水利水电工程爆破技术的关键环节分析

王明昌

（云南省水利水电工程有限公司，云南昆明 650000）

在修建水利水电工程时，需要通过利用爆破技术破坏岩体，进而保障水利水电工程的稳定实施。爆破技术在水利水电工程建设中具有重要作用，涉及围堰拆除、大坝开挖、石料开采、渠道改造、厂房基础开挖、高陡边坡开挖等多个施工项目。在水利水电工程施工中，爆破技术是其第一道施工环节，最终爆破结果影响着水利水电工程建设进度，而且水利水电工程建设问题具有一定的特殊性，对爆破技术也提出了技术要求，在开发爆破过程中，对不同结构部位都产生了相应的干扰，需要做好基岩保护，严格控制边坡质量。

1.水利水电工程爆破技术概述

1.1 技术简介

大多数水利水电工程都需要具备高水压性能以及挡水功能，如果水压力发生变化，则会直接影响后续建筑质量，如果情况严重甚至会引发相应的安全问题。水利水电工程本就具有一定的特殊性，同时也具备相应的客观条件，在爆破建筑物主体岩石时，不可采用常规建筑行业、铁路行业使用的爆破技术。水利水电工程在爆破时应当注意：首先，应当保护好周围岩石，使得岩体完整性能够得到保障，避免产生爆破裂缝，降低对周围地址条件的影响。其次，雕琢好边界面。再次，合理控制爆破所产生的震动影响；最后，把握好实际施工强度。可见，水利水电爆破技术属于重要的工程施工技术，也是一项要求高、挑战性强的工作。

在水利水电工程爆破技术施工时破坏性较强，在进行修建大坝与地下厂房等过程中，需要通过破坏岩石主体结构等方法进行，不仅会直接影响岩石主体结构，也会影响周围的生态环境，给后续水利水电工程建设带来较为严重的安全隐患，使得工程投资成本明显升高[1]。在应用水利水电工程爆破技术时，会直接影响岩体爆破的效果，也会直接影响爆破的安全性，实现与生态环境的协调发展。随着水利水电工程爆破技术的不断完善与实施，相关工作人员仍需不断探索其中技术标准，提高自身的专业实力，保障最终的建设结果。

1.2 爆破原理

爆破的原因分为2个阶段，第一阶段为炸药在围岩间产生应力波，并形成环向或纵向的裂缝，使得岩石破碎；第二阶段在爆破过程中会产生较为强大的气流，并形成空腔，使得岩石破碎，也会在气流的影响下向外抛掷。由此可以认为，在岩石爆破过程中，爆破主要能力分布在延时变形能量与爆炸气体形成的抛掷能中。爆破过程中能量的消耗分布为：爆炸气体膨胀消耗的能量为50%，冲击波能量为10%，无用能为20%～30%。通过能量守恒定律可以发现，通过提高爆炸冲击波能量的消耗，能够有效提高爆破效率。在竖向掘进过程中，由于只有一个自由面，爆破效果会受到影响，这时爆破岩石较为困难，在布置炮眼时就应当综合考虑如何创造第二个爆破面。螺旋掏槽中空眼作用就是创造第二个自由面，当采取爆破技术家里，则会形成较大的爆破力破坏岩石结构，随后产生的气流能量，会将岩石抛出，清空槽内。

1.3 研究进展

1.3.1 河道对爆破地震波传播的影响

在水利水电工程采取爆破技术过程中，由于受到自然条件的影响，在建筑物与爆破点之间很容易出现一片水域。比如在拆除三峡三期围堰是大坝与围岩之间，形成了较为宽大的水域，由于部分河流的水面较窄，需要对建筑物进行实时震动监测。在这种情况下，爆破施工所形成的地震波会对水中建筑物及边坡造成影响，也会受到地震水压力的影响。相关爆破专家对爆破所产生的地震波进行研究，以此来控制爆破对周围建筑物以及边坡的影响，降低对建筑形状的危害。河道对爆破地震波会产生影响，河道距离爆破中心点的距离，随着远近变化会出现衰减规律。在研究过程中，可以模仿相应的数值，掌握岩石主体中震动强度的具体分布规律。一般情况下，河道水量大小不会影响爆破地震波，在无水情况下相关测试数据也不会产生较大的波动，只是震速在有水的情况下会比无水的情况下小[2]。

