淤泥扰动爆破技术在刘家峡水下岩塞爆破工程的应用

王中林

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津市 300162）

0 引言

刘家峡正常蓄水位为1735m，岩塞口以上淤泥顶面高程约1705m，岩塞口底高程1676.09m，按此计算，岩塞上最大淤泥深29m。经研究，决定在刘家峡设置岩塞爆破1:2模型试验洞开展水下岩塞爆破试验。岩塞爆破1:2模型试验洞由竖井段、水平洞段、集渣坑及岩塞段组成。其中竖井段深度约71.60m，断面为4m×2.5m矩形洞；水平洞段长约11.56m，断面为4m×3m的城门洞型，是竖井段和集渣坑的连接段；集渣坑长约31.83m，断面由岩塞部位开始自圆形渐变为城门洞型，渣坑容积1403m3；岩塞内径为7.0m，厚度约为9.8m，岩塞体积约896m3。

扰动爆破方案根据爆扩成井原理，采用水下钻孔、线性装药的爆破扰动方案。为了能为工程提供借鉴，本文对1:2模型试验的参数确定、水下钻孔、线性装药、过程注意事项各个细节进行介绍，探讨水下爆破挤淤的参数设计及其运用，并对效果进行了分析。

1 参数确定

1.1 装药量计算

线装药量计算公式采用爆扩成井的控制爆破计算公式:

式中：

Qt——线装药密度，kg/m；

b——介质压缩系数，采用2＃岩石炸药时，取1.3～3.7，应结合现场试验确定；

D——爆扩成井的井径，m。

1.2 计算参数的选取

初步计算采用介质压缩系数b＝1.5（黄土类砂黏土、湿土）；

结合本工程特点及岩塞爆破口的需求，扩井的井径D初选为D＝1.8m；

则：线装药密度Qt＝1.5×1.82＝4.86 kg/m，取线装药密度Qt＝5 kg/m。

1.3 淤泥炮孔平面布置

根据试验洞岩塞口的布置，以及顶部的淤泥厚度、扰动范围和淤泥组成情况、性质，确定在淤泥层中钻爆破孔4个，分布在进水口轴线上和左、右两侧，呈棱形布置，钻孔直径为Ф180mm，钻孔间距为1.8m和4.92m。孔内连续装药，但距淤泥表面0.25倍的孔长作为封堵段。

1.4 钻孔长度及装药量

钻孔长度及装药量列入表1。

2 主要施工工艺

2.1 钻孔

2.1.1 钻孔作业

1∶2模型试验淤泥爆破点位于刘家峡水库库区内，所以水流流速相对较小，特别是在刘家峡电厂不泄水、不发电的条件下，库内水面可以认为是静水。水上钻孔，要求工作船锚固牢靠、平稳，给水上作业创造良好条件。在水上作业区一定范围内，应设置警戒线，防止库内船舶通航时产生的水流冲击影响钻孔工作船的平稳。

在淤泥中钻孔可采用水力钻孔法[1]。钻孔开始前，一定要将孔位确定准确，严格控制钻机的偏角及倾斜，保证钻孔精确。钻入深度由带有刻度的钻杆控制，随着钻深增加、钢套管随即下沉至所需深度。清孔后，再沿套管插入一根外径为165mm的PE塑料管到钻孔中，一端露出水面，钻孔即告完成。当PE管就位后就可拔出水中的钢管，PE塑料管仍留在水中，作为淤泥爆破装药套管，该塑料管将在爆破中炸掉。

PE塑料管需固定在施工操作平台上，保证其不受外力撞击而折断，并将其外露的管口临时封堵，避免杂物进入管内。

2.1.2 安装管材要求

根据淤泥爆破药卷的规格、尺寸及装药套管的下方要求，考虑施工方便、快捷等因素，要求钻孔施工中使用钢套管内径不小于165mm，管节连接处要求采用内径为等径的钢套管。装药用PE塑料套管，规格为公称直径（外径）165mm，壁厚11.4mm，一般长度为4m、6m，管节接头采用热熔对接。为了保证装药时不使导爆管、导爆索受力，将每个单独药卷固定在工程外径75mm、管壁厚3mm的PVC塑料半管上。

2.1.3 水下钻孔爆破注意事项

水下钻孔应嵌入基岩以下0.5m，在下放PE塑料套管前，对于钻孔要进行清孔处理，保证套管顺利下放；PE塑料套管就位后，对其水上部分要采取可靠的固定措施，防止套管倾斜，孔口做好临时封堵措施，防止坠物堵塞套管。

2.2 装药

2.2.1 火工材料

（1）火工材料的选用：炸药采用山东威海奥瑞凯（Orica）爆破器材有限公司生产的Powergel TMMagnum 3151炸药：规格为药卷直径Φ75mm、长400mm，线装药密度为5kg/m；导爆索采用SD-40型震源导爆管；即发非电毫秒雷管、导爆管采用山东威海奥凯瑞产品。

