小型洞室爆破的振速控制與技術(shù)措施研究

周顯貴 沈德剛

（1.中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局第四工程公司 陜西 西安 710065；2.云南華電鎮(zhèn)雄發(fā)電有限公司 云南 鎮(zhèn)雄 657200）

1 工程基本概況

林口水庫(kù)位于云南省昭通地區(qū)鎮(zhèn)雄縣，是云南華電鎮(zhèn)雄電廠的專(zhuān)用配套水庫(kù)。工程的主要樞紐包括面板堆石壩、溢洪道、左岸引水隧洞。面板堆石壩頂部高程1585.00m，壩頂長(zhǎng)度168.162m，壩頂寬8.0m，最大壩高79m，上下游坡面的坡比為1∶1.4。大壩由墊層料、過(guò)渡料、主堆石料、次堆石料、壩后護(hù)坡組成，填筑量68萬(wàn)m3。

工程的石料場(chǎng)位于壩址上游500m的倮梭溝大沖溝口。料場(chǎng)地層巖性為三迭系下統(tǒng)飛仙關(guān)組上段（T1fb）的紫紅色長(zhǎng)石英粉細(xì)砂巖，巖性穩(wěn)定，巖層走向NEE，傾向NW，傾角100左右。該石料抗剪強(qiáng)度值較高，壓縮特性符合一般粗粒料的規(guī)律，試樣飽和后不會(huì)引起濕陷變形。該料場(chǎng)開(kāi)采的石料除了滿足大壩各種堆石料的使用之外，還需要用于砂石料的加工，總體需求量75萬(wàn)m3，即平均每月開(kāi)采石料11萬(wàn)m3才能滿足施工需要。石料場(chǎng)周?chē)h(huán)境相對(duì)復(fù)雜，除料場(chǎng)100m遠(yuǎn)處有高壓輸電線路以外，緊挨料場(chǎng)開(kāi)采區(qū)附近200m～300m為居民村落，人口稠密，房屋集中，爆破安全控制尤為重要。

2 小型洞室控制爆破的必要性

由于本工程項(xiàng)目前期征地嚴(yán)重拖延了工期，致使大壩填筑任務(wù)非常艱巨，料場(chǎng)開(kāi)采強(qiáng)度是影響大壩填筑施工的一個(gè)重要因素。選擇洞室爆破，不僅可以有效利用料場(chǎng)的開(kāi)采空間，并且具有洞室開(kāi)挖量小，每米洞室爆破量高，洞室開(kāi)挖和裝藥比較方便，炸藥單耗極小等優(yōu)點(diǎn)。另外，藥室周?chē)鷰r體極大破碎，爆堆表層塊度相對(duì)較大，小型洞室爆破將有效縮短施工周期。

該料場(chǎng)巖層層面是平行層，在洞室爆破中設(shè)計(jì)條形藥室，采用加強(qiáng)松動(dòng)和投擲爆破的方式，實(shí)現(xiàn)巖體底部掏腳、上部大面積崩塌的效果，巖體大范圍的翻動(dòng)、碰撞和巖層節(jié)理面的錯(cuò)動(dòng)能有效減小塊徑。此外，條形藥室爆炸能量分布均勻，對(duì)于改善堆石料的塊度和級(jí)配比較好，而且利用塑料導(dǎo)爆管而非電起爆網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)延時(shí)接力傳爆的辦法，能使先爆藥室為后爆藥室創(chuàng)造良好的臨空面，爆破的石料在時(shí)間與空間上相互碰撞作用，改善石料的破碎質(zhì)量。

3 爆破監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)分析

在距離爆破區(qū)最近的幾類(lèi)房屋（砌石和土坯房）的基礎(chǔ)或房頂?shù)炔煌课唬吭O(shè)2個(gè)～3個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)；在距離爆破源中心50m、100m、150m、200m、250m、300m、400m 處分別布置測(cè)點(diǎn)。在爆破開(kāi)挖之前，共進(jìn)行了5個(gè)爆破振動(dòng)檢測(cè)，通過(guò)回歸分析爆破振動(dòng)的衰減規(guī)律，確定K、α值。

依據(jù)國(guó)家《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）的規(guī)定，爆破產(chǎn)生的振動(dòng)速度：