1.3.2 新浇混凝土在爆破下的安全性

相关实验研究可以发现，爆破所产生的振动会对新浇混凝土产生影响，在建设水利水电工程时需要合理控制爆破的震动速度，进而有效降低爆破震动对新浇混凝土所产生的影响。通过理论研究发现，在爆破过程中，混凝土的极限振震速度会受到新浇混凝土的弹性模量、基岩声波速度的影响。我国当前混凝土浇筑规范是将1d～3d内的混凝土划分在同一期限内，此种划分模式较为笼统，需要对其进一步详细划分。虽然我国当前大体积混凝土基础面上的安全震动速度符合相关安全标准，但对于新浇混凝土而言，其整体结构更为特殊，震动破坏力会受到混凝土结构强度的影响，也与混凝土的应变状态存在紧密关联。新浇混凝土包括自缩变形、混凝土徐变、内部温度等因素，很容易受到爆破震动的影响，需要加强此类方面的研究。

2.水利水电工程爆破技术要点

2.1 爆破器材

当前，炸药主要分为铵梯炸药、乳化炸药、铵松蜡与铵沥蜡炸药、水胶炸药与粉状铵油炸药、静态破碎剂、光面（预裂）爆破专用炸药等。普通的爆破会造成较为严重的造成污染，同时也会产生诸多硝烟、粉尘颗粒，在剧烈震动的影响下会产生大量飞石，危及工作人员的人身安全，可见普通爆破工作较为危险。但是，使用静态破碎剂则能够使用固体膨胀产生的低压慢慢切割，破碎岩石，安全性更高，噪音污染能够有效减少普通爆破带来的多种不利影响。但由于整体经济成本高，更常用于拆除混凝土建筑物，大理石、花岗石等石材切割开采中。随着环境保护被社会广泛重视，降低对环境的污染是社会的发展初衷，而此种炸药的应用范围会越来越广，拥有较为长远的发展前景。除此之外，主要起爆器材还包括雷管、引爆器具、传爆器材、导爆管。

2.2 爆破方法

2.2.1 浅孔爆破法

浅孔爆破法就是将爆破的孔径控制在75mm以内，深度控制在5m以内。浅空爆破法能过将岩石破碎为介质较为均匀的小块，只需要借助操作较为简单的钻孔设备即可，爆破效果能够得到保障，操作方法更为简单，对地形的要求较少，在多种多样的地形条件中都能够有所应用，同时也能够有效控制爆破面的形状与规格[3]。但此项方法也存在诸多不足，比如生产效率较低，每个炮孔所产生的方量不同，进而导致工作量增大，人力成本也随之提升，不利于获取最大化的经济效益。

2.2.2 深孔爆破法

深孔爆破技术就是指爆破钻孔孔径在75mm以上，孔深超过5m以上，此种保护方法在爆破后会出现大石块，为了处理好此类大石块，则需要再次进行爆破。当前，在开挖大型基坑、开发大型采石场时主要采用深孔爆破法，与浅孔法相比，岩石钻孔工作量较小，所消耗炸药也较少，劳动生产率较高，具体操作过程更加简单，与浅孔法相比操作更为简便。但深孔爆破法也存在缺点，例如深孔设备更复杂、价格高、钻孔速度较慢。这就会导致生产成本提高，因此需要慎重使用。

3.水利水电工程爆破技术的应用

3.1 预裂、光面爆破

预裂爆破技术的具体操作方式为：在爆破过程中按照设计方案开挖并打密集孔，安装少量的材料，使其能够预先爆炸成缝，使得爆区之外岩体能够得到保留，也能够避免建筑物受到破坏。光面爆破技术的主要操作方式为：在已经开发的轮廓线周围布置间距较小的平行炮孔，炮孔放置药量控制在少量即可，而后引爆。这种爆破方式不仅能够爆破轮廓下的岩石，对轮廓线以外的岩石也能够起到保护作用，不会产生较为严重的破坏，而且这项技术能够在周围留下痕迹，使得断面更加整齐，围岩更加稳定。此项技术在我国水利水电工程建设中得到了广泛应用，最初成功应用于云南糯扎渡水电站，在使用之后获得了良好的爆破效果与经济效益，而后得到了推广。此项技术不仅能够有效控制开发面，也能够保持边坡与围岩的稳定性，降低开发工作量，施工效率明显提升。比如，在三峡永久船闸开挖爆破过程中，则优先采用了光面爆破技术，获取到了良好的爆破效果，能够有效保留壁面完整性，提高爆破水平。