（2）火工材料制作：根据爆破设计，按要求准备各孔装药的品种和数量，装药品种有底药、下部起爆体、底部药卷、中部药卷、上部起爆体及上部药卷，防止处理导爆索一根。①起爆药包制作：取Φ75mm3151 高能乳化炸药一卷。将即发（0毫秒）非电毫米雷管插入（用木钎钻一雷管直径大小的孔，深度为雷管的长度）高能乳化炸药的药卷内，并用高压防水胶布将雷管与药卷相交封死，防止水渗入。②底药：底药药卷采用3151炸药，Φ75mm×400mm、每卷药量2000g的标准药卷。底药药卷与二股导爆索连接，并用高压防水胶布将药卷与导爆索绑扎牢固，防止脱落。③药卷：淤泥孔每孔装药为连续装药，采用的标准药卷规格及炸药品种与底药相同，根据每孔的装药长度划分药卷分段尺寸、分段药卷编号、规格、药量、数量。各药卷、底药、起爆体均严格按照装药结构图中的顺序，先采用防水胶布将每个单独药卷、起爆体与PVC半管固定牢靠；固定好药卷、起爆体后，再用防水胶布将导爆管、导爆索与PVC 半管紧密结合，同时保证导爆索与药卷充分接触。为了便于施工和保护导爆管、导爆索，采用装填塑料袋（或其它材料袋体）外包，形成袋体外涂抹黄油等起到润滑作用。④导爆索：采用SB-40型震源导爆索二股，导爆索两端均应做好防水处理，且二股导爆索采用防水胶布紧密结合。导爆索长度应满足施工网路布置要求，根据施工实际情况进行适当调整。

2.2.2 装药施工

钻孔底部2m采用直径80mm的沙袋进行回填，然后各淤泥孔依次进行整体装药。装药前，应采用与药卷相似的沙袋进行试装，探其孔内是否有杂物，并测量其孔深。装药时，采用吊绳方法将制作好的整体药卷缓慢地放入炮孔内，导爆管、导爆索不受力。用吊锤法检查药包长度，确定装药位置，保证装药长度满足设计要求，并进行记录。

2.2.3 装药注意事项

（1）水下钻孔爆破，不允许边钻孔边装药。

（2）制作成型的药卷在装入炮孔前应将其整理顺直，不得有折曲、压扁现象，避免堵孔。

（3）装药速度不宜快，一定要缓慢平稳，保证药卷沉底、到位。

（4）放置起爆药时，非电导爆管一定要理直，松弛地与导爆索分别贴于孔壁一侧。尽量避免导爆管折断。

（5）采用固定措施，防止导爆索、导爆管外部端头掉入孔内。

（6）根据装入炮孔内炸药估计装药位置，若发现偏差较大，应立即停止装药，与设计人员会商，研究解决措施。

（7）装药发生卡塞时，不应用任何工具冲击、挤压。

2.2.4 装药过程中避免堵孔措施

（1）在PE塑料管内壁上抹上润滑油，有利于药卷下滑到指定位置。

（2）装药时应注意不要把杂物掉进管内影响装药。

（3）严禁起爆药卷末装到药处，继续装药就会形成堵孔。

2.2.5 堵孔处理

起爆药末装入炮孔前可用木制炮棍捅透装药，疏通炮孔；在起爆药包装入炮孔后，严禁用力直接捅、压起爆药包，可与现场爆破技术和设计人员协商提出处理办法。

2.3 封堵

根据设计要求，采用水体作为封堵材料，封堵水深同库水位。

2.4 爆破网路

淤泥爆破网路采用的起爆方法为：每孔通过并联2发即发高精度毫秒电雷管，在水上通过引爆双股导爆索和单股导爆管2套非电爆网路来起爆淤泥孔内装药。每孔共投2个导爆管雷管起爆药包。淤泥钻孔共设4孔，淤泥爆破网路由4组每组2个并联的即发电雷管组串联组成淤泥电爆网路支路。

当装药完毕后，整理导爆索、导爆管成束绑上2个1段电雷管（并联），联结点浮筒上的立杆上悬吊起来，高于水面3m，不得侵入水中。

3 施工安全

在以下情况下应停止水下爆破作业：（1）风速超过6级，流速超过3m/s，浪高超过80cm，水位变幅大，水位暴涨暴落时；（2）大雾天气，能见度不超过100m时；（3）雷电或暴风雪来临时。

4 爆破效果观测

随着一声惊天巨响，电光火石之间，巨大的火球喷薄而出，一股股浓烟冲天而起，一朵朵水花喷涌绽放，紧接着大量的浓烟夹带着飞溅的水花垂直向上连续喷射，水面升腾起来，扩散开来，产生了水冢运动，也就是水面鼓包运动。

鼓包运动以垂直水面向上方向运动为主，上升速度极快，0.6s内就能达到拍摄画面高度20m。

同时岩塞口上方水面波涛汹涌，沿径向四面八方扩散，至岸边崖处势如惊涛拍岸，蔚为壮观；沿水面开阔方向，则渐行渐远，逐渐消失。

测量结果显示[2]，6ms时水冢高度为5.24m，88ms水冢高度为5.36m时开始破裂，射出黑白烟雾的混合体，其中黑色烟雾升腾高度分别为5.74m、5.36m；611ms时黑白烟雾又混合在一起，升腾高度为20.43m。

3.286s时水面已出现直径为15.6m 的漩涡，15.658s时水面上空烟雾基本散去，爆心垂直上方的水面泛白，并渐渐向水平径向扩散，兼具向上运动的趋势，开始出现二次鼓包现象。17.912s 时二次鼓包达到最高处，高度为1.29m，直径为9.3m，25.111s时鼓包直径32m。

爆后197s水面局部有气体逸出，爆后290s水面有大量气体逸出。

从以上观测成果可以看出，本次水下淤泥爆破是成功的。观测成果和现象除反映了水下淤泥扰动爆破的一般规律外，也揭示了值得关注的深厚淤泥爆破的特殊现象和规律。

5 结束语

工程实践证明，上述淤泥扰动爆破具有操作简单、劳动强度小、施工速度快、经济合理等特点，从观测成果可以看出，本次水下淤泥爆破是成功的。观测成果和现象除反映了水下淤泥扰动爆破的一般规律，也揭示了深厚淤泥爆破的特殊现象和规律，可用于不便于机械施工、水下岩塞爆破中岩塞口淤泥的处理工程中，为以后类似工程施工提供一种行之有效的新技术。