水利水電工程爆破施工技術(shù)及安全管理措施

陳全威

中國能建葛洲壩集團易普力股份有限公司 重慶 401121

1 水利工程爆破施工要求

對于工程爆破而言，其主要運用的是炸藥進行相應(yīng)的開挖、以及運用爆破等方法進行相應(yīng)的作業(yè)，現(xiàn)今，這一技術(shù)受到許多領(lǐng)域的廣泛運用，例如，進行巖土的開挖工作、巖石的開采、以及建筑物的爆破等工作時，都運用到了這一技術(shù)[1]。與此同時，在相應(yīng)的水利工程建設(shè)中，這一技術(shù)是必不可少的，例如壩基的開挖、高邊坡開挖、圍堰拆除、采石等工作都不能脫離這一技術(shù)進行操作，由此可見其發(fā)揮著非常重要的作用，并且給施工方帶來極大的便利，進而促進施工的順利進行，提高施工的工作效率，進而給相關(guān)企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益，使企業(yè)具有良好的發(fā)展空間。

2 理論分析及技術(shù)方案的提出

對于爆破原理的研究，這一原理大體能夠分為兩個階段，第一個階段是炸藥在圍巖中產(chǎn)生的應(yīng)力波，進而就會產(chǎn)生縱向的裂縫，從而造成巖石的破碎。第二個階段是爆炸的過程，這一過程能夠產(chǎn)生極大的氣流，這一氣流能夠形成一個空洞，最終導(dǎo)致巖石破裂，并由于氣流的作用，向外拋出。可以看出，在巖石的爆破過程中，炸藥的爆炸力分布在巖石中甚至是爆炸氣體產(chǎn)生的拋擲能中。根據(jù)相關(guān)的計算得出，在爆炸過程中能量的消耗主要分布在：爆轟氣體膨脹消耗能量為50%-60%，沖擊波消耗能量為10%-20%，無用能量約為20%-30%。按照能量的守恒定理以及上述的分析，應(yīng)該增加爆破氣體和沖擊波的能量損耗，降低爆破氣體對裂隙巖體的影響，提高爆破效率。

由于在垂直巷道掘進過程中只有一個自由面，其周圍的夾緊作用使巖石難以破碎。因此，在射孔布置中應(yīng)考慮如何創(chuàng)造第二個自由曲面。螺旋切割的空心孔的目的是創(chuàng)造第二個自由表面。當(dāng)裝藥孔爆炸時，會產(chǎn)生較強的爆破力，導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致破碎。然后，巨大的氣流能量將巖石拋出槽外，使槽內(nèi)的被清空。可以清楚地看到，一方面，爆炸應(yīng)力和爆破方向上起著中心導(dǎo)向作用。另一方面，壓力作用下的巖石具有必要的破碎和膨脹補償空間。因此，空化在切割中起著非常重要的作用。與整個工作面相比，切割使工作面形成第二個自由工作面，為爆破其他射孔創(chuàng)造了有利條件。切割質(zhì)量對提高巖石破碎和循環(huán)進尺的效率起著決定性的作用[2]。螺旋掏槽是指掏槽周圍的孔逐漸擴大，能形成較大的掏槽面積，其優(yōu)點更為明顯。

分層裝藥可以在空間上錯開裝藥，增加炸藥的作用范圍，減少投擲距離。分層結(jié)構(gòu)可以使淺層具有更多的孔。對于深部，淺層爆破后，深部會受到一定程度的破壞，這有利于深部爆破，提高爆破能量的利用率。

3 水利工程施工中的爆破技術(shù)分析

3.1 幾種常見水利爆破技術(shù)介紹

使用多種爆破技術(shù)在水利工程建設(shè)，現(xiàn)今主要的爆破技術(shù)通常有微差爆破技術(shù)，葉面光滑，預(yù)裂爆破、階梯式爆破技術(shù)，定向爆破技術(shù)、巖塞爆破技術(shù)等方面的爆破技術(shù)，下面從水利工程的施工角度進行分析，闡述了爆破技術(shù)的有效運用：

（1）壩基爆破開挖：其主要的開挖對象是壩基保護層以上的巖石，常用的方法是毫秒爆破法，這一方法具有非常強大的優(yōu)勢，其主要的優(yōu)勢是爆破量大、對于巖石的破碎效果好、并且相應(yīng)的振動沖擊小，這些優(yōu)點能夠很好的為施工方帶來便利，并且能夠保證施工的順利進行。