3.2 面板堆石坝级配料开采爆破

此项技术主要是在混凝土面板堆石板的中应运而生，近年来此项技术得到了快速的推广与使用，在建设中小型水电站中应用更为常见[4]。比如，在天上教一级水电站中，主要采用的就是混凝土面板堆石坝坝体技术，这一大坝高度位居世界第二，坝体方量位居世界第一。在建设乌弄龙水电站时，主要采取的施工方法为直接上坝填筑堆石坝级配料。天生桥一级水电站不仅采取了直接上坝填筑方法，还研究分析了爆破块度分布、块度预报以及参数优化，对后续水利水电工程建设起到良好指导效果。

3.3 围堰爆破拆除

在建设大型水利水电站时，需要拆除周围的临时建筑物，为了保障拆除效率，使得施工进度的逐步推进，可优先选择围堰爆破拆除法。此项技术属于临水爆破作业范围，一般通过利用无水区来开展爆破作业，比如非临水面等。一般情况下，此项技术的施工要求更高，需要一次爆通成型，同时需要满足泄水与进水的基本需求。对于周围已经建好了建筑物，需在爆破时做好防护措施，减少不必要损害的发生。在建设三峡工程过程中就积累了较为丰富的围堰爆破拆除经验。在具体操作过程中，需要充分破碎围堰满足设计需求，保障闸门与建筑物的安全性，使得电厂设备能够稳步运行，应当适中贯彻落实高单耗、低单响的思想，在实际工作过程中充分利用接力起爆系统，并构建完善的安全控制标准，避免飞石产生巨大危害，提高工程建设效果。

3.4 定向爆破筑坝

定向爆破筑坝技术既快捷又高效，在建设水利水电工程中得到了广泛应用，此种方法在东川口水电站建设中应用最早，而后得到了进一步的推广，目前超过60座水库拥有了此项技术。此种方法具有独特的优势，具体主要表现为：首先，对施工道路的要求较低，能够有效降低建设道路的基本成本，同时也不需要在施工过程中应用到大量的机械设备，在一定程度上节约了成本的支出。其次，此项技术能够实现一次性完成采石、运输与填筑等流程，既能够有效节约人工成本，也能够减少工程建设成本，提高水利工程建设的经济效益[5]。最后，此项技术的使用施工速度更快，爆破堆积高度更高，能够起到拦洪的效果，更利于度汛，能够有效节约建设围堰工程所产生的施工成本，获取更高的经济效益。

3.5 岩塞爆破

岩塞爆破技术属于水下爆破的方式之一，早在上世纪70年代就已得到应用。通过对岩塞位置的观察，可以发现其一般处于水库底部，隧洞末端，当完成洞内工程建设后，需要炸除全部岩塞，进而使得洞与库之间能够互相联通。岩塞爆破具有诸多优势，主要包括：第一，不会受到水库水位上涨的影响，也不会受到季节性降水的影响；第二，在爆破时不需要修建围堰工程，使得工程量明显降低，工程施工成本得以节省；第三，爆破攻击较短，施工效率更高、资金投入较少、成本更低；第四，在施工过程中，水库能够正常运行并不会受到任何影响。当前我国在建设水利水电工程时，岩塞爆破的应用较为常见，通过对装药方式的分类，可以将其分为为硐室爆破和炮孔爆破。而通过对爆碴处理方式的分类，将其分为留碴爆破和泄碴爆破。而在具体施工中，通过合理选用岩塞爆破方式能够有效提高爆破效果，积累丰富的经验，值得进一步推广。

3.6 隧道掘进爆破

隧道掘进爆破技术是爆破中的重要技术之一，在水利工程建设中需要进行地下工程开发，而隧道掘进爆破是其重要组成部分，常见的包括引水洞、斜竖井、灌浆洞等。这种爆破方法不仅成本低廉，地质条件也具有较高的适应性，具有广泛的应用价值。在建设隧道工程过程中，爆破开发是其关键步骤，其技术的好坏直接影响着水利工程的后续建设质量，会影响具体施工进度。在隧道掘进爆破过程中会受到照明、噪声等多项因素的影响，而施工作业效果也会间接受到影响，使得施工难度加大[6]。除此之外，由于爆破的自由面较少，破碎的岩石会直接影响药量损耗，为了提高爆破效率爆破质量，就应当按照实际设计标准逐步进行，不可出现超挖等情况，要避免支架、电线等受到损害。因此在施工过程中，要尽量降低爆破对围岩的影响，使得围岩的完整性得以保存，进而提高工程质量。

4.结语

我国水利水电工程当前对爆破技术的使用已经积累了一定经验，但是对爆破技术的使用范围了解不够全面，进而导致爆破技术的关键施工技术未得到全面应用，使得工程进度、工程成本以及质量都受到影响，需要不断完善现有技术，加强质量控制，提高施工效率。