深基坑V形后倾式爆破施工技术在麻城市浮桥水厂二期工程中的应用

(湖北盛达泰水利水电工程有限公司,湖北 武汉 430060)

我国水利水电工程岩石基础开挖多采用爆破或机械破碎的方法，当前，大规模露天岩石开挖主要以爆破为主。工程爆破技术主要利用炸药爆炸产生的能量来破坏岩石结构。在水工建筑物深基坑石方开挖施工过程中，爆破效果受场地环境、孔网参数、装药结构及起爆顺序等影响，爆堆产生的形状和大块率的产出不同。大块率产出过高，二次解小成本相应增加；爆堆形状分散，不利于现场破碎岩块挖掘和装运。

对于深基坑石方爆破，多采用排间顺序起爆或斜线起爆进行施工，排间顺序起爆主要优点是设计、施工简单，爆堆较均匀整齐，前推力也较好；缺点是两并联孔同时起爆，其中第一联孔无自由面，爆破能量在两孔之间沿裂隙瞬间贯穿易串孔、分布不均，难以控制爆堆形状和破碎块度。斜线起爆主要优点是减小了抵抗线，爆堆集中且平缓，块度均匀，大块率会降低；缺点是分段数较多，在多排孔爆破依次进行过程中，后爆破孔越往后受到的夹制作用越大。与排间顺序起爆和斜线起爆相比，Ⅴ形起爆网络中先爆孔为后爆孔提供了更多的自由面，爆破产生的地震波往两边传播，比较分散，减少了台阶后方的地震波强度，同时扩大了一次起爆规模。

麻城市浮桥河水厂二期工程因前期爆破施工起爆顺序和装药结构等原因，块径大于900mm石块产出较多，需要对大块进行二次破碎，施工进度缓慢。结合工程地质条件，采用对布孔、钻孔倾角、装药结构优化后的Ⅴ形后倾式爆破施工方法对深基坑内石方进行爆破，取得了良好的效果。

1 工程概况

麻城市浮桥河水厂二期工程位于麻城市中馆驿镇浮桥河水库，设计供水规模为4万m3/天。施工作业区位于浮桥河水库大坝东侧海拔约115m位置，距浮桥河水库大坝最小距离约150m，爆区长120m、宽30～60m，基坑开挖深度13～22m，爆破面积约0.46万m2，基坑范围内基岩埋深起伏较大，场区地质以白云二长片麻岩为主，岩石节理裂隙发育，有少量浸水。石方爆破工程量约3.0万m3。受基坑尺寸及周边环境影响，沿基坑长轴方向自由空间较大，爆破临空面主要沿基坑长轴方向布置，基坑全部采用深孔分层爆破。爆破施工参数见表1。

根据《水电水利工程爆破施工技术规范》(DL/T 5135—2013)，本项目爆破单段最大装药量按式(1)计算。

(1)