（2）對于高邊坡爆破開挖而言，在相應(yīng)的建設(shè)中，這一施工的要求非常高，需要對高邊坡開挖爆破振動進行及時有效的控制，進而控制其降低爆破振動對邊坡的影響，使相應(yīng)的影響能夠降到最低，便于施工的順利進展，從而能夠保證開挖邊坡的穩(wěn)定性，連續(xù)性，這時施工的主要目標(biāo)，也是施工的重要關(guān)注點，一般主要運用的技術(shù)是緩沖爆破、預(yù)裂爆破、深孔梯段微差爆破、光面爆破等技術(shù)，這些效果經(jīng)實踐表明具有極大的應(yīng)用價值。

（3）對于定向爆破筑壩來講：這一技術(shù)早在我國20世紀(jì)50年代末就開始運用這一施工方法進行相應(yīng)的操作，這一方法也有其主要的優(yōu)點，優(yōu)點是施工速度快，并且非常高效，相應(yīng)的成本也非常低，具有極高的應(yīng)用價值，然而主要的缺點是后續(xù)的工程進展相對較慢，受地形條件影響較大。常用的爆破技術(shù)是毫秒爆破法。

（4）水下爆破：水下爆破，顧名思義，是水下裝藥爆破技術(shù)，塞式爆破技術(shù)作為一種水下控制爆破技術(shù)，在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

（5）圍堰爆破拆除：圍堰爆破拆除的關(guān)鍵是巖渣的處理。

3.2 水利“精細爆破”技術(shù)分析

在水利工程實踐中對爆破控制提出了很高的要求。只有根據(jù)實際需要合理選擇爆破技術(shù)，科學(xué)確定爆破參數(shù)，制定爆破方案，加強爆破檢測和評價，才能有效實現(xiàn)“細爆破”。精細爆破是在傳統(tǒng)控制爆破思想的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。自提出以來，在國內(nèi)外各行業(yè)的應(yīng)用中取得了良好的效果，得到了業(yè)界的一致認(rèn)可和推廣[3]。通過對相關(guān)理論和實踐的分析，細爆破技術(shù)對過程控制和安全提出了更高的要求，主要包括四個核心：

（1）定量設(shè)計通常包括對爆破對象進行綜合有效的研究，以及爆破參數(shù)的定量選擇還有相應(yīng)的確定；與此同時，還包括定量預(yù)測對爆破效果進行及時的評價，對于具有危害性的現(xiàn)象而言，還應(yīng)該及時采取有效的措施加以解決。（2）施工的精細化，通常包括計量的放樣、鉆孔定位，以及對炮眼進行精度控制與檢測，從而使爆破設(shè)計以及相應(yīng)的作業(yè)流程更加規(guī)范化，準(zhǔn)確化。（3）進行精細化的管理，通常包括人力資源的管理，以及對于質(zhì)量的管理，甚至是成本的管理。（4）進行監(jiān)測的反饋通常包括對爆破效果進行及時的監(jiān)測，監(jiān)測爆破的范圍，進而能夠準(zhǔn)確的分析施工的效果，進而促進爆破方案的優(yōu)化。

4 實例探析水利工程爆破技術(shù)的應(yīng)用

4.1 工程概況

該項目是一個中型水庫，主要用于供水和灌溉，考慮到能源消耗和發(fā)電。其主要組成部分包括蘭河坎、溢洪道、引水發(fā)電系統(tǒng)、電站停堆放水系統(tǒng)等。本工程范圍內(nèi)的巖體相對完整。需要對左岸隧道入口邊坡巖體進行開挖，邊坡開口線的最大開挖高度為120m，臺階坡度比為1：0．65-1：0．25。通過對開挖施工的分析，爆破振動破壞將影響到入口段、閘門段和漸進段。為了保證高邊坡等結(jié)構(gòu)的安全，決定采用精細爆破技術(shù)。

4.2 邊坡開挖爆破方案

邊坡開挖要求：邊坡等高線壁面預(yù)裂孔跡均勻；在未開發(fā)和相對發(fā)育的巖體中，殘余炮孔痕跡的保留率應(yīng)分別達到80%以上和50%-80%。井壁無明顯爆破裂縫。經(jīng)過綜合分析，確定采用鉆孔爆破法對邊坡進行自上而下的開挖，并在邊坡設(shè)計等值面上設(shè)置保護層。炮孔的具體布置圖如圖1所示。

