爆破技術在地下廠房開挖中的應用研究

雷國強 孟懷秀

【摘要】大力建設水利水電工程是現代化新能源建設的重點項目，由于我國水利資源分布主要集中在西部高山峽谷中，水電工程地下廠房建設顯得愈發重要。目前我國地下廠房的主要開挖方式還是鉆爆法，因此，研究開挖施工爆破技術的應用具有重要意義。本文將基于四川省某引水式水電站地下廠房建設實例，進一步探討爆破技術在水利水電工程地下廠房開挖施工過程中的應用研究。

【關鍵詞】水利水電工程；地下廠房開挖；爆破技術

我國蘊藏的水力資源十分豐富，淡水資源總量居全球第六，水力資源主要分布在西部高山、峽谷區，如雅礱江、烏江等。對于峽谷區水利工程建設，地下廠房建設不僅有利于樞紐建設布置，并且具有縮短工期、經濟高效的優勢。因此，對地下廠房設計、施工技術的研究創新顯得愈發重要。表1為我國部分已建重大水利樞紐工程。

爆破技術是地下硐室開挖施工過程中極其重要的過程，對此國內外專家對爆破技術做出了深入的研究。任元杰深刻探討了爆破技術在隧道鉆進過程中的應用；王俊星研究爆破技術在采礦工程中重要性；馮叔瑜、鄒勤等重點探討了爆破技術在水利工程施工中的應用以及前景展望。

1、工程概況

博瓦水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內，為金沙江左岸一級支流水洛河“一庫十一級”中的第八個梯級電站。本工程采用引水式開發，于水洛河水洛鄉下游河段、左岸群英河河口下游3.06km、河道高程約1982m處建攔河閘壩取水，通過左岸布置引水系統引水至下博瓦溝溝口上游900m、河道高程約1853m處的山體內建地下廠房發電。電站由首部樞紐、引水系統和發電廠房系統組成。首部樞紐最大閘（壩）高27m，正常蓄水位▽2001.00m以下水庫庫容113萬m3，日調節庫容24.1萬m3；左岸有壓引水隧洞長14.188km和壓力管道長211.758m，引用發電流量160.1m3/s，受場地條件以及地質情況限制，廠區樞紐布置為地下廠房。

地下廠房開挖分層以及開挖程序示意圖如圖1所示。廠房由上而下主要分作6層施工，主要施工次序如下：（1）頂拱兩側開挖并及時支護跟進，同時安排豎井開挖支護施工，用以改善地下施工環境、保證通風；（2）第一層開挖結束后，第2層需要進行預裂爆破施工；爆破結束后，進行支護工作，支護過程注意圍巖松動，保證施工人員安全；（3）巖壁吊車梁施工；（4）當巖壁吊車梁混凝土達到要求強度后，再進行第3～6層分層開挖、預裂爆破與支護工作。

2、地下廠房爆破施工

2.1 爆破技術簡介

隨著我國經濟的快速發展，基礎設施建設進入蓬勃發展期，爆破技術被廣泛應用于大型機場、港口碼頭、水電地下廠房等項目建設中，也隨之得到快速進步。

露天深孔爆破是現代工程爆破技術的主要研究方向，目前已發展了延期爆破、擠壓爆破、光面爆破、預裂爆破等新技術。尤其是光面爆破與預裂爆破技術，在露天塹壕、基坑和地下工程的開挖中，使邊坡形成比較陡峻的表面，使地下開挖的坑道面形成預計的斷面輪廓線，避免超挖或欠挖，并能保持圍巖的穩定。

控制性爆破技術不僅具有控制程度高、經濟效益好等特點，在開挖過程中能保證邊坡的質量和穩定性以及開挖的質量與安全，因此被廣泛應用于大型重點項目建設中，如葛洲壩工程大面積砂巖開挖以及三峽大壩開挖工程中對巖石進行垂直方向預裂。因此，研究控制性爆破技術對國家基礎設施建設與經濟建設具有重要的意義。

