南水北調(diào)中線應(yīng)急供水工程石方爆破方案比選

李佑杰

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

南水北調(diào)中線應(yīng)急供水工程位于河北省保定市淶水縣境內(nèi)，渠段京石段累計1度帶樁號范圍為204+482—204+982，開挖渠底底寬 11 m，內(nèi)邊坡 1∶0.75，縱坡 1/20 000～1/18 000，一般開挖深度 8～10 m，最大挖深16 m。渠道基巖以石灰?guī)r為主，巖體呈層狀分布，結(jié)構(gòu)比較破碎。由于爆破區(qū)域長，距渠邊不到70 m范圍內(nèi)分布有大量簡易石灰窯、農(nóng)用高壓線、果園和村莊等生產(chǎn)生活設(shè)施，施工環(huán)境相當復(fù)雜，給開挖爆破、邊坡成型增加了難度，因此選擇合理的施工爆破方案尤為重要。

2 爆破施工對比方案

爆破區(qū)段70 m范圍處存在未征遷設(shè)施，為最大限度地保護該范圍內(nèi)的設(shè)施安全，按照70 m爆破振動安全距離計算單段炸藥量，計算公式為：

式中：Q——單段炸藥量，kg；

R——爆破振動安全允許距離，取值70 m；

V— —保護對象所在地質(zhì)點振動允許速度，cm/s，取0.75；

K，α——查《爆破安全規(guī)程》表知，K=200，α=1.65。

經(jīng)計算，Q=13.75 kg。

2.1 手風鉆鉆孔爆破方案

渠道溝槽中部采用臺階爆破方式進行掏槽，炮孔直徑42 mm，間距1.5 m，排距1 m，孔深2 m。炮孔裝藥長度1.2 m，填塞長度0.8 m，單孔裝藥1.8 kg，炸藥單耗0.6 kg；渠道設(shè)計邊坡預(yù)留3 m厚作為保護層，采用光面爆破，設(shè)置一排光爆孔，外側(cè)布置一排主爆孔，光爆孔孔距1 m，主爆孔孔距2 m，排距1.5 m，間隔布置，孔深以鉆入一級馬道和渠底保護層0.7 m為限，根據(jù)巖石特性，光面爆破平均單耗擬定為0.4 kg；一級馬道和渠底部分均預(yù)留1.5 m厚的保護層，分兩層爆破開挖，第一層鉆孔1 m，炮孔間距0.5 m×0.5 m，第二層鉆孔0.5 m，炮孔間距0.3 m×0.4 m，底板保護層爆破單耗擬定為1.0 kg。

由設(shè)計斷面圖計算得：掏槽爆破方量為12.5萬m3；坡面保護層光面爆破方量為8.34萬m3；底板保護層爆破方量為1.66萬m3。施工過程中，擬配置10臺手風鉆同時施工，全天滿足18 h運轉(zhuǎn)，安排兩個作業(yè)面循環(huán)交替鉆進，根據(jù)施工經(jīng)驗，手風鉆鉆孔速度以平均4 m/h計算，每天可施工720 m，即360孔，以此為強度控制標準，平均每天爆破方量為1 080 m3，則預(yù)計掏槽施工時間4.5個月；由于光面爆破是控制爆破結(jié)構(gòu)邊線的關(guān)鍵性工序，為保證施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)邊線的精確控制，施工進度相對掏槽爆破來說有所降低，根據(jù)施工經(jīng)驗每天按20 m進尺推進，則光面爆破所需工期為2個月。該爆破施工屬控制爆破施工，加之底板爆破殘留體的鑿除將占用大量時間，按每天20 m進尺推進，分兩層爆破，則預(yù)計施工時間為2個月。

綜上所述，3個工序施工時間為工序本身施工工期，在鉆孔過程中存在部分時段的交叉作業(yè)，但是根據(jù)“每日一次起爆”的總體計劃，其施工時間均按每天爆破一次計算，考慮交叉作業(yè)時間與裝藥起爆時設(shè)備可能的閑置時間相平衡，則不應(yīng)將工期進行重疊，故3個工序全部完成所需的固定工期為8.5個月，加上施工過程中不可避免地存在設(shè)備故障以及地方各種干擾因素的影響，應(yīng)增加額外工期1個月，故爆破施工總工期預(yù)計為9.5個月。