式中，V——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)最大速度，本次取V=1.0cm/s；

Q——炸藥量，最大一段條形藥室的裝藥量；

R——測(cè)點(diǎn)到爆破中心的距離，單位：m；

K——與爆破場(chǎng)地及條件有關(guān)的系數(shù)，K=150～350；

α——與地質(zhì)條件有關(guān)的爆破地震衰減系數(shù)，α=1.3～2.0。

在距離爆破源200m距離之外，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制在1.0cm/s，相應(yīng)地震震級(jí)要求小于2.0級(jí)。計(jì)算得，對(duì)應(yīng)K=200、α=1.5的允許單段最大起爆藥量為2.33t。

可以看出，爆破振動(dòng)速度的峰值與藥量幾乎成正比，與距離的平方成反比；集中藥包裝藥量與抵抗線的立方成反比，條形藥包與抵抗線的平方成正比。簡(jiǎn)單地說(shuō)，采用的分級(jí)藥包（條形藥室、分段間隔）爆破振動(dòng)峰值約與抵抗線的平方成正比，當(dāng)采用W＝20m時(shí)的爆破振動(dòng)峰值約是W＝15m時(shí)的爆破振動(dòng)峰值的1.7倍，因此，控制洞室爆破振動(dòng)對(duì)附近干砌石或土坯房影響的最有效手段是減小抵抗線，而不是減小單段藥量（條形藥包是一種線性分散藥包）。減小抵抗線是控制爆破振速的關(guān)鍵。

4 爆破參數(shù)的選擇

4.1 裝藥量計(jì)算

爆破的藥室布置成1排或2排，采用加強(qiáng)松動(dòng)爆破，利用下式計(jì)算條形藥室的延米長(zhǎng)度的裝藥量。

式中，Q——為相同抵抗線W相應(yīng)藥室段的裝藥量；

e——炸藥換算系數(shù)，采用2#巖石硝銨炸藥；

k——標(biāo)準(zhǔn)拋擲單位用藥量系數(shù)，查表選取；

n——爆破作用指數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。

為了很好地控制爆破振動(dòng)速度，還必須結(jié)合爆破振動(dòng)速度公式，進(jìn)行合理的分析，最終確定最佳爆破參數(shù)。當(dāng)條形藥包端側(cè)有臨空面時(shí)，在滿足側(cè)向抵抗線不小于藥包最小抵抗線的條件下，可在端部增加35%的裝藥量。

4.2 最小抵抗線與爆破作用指數(shù)的選擇

減小抵抗線與提高崩塌爆破效率是一致的。抵抗線減小后，保證爆破方量最有效的手段是增加后排藥室，但第二排的抵抗線應(yīng)更小，如前排為W＝15m時(shí)，后排宜采用W＝10m～12m，以充分克服后排更大的約束并保證向前部分拋擲及減小振動(dòng)。同時(shí)還應(yīng)適當(dāng)減小前后排爆破延時(shí)時(shí)間間隔（可采用MS4間隔），在上部巖體未垮塌之前，后排爆破巖體能向前運(yùn)動(dòng)一段距離并釋放能量。通過(guò)爆破試驗(yàn)后最終確定，本料場(chǎng)爆破采用2排藥室，前排W=16m，n=0.7（防止拋擲過(guò)遠(yuǎn)及沖炮），后排W=12m，n=0.85（約束較大，起到掏腳使山體坍塌）。一般來(lái)說(shuō)，后排藥室的藥量比前排增大10%或相同，才能保證后排巖體被拋出，巖體形成翻動(dòng)，便于后續(xù)開(kāi)挖裝車(chē)。

另外需要注意的是：條形藥包的最小抵抗線實(shí)際上是一個(gè)平均值；且同一計(jì)算范圍內(nèi)的不同斷面的最小抵抗線差異控制應(yīng)在±7%以內(nèi)，以不影響最終爆破效果。

5 采取的技術(shù)措施

5.1 雙排洞室抵抗線的核定

雙排或多排洞室，其抵抗線的確定與排間接力延時(shí)有密切關(guān)系。當(dāng)排間延時(shí)超過(guò)110ms時(shí)，以后排藥包與前排藥包的上破裂線的垂直長(zhǎng)度為后排抵抗線；若排間延時(shí)小于110ms時(shí)，以藥包與前排藥包爆破漏斗線的垂直長(zhǎng)度為后排抵抗線（近似藥包間距）。只有準(zhǔn)確確定出后排藥包的抵抗線，才能正確計(jì)算裝藥量。