式中V——安全允许爆破振动速度，0.9cm/s；

Q——单段最大药量，kg；

R——爆区中心至被保护对象的水平距离，150m；

H——爆区中心至计算保护对象的高差，45m；

K——与爆区中心至计算保护对象间的地质条件有关的系数，本工程以白云二长片麻岩为主，属中硬岩，参考规范取值200；

α——与爆区中心至计算保护对象间的地质条件有关的指数，本工程以白云二长片麻岩为主，属中硬岩，参考规范取值1.5；

β——与爆区中心至计算保护对象间的地质条件有关的衰减指数，本工程以白云二长片麻岩为主，属中硬岩，参考规范取值0.35。

经验算，单段最大装药量Q为267kg。

2 技术原理

Ⅴ形后倾式爆破施工技术的原理是采用大孔距、小排距方式进行布孔，在炮孔合理的负担面积下，增大孔距，相邻孔之间的裂隙贯通难度增大，爆炸能量在孔内作用时间变长；减小排距，其爆破岩体的抵抗线也相对减小，使炸药能量利用率得到提高。起爆顺序由起爆点按“Ⅴ”字形状对称向两侧逐层起爆，两侧同段炮孔爆破岩石面向临空面相向抛掷，爆堆相对集中，爆炸能量由里向外、由中间往两侧传播，先爆孔为后爆孔创造了更大的附加自由面。起爆网络采用后倾方式连接(即列传爆方向与控制排传爆方向角度大于或等于90°),能扩大Ⅴ形起爆网络夹角,创造更长的爆破自由面长度,炮孔自由面的增加有利于发挥炮孔炸药能量。耦合分段装药结构能扩大孔排间距，降低钻孔成本，同时能充分利用孔内爆破能量对岩石进行破碎。炮孔设计成倾向起爆中心且与地面的倾角80°，起爆后对爆破区域岩体产生向上部临空面的推力，有利于发挥炮孔炸药能量破碎爆破区域岩体。随着多排炮孔依次进行爆破，后爆孔爆破岩石对先爆孔爆破岩石进行二次挤压破碎，可以显著降低爆破块度。

3 流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

爆破施工工艺流程见图1。

图1 爆破施工工艺流程

3.2 操作要点

a.布孔。炮孔采用梅花式布孔(见图2)，严格按照设计好的爆破孔网参数进行布置，不得随意变动位置。布孔前将场地表层土及浮渣清理干净，测量人员严格按照点位进行孔位测量放样，对各炮孔位标明孔深等参数。

图2 炮孔布置示意图(单位：mm)

b.钻孔。钻孔前先采用液压破碎机将原始地面修整至倾角不大于15°阶梯形的施工作业平台，KG935自行式潜孔钻机爬上作业平台，利用自身液压支架使钻机位置稳定，按测量人员放样后的孔位将钻杆与地面倾斜成80°夹角并倾向起爆中心进行凿岩钻孔，钻孔示意图见图3。所有钻孔不得钻入建基面，根据爆破试验与规范要求预留建基面保护层，保护层采用浅孔小药量钻孔爆破结合液压破碎机的开挖方法；每次钻孔完成后履行验孔手续，将孔口周围0.5m范围内的碎石、杂物清除干净，并立即采用编织袋临时封堵孔口，避免上部落石进入孔内造成炮孔堵塞。

图3 钻孔倾角示意图

c.装药和填塞。装药前安排专人对作业场地、爆破器材堆放场地进行清理，并检查炮孔的孔位和孔深是否满足要求；装药过程中发现炮孔出现阻塞、卡孔等现象时，应停止装药并及时疏通；装药过程中严格按每孔的设计药量分配炸药，边装药边测量，对装药的人员进行分工，1人负责装药，1人递送材料，采用耦合间隔装药，装药前用快刀将药卷两侧各划开一个小口，装药时使用炮棍将药卷装到底，填塞时要保证质量和长度，每放入1节药卷后用炮棍将药卷压实，并记好每次炮棍插入的尺寸。施工中填塞总长度为抵抗线长度的1.2倍，单孔装药量达到60%和40%后由装药人员将岩粉填入炮孔，然后采用木质或竹制炮棍将岩粉捣实，填塞作业避免夹扁、挤压和拉扯导爆管。装药结构见图4。

图4 单孔耦合装药结构示意图

图5 Ⅴ形后倾式起爆网络示意图

d.起爆线路敷设与连接。爆破网络采用Ⅴ形后倾式毫秒延时起爆网络(见图5)，采用并串联起爆网络连接(见图6)，各分支传爆网络前后结点之间的雷管顺次连接，同一段延期时间的起爆雷管连接在同一个传爆结点上，不同段延期时间的雷管根据起爆顺序连接在不同的传爆结点上。炮孔内装2发高段别、长延时高精度导爆管雷管，孔间接力均为1发低段别高精度地表延期导爆管雷管；导爆管网络应按设计要求进行连接，均匀分布在雷管周围并用绝缘胶布包缠，导爆管网络中不应有死结，炮孔内不应有接头；起爆网络敷设由有经验的爆破员或爆破技术人员实施，并实行双人作业制。爆破网络等时线见图7。

