深孔控制爆破在獅子坪水電站壩料開采中的應用

羅 鵬， 嚴 偉， 申 利 遠

(1.四川華電雜谷腦水電開發有限責任公司，四川成都 610091;2.中國人民武裝警察部隊水電第九支隊，四川成都 611130)

1 工程概況

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣境內岷江右岸一級支流雜谷腦河上，為雜谷腦河梯級水電開發的龍頭水庫電站。水庫總庫容1.33 億 m3，調節庫容 1.19 億 m3，為年調節水庫。攔河壩為碎石土心墻堆石壩，壩頂寬12 m，壩頂長309.4 m，最大壩高136 m。大壩壩殼料分別取自壩下游的梅多溝石料場和大溝石料場。

2 工程地質情況

大溝石料場開挖高邊坡出露巖石地層為三迭系雜谷腦組中～中厚層狀變質砂巖夾千枚質板巖，局部為變質砂巖及千枚質板巖與千枚巖互層。受后期地質構造運動影響強烈，致使區域內地層產狀陡傾，局部近于直立，巖石變形強烈、擾動大，發育有“S”型淺層及深層壓扭性滑(移)裂面、張性裂隙及網狀剪切節理發育，并伴有數條小規模呈“雁列式”排列的逆斷層，層間夾有淺褐色斷層泥及深灰褐色軟弱破碎帶，斷層上下盤均見有因擠壓變形的砂巖透鏡體。

3 爆破要求

因大溝石料場緊鄰獅子坪水電站移民新村，在建的居民房屋距離爆破施工區域僅有100～200 m的直線距離，大規模的爆破施工會對居住房屋有影響，故要求對每次的爆破規模進行控制，并采取相應的爆破控制技術對爆破產生的震動和飛石進行嚴格控制，以確保居民房屋不受影響。

4 爆破方案選擇

根據料場巖體實際情況以及周圍的外部環境，爆破采用深孔控制爆破。控制的主要內容為飛石、噪音、空氣沖擊波及爆破震動。根據控制需要采用深孔梯段微差爆破。按爆破設計需求，采用非電毫秒導爆管和電雷管混合爆破網絡控制爆破震動。具體措施:為保護邊坡采用預裂爆破，主爆孔采用孔內分段孔和孔外分段相結合，盡量做到單孔起爆，以達到控制最大單段起爆藥量的目的，進而控制爆破震動。

(1)爆破技術設計的主要參數。使用散裝銨油炸藥，單耗 q為0.5 kg/m3，孔徑 D為90 mm。臺階高度H為10 m，孔深L為10.6 m，孔間距a為2.5 m，孔排距 b為2.5 m ，單孔裝藥量 Q為32.5 kg。裝藥結構:間斷耦合裝藥，底部裝藥量為22 kg，上部裝藥量為 10.5 kg.，中間堵塞長度為1～2 m，孔口堵塞長度為3～3.5 m。

(2)爆破網絡。采用孔內分段，孔內高段、孔外低段(MS5、MS4、MS3、MS2、MS1)微差起爆，以達到微差擠壓的目的。采用非電毫秒導爆管和電雷管混合網絡(圖1)。

(3)炮孔布置。所有炮孔均按設計間排距布置，預裂孔沿設計邊線布置。

5 爆破控制

5.1 爆破飛石控制

根據料場周邊的實際情況，大溝石料場的保護對象為丘地移民新村，保護對象距爆區的直線距離為200 m左右，而深孔爆破的安全警戒距離經計算為300 m。

(1)爆破飛石的安全距離。

根據N.Lundborgd推薦的方法，用下式計算中深孔臺階爆破飛石的最大距離:

式中 Lm為爆破飛石的最大距離，m;q為炸藥單耗，kg/m3;d為炮孔直徑，mm。取 q=0.50 kg/m3，d=90 mm，經計算，得 Lm=360 m。

圖1 大溝爆破網絡圖

依照《爆破安全規程》的有關規定，最終確定被保護對象的安全距離。為保護爆破對象，要求爆破臨空面避開保護對象。將大溝料場的臨空面確定為正對河對面山坡。根據大溝料場的巖石裂隙情況和以往爆破的實際經驗，根據現場情況選擇最大抵抗線W值為3 ～3.5 m。據分析，產生飛石的主要原因為抵抗線過小或堵塞長度不夠等，故在鉆孔過程中嚴格控制鉆孔質量，確保W值能滿足設計要求。炮孔堵塞長度為1.1～1.2 W，采用粘土、水、砂等混合物進行密實堵塞。

(2)對爆破飛石的防護。

根據爆破區域距建筑物的距離及性質，采取了表面覆蓋防護措施。本工程南北爆破區域所有部位均采用四層覆蓋進行防護，即孔口蓋沙袋、鋪鐵絲網、鋪竹笆、壓沙袋(圖2)。

圖2 保護措施示意圖

5.2 爆破地震波控制

(1)安全震動速度控制標準。

料場所需保護的對象為民用漿砌石墻住房。《爆破安全規程》中對建筑物的爆破震動安全允許標準有以下規定:

