預(yù)裂爆破技術(shù)在溢洪道出口消力池石方開(kāi)挖中的應(yīng)用

張細(xì)闖

（武警水電一總隊(duì)，云南普洱 665625）

1 預(yù)裂爆破機(jī)理

進(jìn)行石方開(kāi)挖時(shí)，在主爆區(qū)爆破之前沿設(shè)計(jì)輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫，以緩沖、反射開(kāi)挖爆破的振動(dòng)波，控制其對(duì)保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開(kāi)挖輪廓，此種爆破技術(shù)為預(yù)裂爆破。預(yù)裂爆破不僅在垂直、傾斜開(kāi)挖壁面上得到廣泛應(yīng)用;在規(guī)則的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用預(yù)裂爆破[1]。

預(yù)裂爆破采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，其特征是藥包和孔壁間有環(huán)狀空氣間隔層，該空氣間隔層的存在削減了作用在孔壁上的爆炸壓力峰值。因?yàn)閹r石抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此可以控制削減后的爆壓不致使孔壁產(chǎn)生明顯的壓縮破壞，但切向拉應(yīng)力能使炮孔四周產(chǎn)生徑向裂紋。加之孔與孔間彼此的聚能作用，使孔間連線產(chǎn)生應(yīng)力集中，孔壁連線上的初始裂紋進(jìn)一步發(fā)展，而滯后的高壓氣體的準(zhǔn)靜態(tài)作用，使沿縫產(chǎn)生氣刃劈裂作用，使周邊孔間連線上的裂紋全部貫通成縫。

2 預(yù)裂爆破要求

2.1 預(yù)裂縫要貫通

預(yù)裂縫要貫通且在地表有一定開(kāi)裂寬度。對(duì)于中等堅(jiān)硬巖石，縫寬≥1.0 cm，堅(jiān)硬巖石縫寬應(yīng)達(dá)到0.5 cm左右，但在松軟巖石上縫寬達(dá)到1.0 cm以上時(shí)，減振作用并未顯著提高，應(yīng)多做些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以利總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

2.2 預(yù)裂面開(kāi)挖后的不平整度

預(yù)裂面開(kāi)挖后的不平整度≤15 cm。預(yù)裂面不平整度通常是指預(yù)裂孔所形成之預(yù)裂面的凹凸程度，它是衡量鉆孔和爆破參數(shù)合理性的重要指標(biāo)，可依此驗(yàn)證、調(diào)整設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.3 預(yù)裂面上的炮孔痕跡

預(yù)裂面上的炮孔痕跡保留率應(yīng)≥80%，且炮孔附近巖石不出現(xiàn)嚴(yán)重的爆破裂隙。

預(yù)裂爆破主要技術(shù)措施為：

1）炮孔直徑一般為50～200 mm，對(duì)深孔宜采圍較大的孔徑。

2）炮孔間距宜為孔徑的8～12倍，堅(jiān)硬巖石取小值。

3）不耦合系數(shù)（炮孔直徑d與藥卷直徑d0的比值）建議取2～4，堅(jiān)硬巖石取小值。

4）線裝藥密度一般取250～400 g/m。

5）藥包結(jié)構(gòu)形式，目前較多的是將藥卷分散綁扎在傳爆線上。分散藥卷的相鄰間距≤50 cm和不大于藥卷的殉爆距離。考慮到孔底的夾制作用較大，底部藥包應(yīng)加強(qiáng)，約為線裝藥密度的2～5倍。

6）裝藥時(shí)距孔口1 m左右的深度內(nèi)不要裝藥，可用粗砂填塞，不必?fù)v實(shí)。填塞段過(guò)短，容易形成漏斗，過(guò)長(zhǎng)則不能出現(xiàn)裂縫。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

本工程為開(kāi)敞式溢洪道出口設(shè)挑流鼻坎及消力池，水流挑入消力池內(nèi)消能。消力池縱橫剖面均為梯形斷面，底板高程575.00 m，消力池底板寬 176.5～191.05 m，長(zhǎng) 311～331 m，左槽挑流鼻坎末端至消力池末端長(zhǎng)400 m。消力池出口底板高程608 m，該高程以下消力池深33 m。消力池末端608 m高程設(shè)置2 m高攔沙坎，坎頂高程610 m。消力池左側(cè)開(kāi)挖邊坡最高達(dá)235 m。

本文研究此消力池開(kāi)挖第一期工程，第一期開(kāi)挖于2007年12月15日～2008年5月31日，歷時(shí)5.5個(gè)月，開(kāi)挖作業(yè)面分布高程710～740 m，計(jì)劃完成開(kāi)挖197.9萬(wàn)m3，月強(qiáng)度36萬(wàn)m3，計(jì)劃提供圍堰填筑Ⅰ區(qū)料28.1萬(wàn)m3，轉(zhuǎn)存Ⅱ區(qū)料128萬(wàn) m3，棄料41.8萬(wàn) m3。

3.2 施工方法

采取“先剝離，后開(kāi)采”的施工方法施工。先在需要?jiǎng)冸x清理地段規(guī)劃好鉆爆的范圍和規(guī)模，然后進(jìn)行φ89～105 mm的中小直徑小規(guī)模梯段鉆爆;每層次的巖石鉆爆完成后，立即合同監(jiān)理人及相關(guān)部門對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的料渣進(jìn)行鑒定，對(duì)需要清理的軟巖及污染石渣用1.6 m3配32 t自卸汽車進(jìn)行仔細(xì)分選清理。

