起着中心导向作用。另一方面，压力作用下的岩石具有必要的破碎和膨胀补偿空间。因此，空化在切割中起着非常重要的作用。与整个工作面相比，切割使工作面形成第二个自由工作面，为爆破其他射孔创造了有利条件。切割质量对提高岩石破碎和循环进尺的效率起着决定性的作用[2]。螺旋掏槽是指掏槽周围的孔逐渐扩大，能形成较大的掏槽面积，其优点更为明显。

分层装药可以在空间上错开装药，增加炸药的作用范围，减少投掷距离。分层结构可以使浅层具有更多的孔。对于深部，浅层爆破后，深部会受到一定程度的破坏，这有利于深部爆破，提高爆破能量的利用率。

3 水利工程施工中的爆破技术分析

3.1 几种常见水利爆破技术介绍

使用多种爆破技术在水利工程建设，现今主要的爆破技术通常有微差爆破技术，叶面光滑，预裂爆破、阶梯式爆破技术，定向爆破技术、岩塞爆破技术等方面的爆破技术，下面从水利工程的施工角度进行分析，阐述了爆破技术的有效运用：

（1）坝基爆破开挖：其主要的开挖对象是坝基保护层以上的岩石，常用的方法是毫秒爆破法，这一方法具有非常强大的优势，其主要的优势是爆破量大、对于岩石的破碎效果好、并且相应的振动冲击小，这些优点能够很好的为施工方带来便利，并且能够保证施工的顺利进行。

（2）对于高边坡爆破开挖而言，在相应的建设中，这一施工的要求非常高，需要对高边坡开挖爆破振动进行及时有效的控制，进而控制其降低爆破振动对边坡的影响，使相应的影响能够降到最低，便于施工的顺利进展，从而能够保证开挖边坡的稳定性，连续性，这时施工的主要目标，也是施工的重要关注点，一般主要运用的技术是缓冲爆破、预裂爆破、深孔梯段微差爆破、光面爆破等技术，这些效果经实践表明具有极大的应用价值。

（3）对于定向爆破筑坝来讲：这一技术早在我国20世纪50年代末就开始运用这一施工方法进行相应的操作，这一方法也有其主要的优点，优点是施工速度快，并且非常高效，相应的成本也非常低，具有极高的应用价值，然而主要的缺点是后续的工程进展相对较慢，受地形条件影响较大。常用的爆破技术是毫秒爆破法。

（4）水下爆破：水下爆破，顾名思义，是水下装药爆破技术，塞式爆破技术作为一种水下控制爆破技术，在水利工程中得到了广泛的应用。

（5）围堰爆破拆除：围堰爆破拆除的关键是岩渣的处理。

3.2 水利“精细爆破”技术分析

在水利工程实践中对爆破控制提出了很高的要求。只有根据实际需要合理选择爆破技术，科学确定爆破参数，制定爆破方案，加强爆破检测和评价，才能有效实现“细爆破”。精细爆破是在传统控制爆破思想的基础上发展起来的。自提出以来，在国内外各行业的应用中取得了良好的效果，得到了业界的一致认可和推广[3]。通过对相关理论和实践的分析，细爆破技术对过程控制和安全提出了更高的要求，主要包括四个核心：

（1）定量设计通常包括对爆破对象进行综合有效的研究，以及爆破参数的定量选择还有相应的确定；与此同时，还包括定量预测对爆破效果进行及时的评价，对于具有危害性的现象而言，还应该及时采取有效的措施加以解决。（2）施工的精细化，通常包括计量的放样、钻孔定位，以及对炮眼进行精度控制与检测，从而使爆破设计以及相应的作业流程更加规范化，准确化。（3）进行精细化的管理，通常包括人力资源的管理，以及对于质量的管理，甚至是成本的管理。（4）进行监测的反馈通常包括对爆破效果进行及时的监测，监测爆破的范围，进而能够准确的分析施工的效果，进而促进爆破方案的优化。

4 实例探析水利工程爆破技术的应用

4.1 工程概况

该项目是一个中型水库，主要用于供水和灌溉，考虑到能源消耗和发电。其主要组成部分包括兰河坎、溢洪道、引水发电系统、电站停堆放水系统等。本工程范围内的岩体相对完整。需要对左岸隧道入口边坡岩体进行开挖，边坡开口线的最大开挖高度为120m，台阶坡度比为1：0．65-1：0．25。通过对开挖施工的分析，爆破振动破坏将影响到入口段、闸门段和渐进段。为了保证高边坡等结构的安全，决定采用精细爆破技术。