5.2 不耦合系數(shù)方面采取的措施

洞室爆破開(kāi)采連續(xù)級(jí)配的堆石料，不耦合系數(shù)一般取值為2.0以上，但不宜超過(guò)4.5（不耦合系數(shù)為洞室斷面與裝藥斷面面積的比值）。當(dāng)不耦合系數(shù)過(guò)大時(shí)，洞室空腔越大，炸藥初始應(yīng)力波被空氣層極大地消弱，爆破作用以后期高壓氣體膨脹做功為主，巖體不易被拋出，形成大塊。更有甚者，在山體表面形成大的裂隙或溝塹，造成高懸?guī)r體危險(xiǎn)源。在裝藥施工時(shí)，可以用沙袋充填藥室周?chē)涨唬瑴p小洞室截面面積，也可以適當(dāng)增加裝藥量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但后者成本大。

5.3 導(dǎo)洞封堵采取的措施

導(dǎo)洞封堵質(zhì)量和方法不僅影響到爆破效果，甚至發(fā)生“沖炮”現(xiàn)象，直接產(chǎn)生嚴(yán)重危害。導(dǎo)洞填塞物是否會(huì)發(fā)生“沖炮”，并不完全取決于填塞長(zhǎng)度，而取決于爆炸氣體把填塞物從導(dǎo)洞中射出所需的時(shí)間與巖體沿最小抵抗線方向破裂移動(dòng)所需時(shí)間之比。當(dāng)前者大于后者時(shí)，不易發(fā)生“沖炮”現(xiàn)象。通常，導(dǎo)洞與支洞交叉部位的左右各封堵1.5m，并且接力傳爆雷管多數(shù)在此處附近存放，因此，需要封堵密實(shí)且沙袋堆碼穩(wěn)固。

在導(dǎo)洞與支洞夾角小于90°時(shí)，由里朝外連續(xù)封堵長(zhǎng)度宜大于2/3倍的抵抗線，且此間不得有空腔或不封堵段；在導(dǎo)洞與支洞夾角大于90°時(shí)，由里朝外連續(xù)封堵長(zhǎng)度超過(guò)80%的抵抗線。

5.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采取的措施

設(shè)計(jì)采用塑料導(dǎo)爆管非電起爆和雙股導(dǎo)爆索連接成復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，各藥室起爆體內(nèi)使用的雷管為大段別雷管，接力雷管以MS2、MS3為主，各藥室起爆體及雷管均用10發(fā)并聯(lián)連接形式。利用延時(shí)接力網(wǎng)絡(luò)，可以使爆破振動(dòng)在時(shí)間上得到有效衰減，同時(shí)為巖石運(yùn)動(dòng)提供空間，使其得到良好的碰撞，改善破碎質(zhì)量。

雙排藥室爆破時(shí)，后排起爆時(shí)間應(yīng)在前排形成拋擲，前排爆破漏斗與后排破裂線之間的上部巖體初始垮塌之時(shí)。如果排間延時(shí)過(guò)短，則后排爆破的巖體會(huì)對(duì)前排爆破漏斗與后排破裂線之間上部垮塌巖體造成阻礙，增加了拋擲和垮塌的阻力，產(chǎn)生大塊。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，排間起爆時(shí)差一般不大于150ms，同排相鄰藥室起爆時(shí)差不宜大于50ms，且時(shí)差應(yīng)盡量相同，以避免先行起爆的藥室沖擊爆破相鄰藥室的間隔堵塞、裝藥結(jié)構(gòu)及傳爆網(wǎng)絡(luò)等。

6 爆破振動(dòng)控制效果與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

林口水庫(kù)自2007年2月13日～2008年1月2日，共進(jìn)行了13次洞室控制爆破，地震震級(jí)為1.6級(jí)～2.0級(jí)，對(duì)周?chē)迕褡》考敖ㄖ铩⒏邏狠旊娋€路沒(méi)有造成影響。小抵抗線、雙排藥室控制爆破，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，在爆破振動(dòng)控制方面取得了成功，也保證了料場(chǎng)的開(kāi)采強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期目的。但以下幾點(diǎn)還需要在后續(xù)工作中進(jìn)一步總結(jié)與實(shí)踐。

（1）減小抵抗線可以明顯減小爆破振動(dòng)，爆破振動(dòng)與一次性裝藥量沒(méi)有直接關(guān)系。

（2）加強(qiáng)爆破區(qū)的地形測(cè)量，特別是山溝、山脊、地形突變部位要加密測(cè)量點(diǎn)，力求地形真實(shí)、準(zhǔn)確，保證最小抵抗線與實(shí)際相符。

（3）隧洞開(kāi)挖要及時(shí)校核軸線是否滿足設(shè)計(jì)要求。開(kāi)挖完成后建議再進(jìn)行全面復(fù)測(cè)，并根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。

（4）藥室布置與后邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系也需要在以后的施工中進(jìn)一步總結(jié)。陜西水利