爆破施工中，各工序的爆破順序為：主爆破區(qū)巖體→預(yù)留保護層巖體；預(yù)留保護層爆破順序為：預(yù)裂→緩沖孔，預(yù)裂深度為2級臺階高度(1級臺階高度為8．0m)。主爆破孔分為多排差速爆破。主爆破孔采用tamrock700-2液壓鉆機和cm-351潛孔鉆機進行爆破，爆破孔徑為90mm。預(yù)裂孔采用直徑為70mm的z-30鉆頭進行爆破。

爆破施工中，各工序的爆破順序為：主爆破區(qū)巖體→預(yù)留保護層巖體；預(yù)留保護層爆破順序為：預(yù)裂→緩沖孔，預(yù)裂深度為2級臺階高度（1級臺階高度為8．0m）。主爆破孔分為多排差速爆破。主爆破孔采用tamrock700-2型液壓鉆機和cm-351型潛孔鉆機，爆破孔直徑90mm。預(yù)裂孔采用直徑為70mm的z-30鉆頭進行爆破。

4.3 精細爆破施工

這個項目的爆破施工過程如下所示：爆破設(shè)計→大臉?biāo)疁?zhǔn)在開挖區(qū)域→清除表面→設(shè)置→測量線孔排列→鉆床強化和侵位→鉆孔，孔→→收費網(wǎng)絡(luò)連接，檢查→爆破→渣釋放斜坡→清洗→開挖邊坡測量和檢測→爆破效果分析。為實現(xiàn)細爆破施工和管理，建立了專門的質(zhì)量控制機構(gòu)，提高了質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。全面開展爆破監(jiān)測，包括爆破顆粒振動速度和爆破影響深度。根據(jù)實測結(jié)果（見表1），邊坡開挖偏差均滿足要求，保留邊坡巖體損傷較小或無損傷。

表1 爆破振動監(jiān)測結(jié)果

本工程邊坡巖體開挖滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，保持了邊坡巖體的完整性和穩(wěn)定性，預(yù)裂爆破殘余孔跡保留率達85%以上。

5 相應(yīng)的爆破措施

為了達到理想的爆破效果，爆破應(yīng)采取以下措施：

（1）對于切割孔的用量，不考慮裝藥長度與射孔長度的比值，而是考慮從眼底到眼口的合適位置(根據(jù)試驗確定)，以保證眼內(nèi)巖石能獲得相同的破碎效果。剩余射孔的電荷可按上述公式計算。

（2）采用反向起爆方法。也就是說，當(dāng)充電時，啟動充電包安裝在底部而不是填充在底部。所述裝藥點與傳爆方向正相反，所雷管裝藥點朝向眼口。該方法可以提高射孔效率。降低巖石破碎程度；減少炸藥消耗；對付盲槍比較安全。你可以把槍泥拿出來，再把雷管袋放回去。但是，當(dāng)水進入孔內(nèi)時，應(yīng)加強防水措施。

（3）螺旋掏槽爆破后，槽內(nèi)通常有固體巖石壓實物，影響輔助眼的爆破效果。為了容易把巖石壓載的洞，洞里通常是加深了約300毫米，200克爆炸加載的眼底滿是l00mm長炮泥，然后可以趕出洞巖壓載反向啟動后立即削減洞。

（4）采用毫秒電雷管起爆，全斷面采用6毫秒電雷管起爆，開孔起爆順序為l、2、3、4。輔助眼5只，外周眼6只。爆破效果。在爆破設(shè)備損失相同的情況下，采用傳統(tǒng)爆破技術(shù)，每次掘進深度約65cm，拋丸距離約30m。螺旋掏槽爆破技術(shù)結(jié)合分層裝藥，每次掘進深度可達85cm，拋丸距離可控制在10m左右。

6 結(jié)語

爆破施工是水利工程運行中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅要求高質(zhì)量、高效率、快速地爆破巖體，而且要求安全、有效、合理地保護地質(zhì)巖體和生態(tài)環(huán)境。因此，對爆破控制提出了更高的要求。“精爆破”技術(shù)體系已逐步發(fā)展起來。通過合理設(shè)計爆破方案，正確選擇爆破參數(shù)，精心組織和精細管理爆破施工，可以達到預(yù)期的爆破效果，實現(xiàn)爆破作業(yè)的安全可靠實施。