4.2 边坡开挖爆破方案

边坡开挖要求：边坡等高线壁面预裂孔迹均匀；在未开发和相对发育的岩体中，残余炮孔痕迹的保留率应分别达到80%以上和50%-80%。井壁无明显爆破裂缝。经过综合分析，确定采用钻孔爆破法对边坡进行自上而下的开挖，并在边坡设计等值面上设置保护层。炮孔的具体布置图如图1所示。

爆破施工中，各工序的爆破顺序为：主爆破区岩体→预留保护层岩体；预留保护层爆破顺序为：预裂→缓冲孔，预裂深度为2级台阶高度(1级台阶高度为8．0m)。主爆破孔分为多排差速爆破。主爆破孔采用tamrock700-2液压钻机和cm-351潜孔钻机进行爆破，爆破孔径为90mm。预裂孔采用直径为70mm的z-30钻头进行爆破。

爆破施工中，各工序的爆破顺序为：主爆破区岩体→预留保护层岩体；预留保护层爆破顺序为：预裂→缓冲孔，预裂深度为2级台阶高度（1级台阶高度为8．0m）。主爆破孔分为多排差速爆破。主爆破孔采用tamrock700-2型液压钻机和cm-351型潜孔钻机，爆破孔直径90mm。预裂孔采用直径为70mm的z-30钻头进行爆破。

4.3 精细爆破施工

这个项目的爆破施工过程如下所示：爆破设计→大脸水准在开挖区域→清除表面→设置→测量线孔排列→钻床强化和侵位→钻孔，孔→→收费网络连接，检查→爆破→渣释放斜坡→清洗→开挖边坡测量和检测→爆破效果分析。为实现细爆破施工和管理，建立了专门的质量控制机构，提高了质量控制标准。全面开展爆破监测，包括爆破颗粒振动速度和爆破影响深度。根据实测结果（见表1），边坡开挖偏差均满足要求，保留边坡岩体损伤较小或无损伤。

表1 爆破振动监测结果

本工程边坡岩体开挖满足质量标准要求，保持了边坡岩体的完整性和稳定性，预裂爆破残余孔迹保留率达85%以上。

5 相应的爆破措施

为了达到理想的爆破效果，爆破应采取以下措施：

（1）对于切割孔的用量，不考虑装药长度与射孔长度的比值，而是考虑从眼底到眼口的合适位置(根据试验确定)，以保证眼内岩石能获得相同的破碎效果。剩余射孔的电荷可按上述公式计算。

（2）采用反向起爆方法。也就是说，当充电时，启动充电包安装在底部而不是填充在底部。所述装药点与传爆方向正相反，所雷管装药点朝向眼口。该方法可以提高射孔效率。降低岩石破碎程度；减少炸药消耗；对付盲枪比较安全。你可以把枪泥拿出来，再把雷管袋放回去。但是，当水进入孔内时，应加强防水措施。

（3）螺旋掏槽爆破后，槽内通常有固体岩石压实物，影响辅助眼的爆破效果。为了容易把岩石压载的洞，洞里通常是加深了约300毫米，200克爆炸加载的眼底满是l00mm长炮泥，然后可以赶出洞岩压载反向启动后立即削减洞。

（4）采用毫秒电雷管起爆，全断面采用6毫秒电雷管起爆，开孔起爆顺序为l、2、3、4。辅助眼5只，外周眼6只。爆破效果。在爆破设备损失相同的情况下，采用传统爆破技术，每次掘进深度约65cm，抛丸距离约30m。螺旋掏槽爆破技术结合分层装药，每次掘进深度可达85cm，抛丸距离可控制在10m左右。

6 结语

爆破施工是水利工程运行中的一个关键环节，它不仅要求高质量、高效率、快速地爆破岩体，而且要求安全、有效、合理地保护地质岩体和生态环境。因此，对爆破控制提出了更高的要求。“精爆破”技术体系已逐步发展起来。通过合理设计爆破方案，正确选择爆破参数，精心组织和精细管理爆破施工，可以达到预期的爆破效果，实现爆破作业的安全可靠实施。