河口村水庫石方明挖爆破工藝設計及安全驗算

□申 志 □孫魯予 □趙文博

（1河南省河川工程監理有限公司；2河南省河口村水庫工程建設管理局）

河口村水庫石方明挖爆破工藝設計及安全驗算

□申 志1□孫魯予1□趙文博2

（1河南省河川工程監理有限公司；2河南省河口村水庫工程建設管理局）

石方明挖采取的爆破工藝是一項成熟的石方開挖技術，但在不同的工程施工中，應根據不同的巖性強度、巖層分布及風化情況等地質條件，根據不同的山勢、地形及不同的設計開挖線的要求，制定適合的爆破工藝設計，并對其進行安全驗算，滿足開挖的經濟性、可實施性及安全性等要求。文章簡要介紹了河口村水庫大電站廠房邊坡爆破開挖施工的爆破設計及安全驗算，重點闡述了爆破參數的確定及安全驗算對周邊環境的影響，從而體現出在石方爆破開挖中爆破工藝設計及安全驗算的重要性。

石方開挖；爆破工藝設計；安全驗算

1 工程概況及地質條件

工程共設有2個地面式明廠房，邊坡開挖高程分別為EL179.80 m和EL215.67 m，均坐落在基巖層上面。廠房區地層巖性上層為坡積碎石土及階級堆積的砂卵石層為主的坡積物，下部基巖為太古界登封群（Ard）變質巖系，巖性為花崗片麻巖、花崗巖等。根據前期勘察資料揭露，廠房區覆蓋層厚度在8.00～26.30 m，基巖面出露高程195.47～173.68 m，基巖面整體東高西低，向河床傾斜。

2 爆破工藝設計

2.1 爆破施工方法及主要程序

施工程序：場地清理、施工測量、邊坡清理、設備及材料的準備、鉆孔、裝藥、爆破（殘破處理）、爆碴清理。廠房邊坡開挖選用深孔預裂爆破法，首先人工清除表面覆土及強風化巖石至基巖。爆破開挖采取自上而下，分梯段爆破，逐層剝離的施工方法。基巖明挖自上而下分層進行，爆碴由挖掘機清理，棄至指定渣場。各工作隊、工作面盡量流水作業，充分發揮機械化施工速度快、效率高的優勢。爆碴采用PC220反鏟進行清理出新的鉆孔平臺，開挖面爆碴由挖掘機裝車運至業主指定渣場。

2.2 爆破材料

炸藥：2#巖石乳化炸藥；雷管：工業非電雷管（毫秒1-9段）；起爆材料：瞬發電雷管、連接線、導爆索。

2.3 爆破設計

2.3.1 基巖開挖爆破設計

基巖爆破開挖主要采用梯段預裂爆破的爆破方法，梯段高度5～10 m，開挖坡度1：0.30，KSZ-100型支架式潛孔鉆鉆孔，孔徑90 mm，每次爆破開挖寬度約20 m（或危巖體橫剖面寬度）；石方邊坡上層狹窄不能形成鉆孔施工平臺，采用YT—28手風鉆人工鑿孔梯段淺孔松動爆破，梯段高度1.50～2 m，YT—28手風鉆鉆孔，孔徑42 mm。每次爆破開挖長度控制在20 m左右，臨近設計高程時預留保護層。

2.3.2 梯段深孔預裂爆破參數確定

根據現場踏勘巖體地質情況，本次爆破參數的設計根據巖體地質情況并參照在廠區孤石與11#公路明挖工程經驗，保證巖體成功爆破的情況下降低炸藥單耗。為此，廠房邊坡石方爆破分三階段進行。第一階段，先進行一次爆破試驗，根據試驗情況調整爆破參數；第二階段，深孔梯段爆破；第三階段，處理可能因爆破不徹底產生的二次解爆，按照孤石解爆法處理。

2.3.2.1 第一階段：試驗確定爆破參數

爆破試驗為下一步的深孔梯段爆破作技術準備。爆破梯段高度5 m，KSZ-100型支架式潛孔鉆鉆孔，孔徑90 mm，每次爆破開挖寬度20 m。

主爆孔爆破參數確定見表1。

預裂孔爆破參數確定：

炮孔間距a＝（0.70～1.20）D＝0.90×0.09＝0.81m；不偶合系數Dd＝D/d＝90/32＝2.81，其中D為鉆孔直徑、d為藥卷直徑。線裝藥密度Qx＝200 g/m；孔底裝藥增加值（3～5）Qx＝4×200＝800 g/m；主爆區最后一排孔與預裂孔的間距＝（0.75～0.90）a/2=0.87×2.86/2＝1.24 m。

表1 主爆孔爆破參數計算表

2.3.2.2 第二階段：確定梯段深孔預裂爆破參數

對爆破試驗取得的爆破參數進行適當的調整，梯段開挖高度為10 m，QZJ-100B支架式潛孔鉆鉆孔，孔徑90 mm，每次爆破開挖寬度20 m。第一，主爆孔爆破參數確定。

