地下廠房臺階爆破施工探討

謝續(xù)文，孫向陽

(湖南中人爆破工程有限公司， 湖南 長沙 410005)

1 基本情況

由于有的地下廠房臺階爆破設(shè)計(jì)與實(shí)際施工操作相差較大，爭議較多。本文以最近開挖的巴基斯坦N-J水電站為例，結(jié)合拉西瓦水電站和白蓮河抽水蓄能電站地下廠房的開挖爆破過程，就地下廠房臺階爆破施工進(jìn)行探討。三個(gè)地下廠房基本情況見表1。

表1 三個(gè)地下廠房的基本情況

2 3N-J水電站地下廠房開挖

N-J水電站地下主廠房和主變室開挖設(shè)計(jì)分層和順序如圖1所示：地下廠房分7層開挖，第一層為頂拱層，第七層為底板保護(hù)層，采用手風(fēng)鉆鉆孔爆破開挖；第二～六層分周邊保護(hù)層小孔爆破和中間臺階大孔爆破兩部分，先沿保護(hù)層邊線實(shí)施施工預(yù)裂，后進(jìn)行中間臺階爆破，最后再進(jìn)行周邊小孔爆破，施工預(yù)裂和中間臺階爆破采用阿特拉斯D7液壓鉆鉆孔，最大臺階高度為9 m，周邊保護(hù)層厚度為5～3.75 m，采用手風(fēng)鉆鉆孔(一次分層高度為3 m左右)。

主廠房臺階爆破設(shè)計(jì)如圖2所示，設(shè)計(jì)采用全幅開挖，起爆網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)孔外同時(shí)延期起爆網(wǎng)絡(luò)。臺階下臥掏槽采用一步變角度掏槽，如圖3所示。

3 爆破開挖的主要問題

3.1 全幅開挖

設(shè)計(jì)中間部分為臺階爆破，采用全幅開挖。由于地下廠房相對于每一分層來說，一般只有一個(gè)出入通道，如果采用全幅開挖，鉆孔、裝藥放炮和出渣互相干擾，作業(yè)不連貫，效率低。現(xiàn)場操作改為半幅開挖，如圖4所示，出渣通道占半幅，鉆孔、裝藥通道占半幅，出渣與鉆孔裝藥平行作業(yè)，大大地提高了工效。所以全幅開挖只有主變室寬度較窄才采用。拉西瓦和白蓮河的地下主廠房均采用半幅開挖。

3.2 施工預(yù)裂

為了減輕主炮孔爆破對高邊墻的振動(dòng)影響，地下廠房開挖設(shè)計(jì)多數(shù)的做法是：沿預(yù)留保護(hù)層邊線先進(jìn)行施工預(yù)裂，然后再進(jìn)行抽槽爆破。

N-J水電站，地下廠房在第二層開挖時(shí)進(jìn)行了四次總長達(dá)85 m的預(yù)裂試驗(yàn)，基本情況是孔口形成爆破漏斗，漏斗半徑為2～3 m，深度為1.2～1.8 m，嚴(yán)重的拉裂了保護(hù)層，局部地段波及到巖錨梁巖臺，清理掉孔口的浮渣，孔壁并未沿炮孔連心線形成裂隙，見圖5、圖6。從孔口形成嚴(yán)重的爆破漏斗情況來看，應(yīng)當(dāng)減少輕預(yù)裂爆破的裝藥量，而炮口連心線方向未形成裂紋，則應(yīng)當(dāng)增加預(yù)裂爆破的裝藥量，這是一對矛盾。由于施工預(yù)裂試驗(yàn)不成功，不得不改用施工光爆。從后來巖錨梁的開挖情況看，采取施工預(yù)裂試驗(yàn)的地段，巖臺成形較差。

圖1 開挖分層

圖2 臺階爆破布孔參數(shù)和起爆網(wǎng)絡(luò)

圖3 一步變角度掏槽

白蓮河抽水蓄能電站，在主變室進(jìn)行了一次預(yù)裂試驗(yàn)，沒有形成預(yù)裂縫，便放棄了施工預(yù)裂，改采用施工光爆。

拉西瓦水電站，在整個(gè)廠房第二層開挖過程中，都在進(jìn)行預(yù)裂試驗(yàn)，試驗(yàn)了多種孔距、填塞長度、裝藥量，除了在一段軟巖中，形成了一條預(yù)裂隙，絕大多數(shù)無預(yù)裂效果。同時(shí)對預(yù)裂爆破和光面爆破做了巖石松動(dòng)圈聲波試驗(yàn)，預(yù)裂爆破巖石松動(dòng)圈是光面爆破的好幾倍乃至十倍。

圖4 半幅開挖

圖5 孔口爆破漏斗

圖6 孔口連心線未形成裂紋

3.3 臺階高度

N-J水電站，設(shè)計(jì)臺階高度最大為9 m，臺階高度過大，存在以下問題：

單個(gè)炮孔的裝藥量加大，不利于控制單響藥量；液壓鉆作業(yè)高度為6 m左右，臺階高度大，勢必增大墊渣工程量；高邊墻要插錨桿、錨索、掛網(wǎng)支護(hù)作業(yè)的移動(dòng)臺架的合適高度為7 m左右。所以N-J水電站臺階最大高度調(diào)整為7.5 m。后來在開挖到第四層以下，由于廠房變形較大，為了控制單響藥量，主廠房、主變室的開挖高度都控制在4 m以下。