由于消力池開(kāi)挖方量大、工期緊、強(qiáng)度高，石方開(kāi)挖約1 581.32萬(wàn)m3，平均月強(qiáng)度約60萬(wàn)m3，鉆孔設(shè)備以作業(yè)效率高、自帶吸塵裝置的高風(fēng)壓履帶式露天液壓鉆為主，挖裝設(shè)備主要采用4.0～6.0 m3液壓正鏟及1.6～2.5 m3反鏟，相應(yīng)配備32 t自卸汽車運(yùn)輸。

永久邊坡采用預(yù)裂爆破，邊坡預(yù)裂深度按邊坡馬道高程控制，邊坡馬道和底板建基面采用柔性保護(hù)層一次爆除技術(shù)。爆破孔采用人工全耦合裝散狀2#巖石硝銨炸藥或4#防水銨油炸藥，緩沖爆破孔及靠近預(yù)裂邊的拉裂爆破孔采用φ70 mm乳化炸藥，爆破孔網(wǎng)參數(shù)、單位耗藥量將依據(jù)不同巖性按照爆破試驗(yàn)后的參數(shù)確定，采用非電毫秒雷管分段起爆。邊坡預(yù)裂孔及水平光爆孔采用φ25～32 mm乳化炸藥不耦合串裝裝藥。

3.3 施工流程

預(yù)裂爆破施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)裂爆破施工工藝流程圖

3.3.1 鉆孔

首先按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放線，標(biāo)出邊坡開(kāi)挖線、馬道平臺(tái)范圍，確定開(kāi)挖范圍輪廓和鉆孔深度、角度，便于技術(shù)交底和工人操作。其次根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書要求，安排鉆機(jī)設(shè)備就位，按照現(xiàn)場(chǎng)放樣的孔間距依次排開(kāi)鉆機(jī)，擬采用10臺(tái)YQ-100B型支架式鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)。鉆機(jī)就位時(shí)，采用樣架尺對(duì)鉆機(jī)、鉆孔角度和定位點(diǎn)進(jìn)行校對(duì)，開(kāi)孔后進(jìn)行中間過(guò)程的深度和角度校對(duì)，以便及時(shí)調(diào)整偏差。

鉆孔在馬道上時(shí)，鉆孔深度不超鉆，爆破時(shí)，在底部放置0.5 m柔性墊層后，再進(jìn)行爆破開(kāi)挖，爆破后，個(gè)別欠挖部位采用風(fēng)鎬處理。

3.3.2 裝藥

預(yù)裂爆破的裝藥結(jié)構(gòu)采取空氣間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，選用φ32 mm的乳化炸藥，線裝藥密度擬采用300～400 g/m。為保證永久邊坡不受爆破破壞，預(yù)裂孔的主爆體前排緩沖的松動(dòng)爆破方式，采用φ55～70 mm的乳化炸藥進(jìn)行不耦合柱狀裝藥。

在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，先擬定爆破方案，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后進(jìn)行試驗(yàn)，并根據(jù)爆破的效果和不同巖石級(jí)別調(diào)整線裝藥密度、孔底及孔口的裝藥密度，以保證最佳的爆破效果。

預(yù)裂爆破起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)、導(dǎo)爆索傳爆、電力起爆方式。

3.3.3 挖裝與運(yùn)輸

開(kāi)挖料主要采用6.0 m3液壓挖掘機(jī)裝渣，推土機(jī)集渣，32 t或42 t自卸汽車運(yùn)輸;或采用1.6～2 m3液壓挖掘機(jī)裝渣，推土機(jī)集渣，20 t或32 t自卸汽車運(yùn)輸。

每次爆破后，先由人工配合反鏟對(duì)坡面松動(dòng)巖體和塊進(jìn)行清理，并對(duì)爆堆的泥團(tuán)及無(wú)用料以反鏟配以人工進(jìn)行分選裝車分別運(yùn)至棄料場(chǎng)，然后進(jìn)行出渣作業(yè)。

3.4 爆破結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)確定的預(yù)裂爆破參數(shù)，每次試爆后均對(duì)其爆破后的外觀效果進(jìn)行了檢查，檢查的主要內(nèi)容有：預(yù)裂爆破面的表面縫寬、開(kāi)挖輪廓面的殘留孔痕跡的分布和保存率、不平整度、炮孔壁是否有大量的爆破裂隙以及保留巖體的破壞情況等。經(jīng)檢查，預(yù)裂爆破效果較好，預(yù)裂面半孔率均在90%以上，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論

通過(guò)上述工程施工驗(yàn)證，要想采用預(yù)裂爆破開(kāi)挖石方其外觀效果好，成孔率高，要做到以下幾點(diǎn)：

1）采用鉛錘配以水準(zhǔn)儀或采用樣架控制鉆孔角度。

2）適當(dāng)放慢預(yù)裂孔的鉆進(jìn)速度，確保預(yù)裂孔的鉆孔質(zhì)量。

3）在預(yù)裂孔鉆進(jìn)過(guò)程中，定期檢查鉆孔角度是否有偏移，及時(shí)調(diào)整。

4）孔完成后，采用紙團(tuán)或木楔堵塞孔口，防止鉆孔巖屑或孔口石碴滾落孔內(nèi)，堵塞鉆孔。

5）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)，將藥卷用膠布綁扎在竹片上，然后再裝入孔內(nèi)，并將藥柱保持在孔中間。

6）堵塞時(shí)，先用紙團(tuán)覆蓋在藥柱頂部，然后再回填鉆孔巖屑堵塞密實(shí)。

7）預(yù)裂爆破兩炮孔間巖面的不平整度＞15 cm，孔壁表層不產(chǎn)生明顯的爆破裂隙，炮孔痕跡保存率控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

[1]邢健，李小會(huì).預(yù)裂爆破技術(shù)在西金溝電站廠房邊坡開(kāi)挖中的應(yīng)用[J]. 黑龍江水利科技，2009，37（5）：35-36.