图6 并串联网络连接示意图

图7 Ⅴ形后倾式爆破网络等时线示意图

e.起爆。为确保作业安全，爆破作业采用专用起爆器远距离操作起爆；起爆作业前安排专人检查现场，核实警戒区无人并核查起爆网络无误后报告现场指挥，由现场指挥下令将起爆装置接入起爆网络；爆破完毕后，经技术、安全人员检查现场无误后，由现场指挥下达解除警戒命令。

f.盲炮处理。处理盲炮前划定警戒范围，并安排专人进行警戒，处理盲炮时无关人员不许进入警戒区，禁止强行拉出炮孔中的起爆药卷和雷管。发生盲炮时，首先检查导爆管是否有破损或断裂。爆破网络未受破坏，且最小抵抗线无变化，可重新连接起爆；最小抵抗线有变化，应验算安全距离，并加大警戒范围后，再连接起爆。盲炮处理后，应再次仔细检查爆堆，将残余的爆破器材收集起来统一退库后销毁。在不能确认爆堆无残留的爆破器材之前，应采取安全措施并派专人监督爆堆挖运作业。

4 材料设备

4.1 主要材料选用

a.炸药。选用2号岩石乳化炸药，炸药应有出厂合格证并在有效期内。

b.雷管。爆破网络采用MS5、MS9两个段位的非电毫秒导爆管雷管，起爆雷管采用瞬发非电导爆管雷管。爆破网络若采用数码电子雷管更佳，可以更精确地控制延期时间，起爆更安全。

4.2 主要施工设备、装置

主要设备及装置见表2。

表2 主要施工设备

5 质量控制

a.钻孔质量控制见表3。

表3 钻孔质量控制

b.基坑爆破正式施工前，对爆破器材性能、爆破参数、爆破网络、爆破影响范围、保护层厚度等进行生产性试验。通过爆破试验，调整和确定最优爆破参数。

c.所有火工产品具有出厂合格证，并在有效期内。

d.装药前，对所有炮孔再次进行检查验收，严格按爆破设计参数计算药量，在各孔位将药卷和相应段位的雷管分堆，分配完后进行验收，确认无误后由爆破员开始装药。

e.装药结束后，应进行检查验收，验收合格后再进行填塞和联网作业。

f.严格按起爆网络设计要求用准确段位雷管进行连接，采用非电雷管连接时，雷管与导爆管之间用胶带绑紧，聚能穴朝向与传爆方向相反，并使整个网络处于松弛状态。

6 结 果

Ⅴ形后倾式爆破施工技术在麻城市浮桥河水厂二期工程应用后，施工现场块径大于900mm的岩石产出率控制在7%以内，爆堆较集中，通过跟踪挖掘，基坑底部平整，保护层达到设计与规范要求。施工中实际使用炸药10080kg，高精度非电导爆雷管1606发，根据验算，实际炸药单耗为0.34kg/m3，显著降低了炸药单耗，减少了火工材料的消耗，节约了施工成本。施工现场未出现飞石伤人伤物情况，周边居民表示没有明显震感，浮桥河大坝的安全得到了很好的保护，基坑施工进度加快，工程施工获得了建设单位和监理单位的一致好评。

7 结 语

本施工技术采用大孔距、小排距的矩阵式或梅花形布孔；炮孔倾角为80°，炮孔倾向与岩块抛掷方向基本一致，在地面倾向起爆中心的方向进行钻孔；炮孔内采用耦合分段式装药结构，通过孔内孔间微差延时爆破技术，或孔内微差延时爆破技术(采用数码电子雷管)，将爆区内所有炮孔用后倾方式进行连接，按设计好的延期时间以“V”字形状将同段延期炮孔由起爆中心向四周逐层起爆。

本施工技术在深孔台阶、爆破自由面少、多排爆破孔、岩石级别不超过XV级的中小型 水利工程、市政、矿山、交通等工程领域深基坑岩石爆破开挖中具有推广意义。ffffee