2.2爆破荷載確定

爆破荷載峰值是確定控制性爆破作用影響范圍與破壞程度的最重要的參數。在C-J爆轟條件下，炸藥產生的平均初始氣體壓力為：

對于耦合裝藥，則峰值壓力即為Pmax=P；對于非耦合裝藥，爆破產生氣壓在炮孔內膨脹釋放，則應采用一定的折減系數算式：

一般認為，炸藥爆炸產生的沖擊作用一般持續10-6～10-8s之間，爆炸產生的氣體沖擊力持續10-3～10-1s之間。通過LS-DYNA軟件對炸藥材料進行爆炸要素分析，采用流固耦合算法，根據炸藥材料要素以及其狀態方程對爆破過程及結果進行控制。根據工程軟件分析，得出爆破過程中壓力隨時間變化如圖2所示。

對比工程現場監測數據以及爆破產生的影響分析，Pmax=26.5MPa，誤差λ=（26.5-25.3）÷26.5=4.5%<5%，因此可以認為計算結果基本吻合。

2.3 現場爆破安全管理措施

由于技術的快速進步以及現場的嚴格管理，現代爆破技術施工現場的安全性已經大大提高，施工人員的安全基本得到保障。但爆破過程中的仍存在一些危險因素，因此，需要制定一定的現場安全條例進行管理，筆者在此提出幾點建議：

（1）爆破所用的炸藥是高度危險品，因此一定要注意妥善運輸、保存、運用。炸藥材料運輸的過程中尤其是在山路上，車速一定不能過快（20km/h以下最宜）；材料的保存處溫度、濕度一定要適宜，以免材料潮濕失效；禁忌明火，嚴禁在庫房附近吸煙。

（2）支護過程中注意邊坡塌方，遇到緊急情況一定要冷靜，及時組織救援工作。

（3）“瞎炮”現象在爆破過程中經常出現，當遇到瞎炮現象時，施工人員一定要注意等待足夠長的時間以確定其完全失效方可上前拆卸。切忌短時間不響即刻上前檢查，以免出現意外。

（4）爆破飛石。采用控制性爆破技術，如光面爆破、預裂爆破等，雖然技術發展已經比較成熟，但仍然會有飛石飛出。因此需要盡量遠離爆破點，避免傷及工作人員；同時，需要對爆破飛石采取防范措施，避免其飛向地面建筑物。

3、 結語

以四川省涼山州引水式水電站地下廠房開挖爆破施工過程為例，基于LS-DYNA軟件與流固耦合算法，深刻研究爆破技術在大型水電站建設地下廠房開挖施工過程中的應用，并基于研究結果，給出幾點針對性建議，以期能夠解決后期爆破過程中所遇到問題并能合理保護相關人員、財產的安全。

參考文獻：

[1]莊紅韜.我國水資源現狀：人均水平僅為世界平均水平的1/4[EB/OL].

[2]任元杰.高速隧道掘進中的光面爆破應用實踐微探[J/OL].建筑知識，2017（03）：1.

[3]王俊星.對煤礦井下爆破作業中不安定因素的淺析[J/OL].機電工程技術，2017（08）：213-214[2017-12-23].

[4]馮叔瑜，張正宇，劉美山.爆破技術在水利水電工程中的應用和前景[J].工程爆破，2005（04）：22-26+21.

[5]鄒勤.爆破技術在水利水電工程中的應用[J].技術與市場，2014，21（07）：99+101.

作者簡介：

1、雷國強，1984.2-，漢族，本科學歷，就職于中國水利水電第十工程局有限公司，工作及研究方向：水利水電工程建設管理.及相關工作.

2、孟懷秀，1986.1-，漢族，本科學歷，就職于中國水利水電第十工程局有限公司，工作及研究方向：水利水電工程建設管理及相關工作.