預(yù)裂爆破技術(shù)在龜峰水庫石方開挖中的應(yīng)用

王登偉

預(yù)裂爆破技術(shù)在龜峰水庫石方開挖中的應(yīng)用

王登偉

（江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西 南昌 330000）

爆破工作是一項(xiàng)技術(shù)含量很高的工作，筆者從預(yù)裂爆破的工作原理出發(fā)，探討了預(yù)裂爆破施工的關(guān)鍵技術(shù)及存在問題，結(jié)合工程實(shí)際重點(diǎn)討論了預(yù)裂爆破的定義、特點(diǎn)及技術(shù)應(yīng)用等方面，以期對(duì)類似工程提供指導(dǎo)借鑒。

預(yù)裂爆破技術(shù)；水庫；石方開挖；應(yīng)用

預(yù)裂爆破技術(shù)就是在進(jìn)行預(yù)裂爆破的過程中，事先要設(shè)計(jì)好輪廓線，沿著輪廓線鉆一排固定孔距的平行炮孔（預(yù)裂孔）并采用不耦合裝藥法裝藥，進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)先起爆上述預(yù)裂孔，便會(huì)形成一條預(yù)裂縫，之后再進(jìn)行主爆破炮孔的起爆。預(yù)裂縫可以大大減小主爆破炮孔爆破時(shí)產(chǎn)生的地震效應(yīng)的沖擊與影響，也有助于增加其余區(qū)域壁面的穩(wěn)定性。該技術(shù)由我國葛洲壩集團(tuán)公司探索研究和試驗(yàn)后日益廣泛地被應(yīng)用于露天礦邊坡、水利工程、地下開挖工程等的施工中。

1 工程概況

龜峰水庫地理位置在江西弋陽縣，離弋陽縣城約15km，其所在水系為清水河。龜峰水庫作為一座小（Ⅰ）型水庫，具有防洪與養(yǎng)殖的綜合經(jīng)濟(jì)效益。龜峰湖水庫1#大壩壩址控制集水面積0.68km2，主河道長1.08km，河道加權(quán)平均坡降39‰；清水湖大壩壩址控制集水面積2.15km2，主河道長2.85km，河道加權(quán)平均坡降31‰；兩壩址控制集水面積合計(jì)為2.83km2。

2 預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用

石方開挖過程中利用潛孔爆破技術(shù)，并按照預(yù)裂爆破方式進(jìn)行邊線開挖，在開挖布孔時(shí)應(yīng)進(jìn)行孔洞的多排設(shè)計(jì)，通過手柄式風(fēng)鉆鑿孔，根據(jù)工程地質(zhì)情況，應(yīng)選用二類桉梯炸藥與毫米微差n檔導(dǎo)爆管的設(shè)備組合，經(jīng)由引爆導(dǎo)火索的方式起爆。在預(yù)裂爆破全過程中，為保證施工質(zhì)量，必須在鉆進(jìn)儀器和開挖方式方面加強(qiáng)比選，選擇貼合工程實(shí)際的最佳爆破材料，并按正確方式引爆。

2.1 爆破試驗(yàn)

為保證施工質(zhì)量并符合施工進(jìn)度和強(qiáng)度等方面的規(guī)定，降低出險(xiǎn)的概率，必須在正式施工之前進(jìn)行爆破試驗(yàn)，按照《水利水電工程基礎(chǔ)開挖技術(shù)要求》的相關(guān)規(guī)定，爆破試驗(yàn)必須在工程相同地質(zhì)條件、巖石巖性情況下進(jìn)行。

2.2 爆破方法的選擇

采用手持式風(fēng)鉆進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，先在潛孔部位進(jìn)行爆破試驗(yàn)，并通過預(yù)裂爆破技術(shù)加強(qiáng)對(duì)邊線的控制，結(jié)合工程實(shí)際，本工程適宜采用階梯式布孔開挖方式，可以最大程度增加臨空面積。

2.2.1 布設(shè)炮孔

為避免沖天炮及其他不安全現(xiàn)象的出現(xiàn)，必須將炮孔方向與抵抗線方向分開設(shè)置，并充分借助工程區(qū)的地質(zhì)地形情況，通過增大臨空面積的方式削弱爆破阻力，使炮孔與開挖爆破基面盡可能保持垂直，且不應(yīng)將炮孔布設(shè)在出現(xiàn)裂縫的基面。

2.2.2 布設(shè)參數(shù)的確定

與工程區(qū)地形地質(zhì)情況相匹配，炮孔開挖深度宜為1.5～2.85m，布設(shè)臺(tái)階高度應(yīng)保持在2m+10%范圍內(nèi)，抵抗線的長度一般情況下均為1.75m，炮孔之間保持1.5m的固定間距，而排與排之間的間距為2.0m最佳。

2.2.3 控制邊線的做法

按照預(yù)裂爆破方法原則進(jìn)行邊線開挖與指導(dǎo)控制，只有正確設(shè)置準(zhǔn)確的預(yù)裂爆破參數(shù)值才能達(dá)到最佳的工程施工效果，預(yù)裂爆破相關(guān)參數(shù)指標(biāo)很多，包括裝藥量、孔距、地形地質(zhì)、炸藥類型、藥包設(shè)計(jì)、操作人員熟練程度等方面，且這些因素之間也可能互相作用、互相影響，為得到最佳的實(shí)驗(yàn)效果，必須密切結(jié)合工程情況選定參數(shù)的具體取值。

