淺析南灣水庫溢洪道工程石方爆破施工技術

□李 巖 □蔡小超 □韓 杰（河南水利建筑工程有限公司）

1.工程概述

南灣水庫位于河南省信陽市近郊，是淮河上游一級支流浉河上的主要防洪控制工程。南灣水庫屬大（1）型工程，工程等級為一等，主要建筑物為Ⅰ級，水庫控制流域面積為1100km2，年平均徑流量4.49億m3。

溢洪道位于大壩左岸谷地，受南北向造山運動影響，巖石飽受錯動擠壓，使部分巖石崩離埋藏于堆積物中，并使堅硬的石英巖大部分破碎，巖性柔軟的炭質片巖呈強烈波浪褶皺，加之巖石風化劇烈，斷層內部又夾斷層泥及膠結不良的角礫巖，地質情況較為復雜。

2.施工爆破方案

2.1 爆破方案編制的依據

爆破方案編制的依據主要有《河南省信陽市南灣水庫除險加固工程施工招標文件》，《河南省南灣水庫除險加固工程溢洪道水工部分施工詳圖圖集》，及相關的技術標準與國家、部頒有關規程、規范、技術標準、現場調查獲取的資料、該標段的技術裝備水平、施工管理水平及經驗等。

2.2 爆破總體方案

本標段爆破所受控制因素主要是飛石的影響，其次是控制爆破震動對溢洪道原岸坡的影響。本標段基礎石方爆破采用松動爆破方案，鋼筋混凝土拆除采用控制爆破。對于強風化巖石采用減弱松動爆破，用低單位藥量方案,對于弱風化和微風化巖石采用松動爆破。

3.石方爆破開挖方法

3.1 爆破開挖方法

3.1.1 邊坡石方爆破開挖時，對于強弱風化、微風化和新鮮巖體，開挖邊線處坡面爆破層厚度<1.5m的采用小孔徑（直徑為38～42mm）保護層開挖法爆破施工，厚度超過1.5m的采用中孔徑（直徑為80～110mm）光面爆破。

3.1.2 爆破區溢洪道石方爆破施工首先采用垂直于水流方向的中孔徑V型掏槽爆破創造臨空面,后向兩側擴挖，擴挖采用中孔徑深孔爆破施工，為后繼石方爆破開挖形成臨空面。

3.1.3 對于光面爆破和預裂爆破無法實施的區段，為了避免邊坡和渠底巖體出現大量爆破裂隙，以及避免使原有構造裂隙和巖體的自然狀態產生明顯惡化，開挖采用預留保護層的方法，保護層遵照《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》(SL49-94)3.6.3的規定預留1.5m的保護層，并按照規范中要求的方法進行保護層爆破開挖施工。

3.2 石方爆破開挖程序控制

預裂和光面爆破施工流程圖保護層開挖施工流程圖見圖1。

圖1 石方開挖流程圖

3.2.1 石方梯段爆破開挖施工工序控制措施

鉆機平臺的修建→表層清理→測量放樣→布孔→鉆孔→驗孔并護孔→裝藥及堵塞→聯網→警戒起爆→安全檢查→出渣→工作面清理→下一循環石方開挖。

3.2.2 保護層開挖施工控制措施

保護層開挖嚴格遵照《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》SL47－94，并按規范要求認真執行，具體控制措施如下：

3.2.2.1 潛孔鉆爆破施工進程控制主要是控制潛孔鉆超鉆不能深入保護層內部，保證基巖免受大孔徑爆破破壞，具體施工過程中對最下一層潛孔鉆爆破鉆孔底部高程進行控制，鉆孔前對爆破地面進行高程測量，標出每個孔位的孔深，做好記錄，裝藥前對每個炮孔進行測量，對超過深度的炮孔進行回填至設計高程，以保證預留保護層的厚度。

3.2.2.2 保護層開挖分三層進行，其中,第一層：底部1.5m厚度以上部分主要是潛孔鉆爆破殘留巖埂，采用手風鉆鉆孔,直徑Φ35～Φ40，炸藥直徑Φ32，堵塞≥1/2孔深，以火花起爆方式起爆開挖。第二層：對較完整和堅硬的巖石底部厚度0.5m以上1.0 m范圍，對裂隙發育和軟弱巖石底部厚度0.7m以上0.8m范圍，采用手風鉆傾斜鉆孔，傾角45～60°為宜，孔深分別為1.15m和0.93m，單孔裝藥深度分別為0.6m和0.4m，單孔藥量分別為0.45kg和0.3kg，堵塞深度為0.55m和0.53m。第二層采用火花起爆方式，點炮順序為自臨空面一側點起并排順序向后點火，多人并排，不能間隔超過一排。第三層：爆破余下的0.5m爆破層，采用與第二層同樣的方法，但裝藥深度為0.2m，藥量為0.15kg，堵塞深度0.37m。工程經驗說明，第三層的爆破要分多次進行，因為相鄰炮孔之間的殘留巖埂需要多次爆破才能達到設計邊線要求。

