水下巖塞爆破在某引水工程中的應(yīng)用

【摘要】針對(duì)某市引水工程中豎井式分層取水塔下部取水口巖塞爆破施工，介紹了巖塞設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過(guò)巖塞體地質(zhì)條件分析、具體的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇等方面詳細(xì)介紹了引水工程中水下巖塞爆破的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】巖塞爆破；地質(zhì)條件；巖塞體設(shè)計(jì)

1 、工程概況

某市引水工程是該市政府為解決臺(tái)州市水資源短缺、供需矛盾，實(shí)現(xiàn)該市整體發(fā)展部署要求的重點(diǎn)工程。工程包括取水工程、原水輸水工程、凈水廠工程、清水輸配水工程、南北應(yīng)急互備工程等。隧洞取水口位于水庫(kù)北側(cè)，溢洪道北部山體，采用豎井式分層取水塔方式，分上下兩層，取水口高程按“確保水量、兼顧水質(zhì)，盡可能多取優(yōu)質(zhì)水”的原則確定上層取水口底高程為23.00m，采用在預(yù)留巖體后期控制爆破方案，下層取水口底高程為13.00m，采用水下巖塞爆破。水下巖塞爆破特點(diǎn)是在施工時(shí)在進(jìn)水口處預(yù)留一定厚度的巖石（即巖塞），待工程其它部位施工完成后，再將預(yù)留巖塞體一次爆除。因無(wú)須修筑施工圍堰，工程施工期不受季節(jié)影響，優(yōu)越性明顯，但是對(duì)巖塞體所處地形、地質(zhì)及巖塞體設(shè)計(jì)及爆破要求較高。

2、 巖塞設(shè)計(jì)要點(diǎn)

進(jìn)行水下巖塞體設(shè)計(jì)時(shí)須充分掌握水下巖塞爆破影響范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)資料，要有足夠進(jìn)度的水下地形圖及與進(jìn)水口洞軸線平行和正交的縱橫斷面圖。巖塞位置應(yīng)盡量選擇在20°～45°山坡處。當(dāng)基巖地形坡度變化很大時(shí)，應(yīng)選擇在完整的山坡處。巖塞應(yīng)盡量選擇在巖體完整、巖性單一、覆蓋層薄、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、順坡節(jié)理不發(fā)育和透水性較小的地質(zhì)條件處。

3、下層取水口巖塞設(shè)計(jì)

3.1地質(zhì)條件

取水口所在山坡為凸岸，高程50m以下山坡坡度約為50°，高程50m以上山坡坡度約為24°，屬白堊系下統(tǒng)朝川組（K1c）紫紅色塊狀砂礫巖、砂巖、流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等；取水口高程40.0m～27.0m，基巖裸露；高程40.0m以上山坡覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘破堆積層（el-dlQ4）含碎石粉質(zhì)粘土，厚3.0m；高程27.0m以下分布近代堆積層，以淤泥為主，最大厚度約1.60m。基巖為白堊系下統(tǒng)朝川組（K1c）紫紅色塊狀流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r，新鮮巖石致密堅(jiān)硬。水庫(kù)回水線附近基巖受重力和水位升落的影響，表層巖石較破裂。巖石全風(fēng)化帶厚度達(dá)1.0m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚約0.4m～1.4m，弱風(fēng)化帶厚約3.9m～11.3m。

3.2巖塞體設(shè)計(jì)

3.2.1巖塞底部斷面積計(jì)算

式中： —巖塞底部斷面積，m2；—隧洞設(shè)計(jì)最大流量，m3/s； —閘前段流速，m/s；或巖塞段圍巖的抗沖刷流速，兩者取小值計(jì)算。—斷面擴(kuò)大系數(shù)，一般（小斷面巖塞取大值，大斷面巖塞取小值）。

根據(jù)臺(tái)州引水隧洞設(shè)計(jì)最大流量等計(jì)算結(jié)果見表1。

3.2.2巖塞厚度計(jì)算

通常巖塞厚度與巖塞底部直徑之比為1：1～1：1.5，巖塞體厚度取為5m。

3.3巖渣處理方式選擇

巖塞爆破后對(duì)爆后巖渣處理主要有集渣和泄渣兩種方式。兩種處理方式優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件見表2。

3.4集渣坑容積設(shè)計(jì)

式中

—集渣坑容積，指集渣坑下游邊與洞身底部交點(diǎn)高程以下的體積，m3；

—巖塞爆破設(shè)計(jì)爆出的石方體積與預(yù)計(jì)坍塌石方體積之和（不含覆蓋層體積），m3；

—石渣松散系數(shù)，一般取1.5～1.7；

—渣坑容積利用系數(shù)，一般取0.65～0.8。

本次設(shè)計(jì)取K1=1.7、K2=0.65，經(jīng)計(jì)算求得集渣坑容積：。

4、巖塞爆破設(shè)計(jì)

巖塞爆破有洞室爆破、排孔爆破及洞室排孔組合爆破三種方式。洞室爆破是在開挖洞室用集中藥包將巖塞爆通成型，適用于巖塞直徑大于6m的大中型斷面，適應(yīng)力強(qiáng)、炸藥用量小但藥室及導(dǎo)洞開挖量和堵塞量大、施工條件差。排孔爆破采用潛孔鉆機(jī)在巖塞底部鉆孔，利用中心多孔作為集中藥包揭頂掏槽，適用于巖塞直徑小于6m的中、小型巖塞斷面，無(wú)須開挖藥室、施工簡(jiǎn)單、速度快但對(duì)地形地質(zhì)要求高，用藥量較大。洞室排孔組合爆破是在巖塞中部用一個(gè)集中藥包把巖塞爆通，然后排孔爆破擴(kuò)大成型，適用于巖塞直徑4～8m的中小型巖塞斷面，藥室及網(wǎng)路布置較簡(jiǎn)單，對(duì)地形地質(zhì)有一定的適應(yīng)性，但施工需兩套鉆孔設(shè)備。

綜合比較三種爆破方式的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合工程實(shí)際情況以及參考同類工程巖塞爆破工程試驗(yàn)，改引水工程巖塞爆破擬采用排孔爆破掏槽，周邊孔擴(kuò)大成型，排孔布孔，采用帶中心空孔的柱形掏槽，然后根據(jù)要求的爆巖塊度每隔50～100cm布置一圈爆破孔，孔數(shù)分布按裝藥結(jié)構(gòu)依次遞增，排孔布置力求均勻，并根據(jù)巖塞形狀適當(dāng)加密或減稀。

5、結(jié)論

（1）認(rèn)真調(diào)查研究巖塞體所在的地形地質(zhì)情況，盡可能的充分掌握水下巖塞爆破影響范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)資料。

（2）巖塞體底部斷面面積、厚度計(jì)算須精確、巖渣處理方式的選取須結(jié)合工程實(shí)際盡量合理選擇。

（3）水下巖塞爆破須保證一次爆破成功，故巖塞爆破方案選取須慎重，必須具有較好的水力學(xué)條件且能保證爆破后洞臉及時(shí)支護(hù)、滿足水工隧洞長(zhǎng)期正常運(yùn)行要求。

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