2.3 預(yù)裂爆破技術(shù)參數(shù)

2.3.1 不耦合系數(shù)的確定

結(jié)合巖石抗壓強(qiáng)度與不耦合系數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表1，對(duì)本工程項(xiàng)目邊坡預(yù)裂爆破選定的不偶合系數(shù)為2.0～4.0為宜。（根據(jù)炸藥特性及爆破介質(zhì)特性情況，可以找到預(yù)裂爆破所允許的不耦合系數(shù)最小值，當(dāng)不耦合系數(shù)取值≥其允許的最小值時(shí)，炮孔不會(huì)被壓碎。）

表1 不同巖石抗壓強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的不耦合系數(shù)值

2.3.2 孔距a及孔深H

在預(yù)裂爆破中由于應(yīng)力波和爆生氣體兩者的共同作用會(huì)在兩個(gè)炮孔之見形成裂縫，炮孔間距可按下式計(jì)算：

孔距按7～12倍孔徑計(jì)算。孔深 H取2m。考慮鉆孔超深的要求，取鉆孔孔深H=2.5m。

2.3.3 線裝藥密度

（1）理論公式計(jì)算法

線裝藥密度的計(jì)算可按理論計(jì)算法進(jìn)行，通過爆破試驗(yàn)，選擇最佳的線裝藥密度。

式中， n—壓力增長系數(shù)，n=2+6P/（P+7）；P—沖擊波壓力，MPa；P=25QΔ/δ，δ—炸藥本身密度，g/ml3；σ粒—巖石極限抗拉強(qiáng)度；u—泊松比，取u=0.22；D—炮孔半徑，cm。

當(dāng)炮孔內(nèi)裝藥滿足式（1）時(shí)，炮孔間距按下式計(jì)算：

式中，q1—炮孔線裝藥密度，g/m；σc—巖石抗壓強(qiáng)度，Mpa；a—炮孔間距，m；D—炮孔直徑，m；K、α、β、γ—與巖石極限抗壓強(qiáng)度有關(guān)的系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，線裝藥密度q1取240～280g/m。這種方法形式簡單、計(jì)算方便，但是根據(jù)該公式計(jì)算得到的線裝藥密度取值只是理論參考值，必須結(jié)合水庫工程實(shí)際及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終確定符合工程實(shí)際的線裝藥密度取值。

（2）經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法

采用理論公式法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有一些數(shù)據(jù)無法確定或是無法精確確定，自從預(yù)裂爆破技術(shù)在國內(nèi)相關(guān)工程應(yīng)用一來，經(jīng)過多年的實(shí)踐人們逐漸總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，詳見表2，而這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在運(yùn)用時(shí)，也必須結(jié)合工程實(shí)際并經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，才能使其符合具體工程。

表2 預(yù)裂爆破參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.3.4 裝藥方式的選擇

裝藥方式也是直接影響工程預(yù)裂爆破效果的關(guān)鍵性參數(shù)之一，就本水庫工程而言，可以考慮選擇縱向串聯(lián)間隔式裝藥方式類型，這種裝藥模式下爆破漏斗發(fā)生的可能性較小，且可以對(duì)孔底實(shí)施夾制，使爆破效果符合設(shè)計(jì)深度的前提下還能縱向貫穿于整個(gè)孔洞，大大提升預(yù)裂爆破的效果。

2.4 實(shí)際應(yīng)用效果

預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用后可以在炸藥爆炸振動(dòng)層面迅速產(chǎn)生高溫和高壓并沖擊到地層巖體，從而有助于徹底釋放土層中所儲(chǔ)存的滲流兩，大大增加水庫大壩土石方開挖的滲流穩(wěn)定性。預(yù)裂爆破技術(shù)杜絕了大面積巖體突然塌落所引發(fā)的施工不安全因素，并大大減少壩頂大范圍懸頂漏風(fēng)的情況發(fā)生。本工程所選用預(yù)裂爆破各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)恰當(dāng)，爆破效果較好，工程經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著。

3 結(jié)語

預(yù)裂式爆破技術(shù)越來越廣泛地運(yùn)用于水庫工程項(xiàng)目開挖施工中，該技術(shù)可以有效降低水庫邊坡爆破病害，減少邊坡的整修和竣工后維修成本，預(yù)裂效果好，但是當(dāng)前無論預(yù)裂爆破理論研究還是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐等方面都頗為欠缺。預(yù)裂爆破效果與水庫壩體產(chǎn)狀及裂隙發(fā)育程度關(guān)系密切，如果裂隙發(fā)育較為完善則會(huì)大大干擾相鄰兩炮孔之間的應(yīng)力，使預(yù)裂爆破效果大打折扣，所以在工程項(xiàng)目預(yù)裂爆破中，必須對(duì)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備及施工工序等認(rèn)真分析，合理選擇爆破參數(shù)，才有可能取得較好的預(yù)裂效果。

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1008-1305（2017）05-0126-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.039

2017-03-17

王登偉（1975年—），男，工程師。