蓄能電站上庫事故閘門井爆破施工技術

張 健 楊 帆

（安徽江南爆破工程有限公司 宣城 242300）

1 工程概況

績溪抽水蓄能電站上庫進/出水口位于上庫赤石坑溝右岸（環庫公路內側），采用岸邊側向豎井式，三個進/出水口體型相同，呈長方形布置，1#、2#、3#中心線間距均為22.5m，中心線方位角為N39°W。閘門孔口設計尺寸為6.35m×8.3m，平臺高程為965.90m，井身高51m（高程965.9～914.9m），斷面為不規則方形。上游事故閘門井為中厚～厚層粉砂巖，局部為次塊狀（似）斑狀花崗巖，巖體完整性差～較破碎，圍巖類別以Ⅲ類為主，局部為Ⅳ～Ⅴ類，井壁圍巖穩定性差。開挖時應采用系統噴錨支護處理，f25順層擠壓破碎帶采用環向鋼拱肋支護，最終采用鋼筋混凝土襯砌。

2 施工方案和爆破參數

2.1 施工總體方案

上庫事閘門井單個井深51m（高程965.9～914.9），3條豎井共153m。結合下庫閘門井開挖施工經驗，采用“正井法”開挖，首先開始1#閘門井開挖，待2#、3#井具備施工條件后1～3#閘門井同步開挖。

開挖自上而下采用YT-28手風鉆鉆孔，周邊光面爆破、支護跟進施工。采用75t汽車吊吊運PC60反鏟至井內開挖面，PC60反鏟裝渣至自制的4m3裝料斗（待開挖到一定深度時，再人工配合反鏟將渣料裝入4m3渣斗內），75t汽車吊提升裝料斗出渣到閘門井井口平臺臨時堆渣區卸料或直接裝25t自卸汽車將渣料運至上庫大壩填筑作業面或指定堆存點。

2.2 爆破參數設計

根據施工條件、設備和人員配置等情況，事故閘門井開挖采用全斷面法爆破施工。爆破開挖施工采用中間楔形掏槽孔加主爆孔，周邊井壁采用光面爆破的方式進行爆破。周邊光爆孔采用φ32mm×200g×200mm的二號巖石乳化炸藥，線狀間隔不耦合裝藥弱爆破，導爆索起爆；掏槽孔及主爆孔采用φ32mm×200g×200mm的二號巖石乳化炸藥，連續裝藥，毫秒延期導爆管雷管孔內分段延期起爆。為控制單響藥量、保證輪廓完整、工程進度，當次掘進進尺設計為2m。

2.2.1 周邊孔參數設計

對于不耦合裝藥條件，在C-J爆轟條件下，炸藥的平均爆轟壓力為：

式中：Pi為炸藥爆轟平均初始壓力；ρe為炸藥密度；D為炸藥爆轟速度；γ為炸藥的等熵指數，與炸藥密度有關，當ρe＜1.2g/cm3時，γ取2.1；當ρe＞1.2g/cm3時，γ 取 3；Re為裝藥半徑；Ri為炮孔半徑。這里炸藥密度為1.20g/cm3，爆速為 4000m/s。[1]

當我們選擇 0.7×UCS≤Pb≤1.5×UCS（UCS 為巖石抗拉強度）時，就能保證炮孔周邊巖石破裂。當然以上我們只是粗步估算炮孔內壓力，這個結果沒有考慮堵塞體積影響、裂紋擴展的體積變化，但是可以確定孔內壓力的一個平均值。

徑向裂隙即周邊孔周邊巖石內應力分布情況，假設該周邊孔周邊巖石介質無限均勻，即r0相對于ri無限大，且無外部壓力即P0=0，僅有內部爆炸產物作用內壁。

忽略徑向應力σt和剪切應力τRT，我們可以近似計算出切向應力得：

rb是炮孔直徑，pb是炮孔內壓力，r是被計算點的距炮孔中心距離，代入式（2），并在rb至S范圍內切向應力總和可以計算得：

為了使兩孔之間產生裂縫，切向應力必須大于巖石的抗拉強度乘以該處的面積σR=UTS（S-2rb），兩者相等時，則剛好產生裂隙。

因此能破壞最大距離：

事故閘門井圍巖抗拉強度62.5MPa，設計孔深為2.5m，孔徑為42mm，那么Pb取值在43.8～93.8MPa之間，由于采用弱爆破保證圍巖穩定，故取Pb為50MPa，代入公式S得55～68cm。并計算得he得60cm，相當于規格φ32mm×200g×200mm規格的巖石二號乳化炸藥600g。為保證周邊輪廓平整，我們縮減周邊孔孔距為50cm、裝藥量為500g，根據斷面大小可布周邊孔55個。

2.2.2 掏槽及主爆孔參數設計

豎井掏槽爆破如果拋渣效果不好會導致炮渣堵塞槽體，不能為后續爆破提供足夠的自由面，選擇拋渣距離遠的楔形掏槽爆破，在斷面中間位置共布置8個掏槽孔，孔深略深于周邊孔，取2.65m。單耗根據修正的普式公式計算：

式中：k為炸藥爆力的修正系數，k=525/v，v是炸藥爆力，取值280ml。[2～5]

計算單耗值為0.73kg/m3、總裝藥量Q為91.5kg，掏槽孔裝藥系數為周邊孔的2～4倍，選取規格φ32×200g×200mm規格乳化炸藥2.0kg，裝藥高度2.0m，堵塞0.6～0.8m。主爆孔總藥量為48kg，均勻圍繞掏槽孔布孔，共布置2排，排距90cm，環向間距87～100cm；周邊孔間距50cm。為了施工方便，調整內圈主爆孔裝7支φ32mm乳化炸藥，外圈裝6支φ32mm乳化炸藥，具體參數見表1。掏槽孔、主爆破及周邊孔裝藥結構如圖1～3所示。

表1 爆破參數表

3 爆破結果

按表1的參數在2#事故閘門井進行了現場爆破試驗，15個循環，總進尺36m，該設計下爆破效果明顯提高，循環進尺由1#事故閘門井平均2.2m提高到2.3～2.5m，且光爆效果明顯，未發生圍巖坍塌。

圖1 閘門井爆破炮孔布置示意圖

圖2 主爆孔及掏槽孔裝藥結構示意圖

圖3 周邊孔裝藥結構示意圖

4 結論

由于該豎井圍巖條件差，爆破振動過大會發生坍塌，所以對一次爆破藥量和周邊光爆要求十分高，通過現場試驗得到主要結論：

（1）對于結構較差、抗拉強度較大的Ⅲ類圍巖，采用加強掏槽、主爆加周邊光爆孔弱爆能提高周邊輪廓平整，減少圍巖坍塌情況。該方案能指導類似工程施工。

（2）基于C-J爆轟條件下計算采用不耦合裝藥炮孔內炸藥爆轟壓力，并結合圍巖內應力分布情況，能設計合理的光面爆破參數，再根據現場條件適當調整參數，能取得良好的光爆效果。本地質條件下的參數選取：周邊孔孔深2.5m，孔距450～500mm，裝藥藥量500g；掏槽孔深2.65m，孔距90～110mm，裝藥量2.0kg，2#事故閘門井最大一次單響藥量為30kg。