2.2 潛孔鉆鉆孔控制爆破方案

渠道溝槽中部采用臺階爆破方式進行掏槽，炮孔間距2.5 m，排距2 m，孔深5.5 m，每炮孔裝藥13.75 kg，單孔單響，其單響藥量滿足70 m爆破振動安全距離要求；渠道設(shè)計邊坡預(yù)留3.5 m厚作為保護層，采用光面爆破，設(shè)置一排光爆孔，外側(cè)布置一排主爆孔，光爆孔孔距1 m，主爆孔孔距2 m，排間距1.5 m，間隔布置，孔深以深入馬道和渠底保護層0.7 m為限，根據(jù)巖石特性，光面爆破平均單耗擬定為0.4 kg；馬道和渠底預(yù)留1.5 m保護層，分兩層爆破開挖，第一層鉆孔1 m，炮孔間距0.5 m×0.5 m；第二層鉆孔0.5 m，炮孔間距0.3 m×0.4 m，底板保護層爆破單耗擬定為1.0 kg。

由設(shè)計斷面圖計算得：掏槽爆破方量為11.11萬m3；坡面保護層光面爆破為9.73萬m3；底板保護層爆破為1.66萬m3。施工過程中，擬配置足量潛孔鉆機同時施工，全天滿足18 h運轉(zhuǎn)，安排兩個作業(yè)面，循環(huán)交替鉆進，根據(jù)施工經(jīng)驗，計劃每天起爆4排，每排15孔，共計60孔，分為60段雷管引爆，每日爆破方量為1 650 m3，按此標準，以平均每天60孔速度向前推進，預(yù)計施工時間3個月；光面爆破和底板爆破的工期計算同手風鉆鉆孔爆破方案一致。

綜上所述，3個工序施工時間為工序本身施工工期，在鉆孔過程中存在部分時段的交叉作業(yè)，但是根據(jù)“每日一次起爆”的總體計劃，其上述施工時間均按每日爆破一次計算，考慮交叉作業(yè)時間與裝藥起爆時設(shè)備可能的閑置時間相平衡，則不應(yīng)將工期進行重疊，故3個工序全部完成所需的固定工期為7個月。加上施工過程中不可避免地存在卡鉆和與地方協(xié)調(diào)的影響，應(yīng)增加額外工期1個月，故爆破施工總工期預(yù)計為8個月。

3 安全防護措施方案

為減少爆破飛石對近距離（70 m）設(shè)施的危害、保證爆破區(qū)域周圍人員和設(shè)施安全，必須采用必要的覆蓋防護措施，擬采用皮帶鐵絲網(wǎng)加沙袋壓重的方式進行防護。具體方案如下：用1號的皮帶（傳輸皮帶機的皮帶）連成片搭蓋在爆破區(qū)域，其上再覆蓋鐵絲編制網(wǎng)，再在鐵絲網(wǎng)上壓蓋裝土編織袋。其中：皮帶裁剪成10 m長一段，每次需用40段。鐵絲網(wǎng)覆蓋其上，覆蓋數(shù)量同皮帶面積，即400 m2。沙袋覆蓋按照每個炮孔3袋設(shè)置，皮帶和鐵絲網(wǎng)在爆破之后解體回收利用。

4 爆破方案選定

手風鉆鉆孔爆破方案中臺階高度僅2 m，鉆爆時產(chǎn)生的震動波對周邊建筑物影響較小，屬于淺孔鉆爆，爆破時出現(xiàn)飛石的機率增加，必然會加大爆破飛石安全防護措施的難度，同時增加相應(yīng)的防護措施資金投入。此外，對雷管的耗量也將成倍增加，經(jīng)計算，用潛孔鉆鉆爆27.5 m3需2發(fā)導(dǎo)爆管，而用手風鉆爆27.5 m3需9.17發(fā)導(dǎo)爆管，為潛孔鉆爆破用量的4.59倍。手風鉆鉆爆規(guī)模小、循環(huán)次數(shù)多，拉長了施工工期。以渠道梯段爆破開挖為例，手風鉆一次只能鉆爆264 m3，而使用潛孔鉆鉆爆一次可達1 450 m3，是手風鉆的5.5倍。渠道開挖工期及爆破次數(shù)的增加，導(dǎo)致資金投入相應(yīng)加大。

潛孔鉆控制爆破方案中采用單段起爆，藥量是依據(jù)施工實際情況和保護對象距爆破中心最短距離（本工程為70.7 m）計算得出的，將單孔裝藥量控制在13.75 kg限定值上，即要求一個炮孔為一段，而爆破效果需要多排孔（選定為4排孔），每排10～15孔，因此對控制爆破聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求較高，相應(yīng)的投資也將增加。由于本方案屬于控制爆破，雖然一次爆破的規(guī)模會受到限制，但經(jīng)過計算，該方案可以滿足爆破施工的總要求。

5 結(jié)語

通過對南水北調(diào)中線干線應(yīng)急供水工程京石段K204+482—K204+982段石方爆破渠段兩種方案的施工方法、工期進度、安全防護、資金投入及利弊分析等進行綜合比較分析，確定本工程段采用潛孔鉆鉆孔控制爆破方案。