3.3 石方爆破參數選擇

3.3.1 主體石方開挖爆破參數說明

3.3.1.1 臺階高度H的確定

臺階高度H是深孔爆破的最重要參數之一，它直接影響鉆孔、爆破挖運作業系統，因此應綜合考慮工地的地形地質條件，鉆孔機械的配備、挖運能力，工期要求、工程成本等因素進行確定，原則上越深越好，一般取10～15m。

3.3.1.2 超鉆深度h的選擇

超鉆作用是為了克服底盤巖石的夾制作用，使爆破后不殘留根坎，開挖后形成平整的底部平面，一般取h=（8～12）D或h=（0.05～0.25）H。

3.3.1.3 孔距a和排距b的選擇

合理的孔排距可以增加鉆孔延米爆破方量，改善爆破效果，降低大塊率。一般設計孔距大于排距，即a=（1～1.56）b。根據本工地采用鉆孔直徑D=105mm和D=38～42mm類似爆破工程經驗，控制爆破區取a=3.5m，b=3.0m。

3.3.1.4 堵塞長度L2的確定

合理的堵塞長度和良好的堵塞質量，是改善爆破效果、防止飛石確保安全的重要手段，一般按：L2≥0.75W1或L2=（20～40）D。為了確保本工地爆破安全，本工地取L2≥0.75W1=2.5～3.0m。

3.3.1.5 單位用藥量q的選擇

本標段主要采用2號巖石硝銨炸藥，單位用藥量q值也是深孔爆破的重要參數，用藥量太小，雖然安全，但是易產生根坎和大塊，造成后繼施工困難；用藥量太大，易產生飛石，出現安全事故。根據以往經驗，對于強風化巖石采用減弱松動爆破，用低單位藥量方案，采用單耗0.3～0.35kg/m3；對于弱風化和微風化巖石采用單耗0.4～0.45kg/m3；對于新鮮巖石采用單耗0.5～0.6kg/m3。

3.3.1.6 炮孔裝藥量計算

單排孔和多排孔第一排孔單孔藥量計算：

Q=qaW1H

后排孔同時爆破時單孔藥量計算：

Q=qabH，

根據上述爆破參數選擇方法，本爆破區初選出的爆破參數見表1，表中的爆破參數要在爆破實踐中不斷加以優化，使爆破效果達到最優。

3.3.2 預裂或光面爆破參數說明

表1 控制爆破初選爆破參數表

預裂或光面爆破參數首先使用經驗公式或工程類比法確定初值，再結合生產性試驗加以調整。

3.3.2.1 預裂或光面爆破孔徑的確定

開挖邊線處邊坡治理爆破層厚度<1.0m的采用小孔徑（直徑為38～42mm）光面爆破施工，厚度超過1.0m的采用大孔徑（直徑為105mm）光面爆破；預裂爆破均采用大孔徑（直徑為105mm）施工。

3.3.2.2 預裂或光面爆破孔距的確定

合理的孔距是預裂（光面）爆破成敗關鍵，預裂爆破的孔距一般按公式a=（7～10）D選取，本工地取a=0.7m；光面爆破的孔距一般按公式a=（8～12）D選取，本工地大孔徑光面爆破孔距取a=0.7m，小孔徑光面爆破孔距取a=0.4m。在爆破試驗和爆破施工中不斷優化此參數，以保證最佳爆破效果。

4.控制爆破安全技術及措施

由于本標段爆破區沿溢洪道方向長500m左右,爆破區域廣、爆破施工干擾較大，爆破施工區附近爆破環境較復雜，為了確保周圍建筑和人身安全，把爆破振動、飛石、沖擊波、噪音的影響減少到最小范圍，必須作好安全設計，建立可靠的安全措施。

4.1 減振措施

采用微差爆破，嚴格控制單段最大起爆藥量，控制起爆順序和起爆間隔時間。采用預裂爆破割斷振動傳播。為了減少預裂爆破地震效應，預裂爆破孔應進行接力起爆，按10孔聯網起爆。

4.2 爆破飛石的控制

爆破飛石的距離根據《爆破安全規程》要求淺孔≤200m,深孔不超過300m。如果炸藥量過大，個別孔抵抗線偏小，堵塞長度偏小，堵塞質量較差，以及受地質構造（巖隙或軟弱夾層）影響，易產生飛石。

4.3 空氣沖擊波和噪聲的控制

控制一次爆破規模，合理選擇單耗，避免總裝藥量過大和炸藥單耗偏大產生沖擊波。加強炮孔堵塞質量，炮孔不應過淺。

5.結語

對于南灣水庫除險加固二期工程來說，爆破施工既有石方爆破，又有混凝土爆破，所以需要選擇最合適的施工爆破方案，然后經過試驗與實踐，找出最優的爆破參數，這樣既可節約施工成本，又可加快施工進度。同時，在施工過程中，也需要時刻警惕安全問題，嚴格按照制定的安全措施執行，只有保證了安全，才是一切工作順利進行下去的前提。

[1]張應力.工程爆破實用技術[M].北京：冶金工業出版社，2005.