白蓮河電站，由于采用日本古河HCR-12EDS鉆錨桿孔，臺階高度選擇在7 m以下，臺階高度合理，最大單響藥量也控制得小。拉西瓦水電站，最大臺階高度為11 m，單孔裝藥量大，被要求一孔兩響，實(shí)施過程中難度很大。

3.4 保護(hù)層厚度

保護(hù)層開挖是制約開挖進(jìn)度的主要環(huán)節(jié)。

N-J水電站，第二層開挖，預(yù)留了3.75～5 m的保護(hù)層，先進(jìn)行中間抽槽爆破，后進(jìn)行保護(hù)層手風(fēng)鉆鉆孔開挖。

到第三層，嘗試了先進(jìn)行保護(hù)層手風(fēng)鉆鉆孔，保護(hù)層厚度取為2.5 m，布三排手風(fēng)鉆孔，即一排光爆孔、一排緩沖孔、一排主炮孔，與中間臺階大孔一起裝藥起爆，取得了很好的效果，不但手風(fēng)鉆鉆孔施工方便，而且爆破后高邊墻保留光爆孔痕跡。布孔參數(shù)、起爆順序如圖7所示，爆破效果見圖8。由于手風(fēng)鉆鉆孔速度慢，采用上述方法，就可以在廠房下臺階開挖之前，先把保護(hù)層手風(fēng)鉆第一分層鉆孔全部鉆完，并保護(hù)好，與中間臺階大孔一起爆破，這樣極大地加快了開挖速度。

白蓮河電站，保護(hù)層寬厚為2.5 m，中間大孔抽槽爆破后，保護(hù)層保留完整，基本不影響手風(fēng)鉆鉆孔施工，整個(gè)廠房開挖都采用：先進(jìn)行中間臺階大孔爆破，后進(jìn)行手風(fēng)鉆保護(hù)層開挖。

拉西瓦電站，保護(hù)層為4 m，手風(fēng)鉆鉆孔工程量太大，無法跟上中間大孔臺階爆破進(jìn)度，導(dǎo)致了施工方采用D7液壓鉆鉆水平孔開挖保護(hù)層，失去了寬留保護(hù)層的意義。

圖7 布孔參數(shù)和起爆順序

圖8 光面爆破效果

3.5 爆破網(wǎng)絡(luò)

圖2所示的N-J水電站起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，是采用孔內(nèi)孔外同時(shí)延期的起爆網(wǎng)絡(luò)，在拉西瓦電站前期開挖時(shí)使用過，經(jīng)過爆破振動(dòng)測試發(fā)現(xiàn)，由于雷管的延期誤差，有時(shí)會出現(xiàn)重段，即兩孔一響現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)際施工時(shí)未采用該起爆網(wǎng)絡(luò)。

孔外延期單孔單響起爆網(wǎng)絡(luò)，是孔內(nèi)都裝同一高段位雷管，孔外通過串接低段位雷管(MS2或MS3)來實(shí)現(xiàn)延期。使用雷管段位少，不易出錯(cuò)，而且延期段數(shù)不受雷管限制，經(jīng)過無數(shù)次爆破測試，沒有發(fā)現(xiàn)重段現(xiàn)象。三個(gè)電站均使用該網(wǎng)絡(luò)。

3.6 掏槽方式

在下層臺階開始開挖時(shí)，需要掏槽，有兩種方式：一種為一步變角度掏槽(見圖3)，即一步掏到位；另一種為兩步同角度掏槽(見圖9)，先掏一個(gè)斜坡，到下層臺階開挖完畢，破路時(shí)再補(bǔ)炮。拉西瓦電站地下廠房第二分層剛開始下挖時(shí)，采用了一步變角度掏槽，實(shí)施過程中，鉆機(jī)手很難準(zhǔn)確地按設(shè)計(jì)的角度鉆孔，掏槽范圍小，爆破夾制大，達(dá)不到預(yù)期效果。修改設(shè)計(jì)，改用兩步同角度掏槽，鉆孔定位簡單，掏槽距離長，爆破夾制性小，每次都能達(dá)到設(shè)計(jì)效果。白蓮河和N-J電站均采用兩步同角度掏槽方式。

圖9 兩步同角度掏槽

4 結(jié) 論

從三個(gè)地下廠房開挖實(shí)踐和以上分析，可得出如下結(jié)論：

(1) 地下廠房采用半幅開挖，提高了工效；

(2) 采用施工光爆的效果比預(yù)裂爆破好；

(3) 臺階高度宜控制在7.5 m以下；

(4) 保護(hù)層厚度不宜留太厚，且可與中間臺階大孔一起爆破；

(5) 采用孔外延期單孔單響起爆網(wǎng)絡(luò)，避免了重段現(xiàn)象；

(6) 臺階下臥掏槽宜采用兩步同角度掏槽。

參考文獻(xiàn)：

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