一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物為2～3 cm/s;

鋼筋混凝土結構房屋為3.0～5.0 cm/s;

大體積混凝土(強度＞28 d)為7～12 cm/s。

因此，對丘地移民新村附近爆破區取1.0 cm/s作為建筑物的爆破質點振動速度允許值是合理的。但因建筑物距爆破區較近，故必須精心組織每一次爆破施工，加強控制，確保工程安全。

(2)爆破震動控制。

采用多段毫秒微差爆破技術，嚴格控制最大單段裝藥量。最大單段裝藥量Q單max:

式中 V為爆破震動速度，cm/s，取2～3 cm/s;R為爆破中心與保護對象之間的距離，實測距離為200 m;K為與巖石性質等有關的系數，取值范圍為150～250。巖石越堅硬，取值越小，這里取大值為250;α為地震波衰減系數(1.5～1.8)，此處取1.8;Q單max為單段最大起爆藥量，為129 kg。

最大單段起爆藥量按照設計進行，控制在129 kg。但考慮到開采強度要求的爆破規模，即一次總的爆破藥量為10～12 t，并根據現場施工場地，因起爆規模與單段控制藥量相差過大，為避免由于爆破段位差引起的爆破震動波的疊加問題，需加強對爆破保護對象的監測與保護，逐步調整爆破規模。

對于料場開挖存在的高邊坡，采用沿爆破邊坡進行預裂爆破的措施。同時，結合施工現場情況，沿保護對象開挖一條減震溝，并針對減震溝的減震效果進行監測。

6 爆破震動監測

為控制爆破震動，確保周圍建筑物和設備的安全，保證工程的順利進行，對爆破震動進行了全過程監測。

(1)爆破震動監測物理量的選擇。

根據《爆破安全規程》的規定，以地面質點的垂直向震動速度v作為爆破震動的監測物理量。

(2)爆破震動監測點的布置。

根據爆區周圍的環境條件和類似工程的監測經驗，并考慮建筑物的結構特征和動力特性，分別在丘地村村委會廣場附近布置了2個監測點，大溝砂石骨料生產系統場內布置了1個測點，距爆區最近開挖邊坡上游側布置了1個測點，共4個測點。每次爆破監測4個測點(圖3)。監測點的監測孔可用液壓鉆鉆孔。

圖3 大溝料場爆破周圍環境及監測點示意圖

(3)爆破震動監測系統的選擇。

根據監測任務的性質和要求，選擇由CDJZ5型磁電式速度傳感器、低噪聲屏蔽電纜、IDTS3850型數字式爆破震動記錄儀、微型計算機和打印機組成的爆破震動監測與分析系統，用Seismograph爆破震動分析軟件對監測數據進行時域、頻域、時頻域的分析與處理，得到峰值質點震動速度、FFT主振頻率、震動持續時間三個評價爆破地震效應的重要指標。同時，利用Origin軟件對監測數據進行進一步的分析與處理。實際工作情況表明，該監測與分析系統的靜態、動態特性好，性能穩定可靠，監測精度高。

①傳感器。CDJ－Z5型磁電式速度傳感器具有低頻響應好、靈敏度高、失真度小、線性好、參數一致性好，抗震、抗沖擊、密封防水性能好等特點。

②記錄儀。IDTS3850型數字式爆破震動記錄儀具有分辨率高、抗震、抗電磁干擾、低噪聲、高可靠性等特性。

(4)監測數據的處理與分析。

對現場監測得到的數據用ITDS-3850 seismograph爆破震動分析軟件進行數據處理和分析，得到震速波形圖、頻譜圖、質點峰值震動速度、主震頻率和震動持續時間。

①時域分析。根據現場監測所紀錄的爆破震動速度時程曲線(波形圖)，計算出峰值震動速度和震動持續時間。

②頻域分析。利用快速傅里葉變換(FFT)計算震動速度的幅值譜或功率譜。譜分析采用矩形窗，采樣速率取2 k。

③統計分析。根據監測結果，利用薩道夫斯基公式進行回歸分析，獲得爆破震動峰值質點震動速度的衰減規律。

7 爆破施工控制

(1)鉆孔工作。鉆孔嚴格按設計的孔網參數和布孔位置作業，誤差控制在設計要求范圍內。鉆孔結束后，應按設計要求驗收，不合格的不得裝藥，應重新補孔。

(2)爆破作業。嚴格按照設計要求施工，不準隨意加、減藥量;按設計要求布設起爆網絡，網絡連接后要加強保護，保證線路完好無損;保證裝藥質量和回填質量;杜絕單孔拒爆或盲、殘炮的產生，從而達到減震的目的并獲取良好的爆破效果。

8 結語

在料場爆破開挖過程中，沒有出現嚴重的震動波及飛石影響，爆破達到了預期效果。但當爆破規模擴大時，要加強監測控制，主要考慮爆破震動的疊加影響。

［1］爆破安全規程，GB6722 －2003［S］.