根據表1（主爆孔爆破參數計算表）計算，確定第二階段、梯段深孔預裂爆破參數如下：梯段高度H=10 m，孔深L= 11.25 m，孔距a=2.85 m，Qd=8.10 kg，柱狀裝藥量Q2=21.98 kg，每孔裝藥量Q2=30.08 kg，單位耗藥量q=0.36 kg/m3。第二，預裂孔爆破參數確定。炮孔間距a＝（0.70～1.20）D＝0.90× 0.09＝0.81 m，D為鉆孔直徑。不偶合系數Dd＝D/d＝90/32＝2.81；線裝藥密度Qx＝200 g/m；孔底裝藥增加值（3～5）Qx＝4×200＝800 g/m。主爆區最后一排孔與預裂孔的間距＝0.87×2.85/2＝1.24 m。第三，布孔及裝藥結構。

為了減少爆破飛石的損壞，爆破采用從一端或兩端縱向分梯段開挖和爆破。為充分利用炸藥爆能作功，提高爆破效果和減少大塊率，所有深孔爆破炮孔布置均采用小排距、大孔距、梅花形布孔方案。另外采用沙袋、土袋、鉛絲網等措施覆蓋爆破區。孔位布孔見圖1。

圖1 開挖斷面爆破孔布置示意圖

為提高爆破效果，主爆孔傾角a適當調整，以減少底板抵抗線W1，主爆孔均采用塑料導爆管系統實施逐排微差爆破。每次爆破炮孔排數較多（＞5排）時采用孔外延時相結合，實施逐排等間隔微差起爆；每次爆破排數較少時（＜5排），采用孔內延時微差爆破。在施工進行的過程中，先取20 m開挖段為爆破試驗，通過爆破的實際效果，對爆破方案和爆破參數進行適當調整，以達到最優效果。

3 安全驗算

工程大電站邊坡開挖距離引沁電站約250 m，為了驗算爆破對該電站的影響程度，需進行空氣沖擊波超壓值計算與爆破振運安全允許距離等方面的安全驗算。

爆破采用的是深孔梯段爆破，毫秒延時爆破。鉆孔深度為12 m，總裝藥量約6 t，共分為6個段位，單段最大裝藥量為1 t。

3.1 空氣沖擊波超壓值計算

通過計算得出空氣沖擊波超壓值，并根據建筑物的破壞程度與超壓關系進行對比分析，確定破壞程度。

式中：△P—空氣沖擊波超壓值，單位Pa；K,a—經驗系數和指數，一般梯段爆破K=1.48，a=1.60；Q—一次爆破的梯恩梯炸藥當量，單位kg，巖石型乳化炸藥梯恩梯當量為0.71；R—藥包至危害對象的距離，取250 m。

按所得空氣沖擊波超壓值，根據建筑物的破壞程度與超壓關系表進行分析，屬于基本無破壞。

3.2 爆破震動安全允許距離

根據爆破安全允許距離計算公式，計算安全允許距離，并根據現場作業點與建筑物實際距離對比分析是否滿足安全距離的要求。

式中：R—爆破安全允許距離；V—建筑物安全允許振速，根據國家爆破安全規程的爆破振動安全允許標準水電站及發電廠中心控制室設備安全允許振速為0.50 cm/s，見表2（爆破振動安全允許振速標準表）；Q—炸藥量，單位Kg，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量。

K值、a值根據爆區巖性不同進行選取，標準見表2。

表2 爆破振動安全允許振速標準表

堅硬巖石：K=50～150，a=1.30～1.50

中硬巖石：K=50～150，a=1.30～1.50

軟巖石：K=50～150，a=1.30～1.50

根據地質資料，大電站廠區巖石為花崗巖，硬度較硬，衰減系數K取較小值。同時沁河是個天然的減震溝，河道較寬，深度較大，對爆破的震動衰減作用非常明顯，可以減弱一半以上。因此，震動衰減系數K值取50，衰減指數取1.50。

為減少單段裝藥量，光爆孔分成兩個段位進行爆破，減少了單段最大裝藥量，單段最大裝藥量控制在1 000 kg之內。則引沁水電站中心控制設備爆破安全允許距離R為：

引沁電站距離爆破點250 m，＞218 m，滿足爆破振動安全允許距離的要求。

4 爆破效果

根據爆破設計及爆破驗算實施大電站爆破施工，山體破碎程度基本具備直接開挖條件，光面爆破半孔率達到95%以上，坡面形成情況不錯，而且通過多次爆破，均未對附近建筑物造成破壞。通過對爆破效果的分析，說明以前所做的爆破設計與爆破驗算是合適的、適應的。

5 結語

綜上所述，文章以河口村水庫工程大電站廠房邊坡爆破開挖為例，詳細介紹了爆破工藝設計及爆破驗算的過程，并在工程實施中得到了檢驗，從而說明了石方開挖爆破施工前的爆破設計的重要性，以及爆破驗算的必要性。

編輯：左英勇

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2016-11-12