取水首部預留巖坎爆破設計

王冬

（遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

遼寧省重點輸水二期柴河供水施工取水首部工程，由進口引渠、取水建筑物等組成。進口引渠長度為91.40 m，引渠后布置取水建筑物，斷面尺寸25.00 m×9.30 m×36.04 m（長×寬×高），取水建筑物設置1 道攔污柵6.30 m×16.00 m（寬×高），兩道工作閘門4.00 m×4.00 m（寬×高），取水建筑物后接壓力隧洞。

根據設計圖紙、地質資料及現場實際情況，對巖坎前引渠進行分層分塊開挖。分層分塊圖見圖1。

圖1 引渠分區分塊圖（單位：m）

B 區主要為弱風化花崗巖，巖石強度較高，無法采用反鏟直接挖除的方式進行開挖。B 區分層厚度為7.70 m，采用垂直深孔爆破，周邊預裂爆破方式一次開挖成型，爆破后，由作業船上18.00 m長臂反鏟將水中石渣抓運至出渣船，滿載后運至出渣碼頭，由2 臺1 m3液壓反鏟接力裝到自卸汽車，通過取水首部進場路轉運至棄渣場存放。開挖施工時，先進行B-1 區施工再進行B-2 區，各區按照Ⅰ塊→Ⅱ塊→Ⅲ塊的順序進行施工，B 區分塊圖見圖2。

圖2 B 區分塊圖（單位：m）

2 預留巖坎穩定性計算

取水首部預留巖坎分2 次開挖，先進行引渠部分開挖，待取水首部閘門安裝調試完成后再進行預留巖坎部分開挖。

預留巖坎底寬26.70 m，頂寬4.00 m，巖坎迎水面石方開挖邊坡坡比為1.0∶0.5，強風化層挖除后結構面內部結構穩定性一般。

2.1 抗傾覆穩定性計算

抗傾覆計算按式（1）計算：

式中：Ko——抗傾穩定安全系數；∑My——作用于墻體的荷載對墻前趾產生的穩定力矩，kN/m；∑Mo——作用于墻體的荷載對墻前趾產生的傾覆力矩，kN/m。

計算得：

其中：G 為巖體自重，取413 kN/m3；γo為水容重，取1 kN/m3；h 為水頭高程，取24.00 m；L1為穩定力力臂，取2.77m；L2為傾覆力力臂，取14.70 m。計算得∑My=13 744.64 kN/m3，∑Mo=352.80 kN/m3，則Ko=38.96>1.3，滿足抗傾覆穩定安全。

2.2 邊坡穩定性分析

巖坎部分巖性主要為混合花崗巖，上半部為強風化層厚3.20～4.00 m，卸荷裂隙發育，強度較低。下半部為弱風化層，堅硬巖，抗壓強度多大于40 MPa，節理較發育，節理面多閉合～微張，結構面 傾 角為44°～51°，設計 開 挖坡 比 為1.0∶0.5（63.44°），正常蓄水位靜水頭壓力為240 kN，預留巖坎底部寬度為26.70 m，巖石塊體密度為2.78 g/cm3，計算參數見表1。

計算簡圖見圖3。

圖3 邊坡穩定性計算簡圖

使用軟件“理正巖土6.0”，將表1 參數輸入后計算，安全系數為1.968>1，邊坡穩定。

3 爆破

3.1 爆破設計

爆破設計相關參數取值參照GB6722-2014《爆破安全規程》、DLT 5135-2013《水電水利工程爆破施工技術規范》中“水下爆破章節”。

表1 邊坡穩定性計算參數表

根據現場試驗及前期開挖形成的地質資料顯示，引渠A 和B 區巖性為花崗巖，巖石強度較高，弱風化巖抗壓強度穩定在51～62 MPa 之間，面積節理數小于20條/m2，水下開挖平均水深在12.00 m。

根據以往施工經驗，爆破粒徑控制標準：不大于40 cm 的占40%以上，40～60 cm 的占20%～45%，不小于60 cm 的占15%以下。根據地質情況，在保證爆渣不大于40 cm的占40%以上的條件下，所需要的單耗為0.6～1.2 kg/m3。考慮到此處巖石強度偏高，完整性較好，水下爆破炸藥單耗初步擬定為1.0 kg/m3，明挖爆破炸藥單耗擬定為0.7 kg/m3。爆破器材選擇防水抗壓性能好，接近零氧平衡的炸藥，在爆破施工前對爆破器材進行防水抗壓性能試驗。

3.2 松動爆破

1）布孔形式及孔深、孔徑

松動爆破主要針對C 區開挖施工。C 區最大鉆孔深度為4.80 m，采用CM-351型潛孔鉆鉆機鉆孔，一次成孔。鉆孔孔徑D=90 mm，裝? 70 mm 乳化炸藥，采用矩型布孔方式。

2）炸藥單耗計算

根據現場巖石巖性、巖石抗壓強度及節理發育情況，單耗擬選用0.6 kg/m3。

選取孔距a=1.50～2.50 m，排距b=1.00～2.20 m，在實際施工中要根據試爆情況進行孔排距修正。

單孔裝藥量Q 計算公式：

式中：Q——單個炮孔裝藥量，kg；q——炸藥單耗值，取0.6 kg/m3；a——孔距，m；b——排距，m；H ——設計開挖深度，1.00～4.80 m。

經計算可得：Q=0.9～15.8 kg

松動爆破參數參考見表2。

表2 松動爆破參數參考表

3.3 明挖爆破

明挖爆破主要針對B 區及巖坎第一、二層開挖，鉆爆在陸上完成，引渠采用垂直深孔爆破，巖坎采用斜孔爆破，傾向迎水面，鉆孔傾角82.00°。此部分巖石主要巖性為花崗巖，弱風化，強度較高，完整性較好，為確保出渣效率，降低巖渣大塊率，炸藥單耗選取0.7 kg/m3。

爆破參數：

孔徑?=90 mm；超深h=1.00 m；孔深H=5.20～9.00 m；鉆孔傾角82.00°，90.00°；最小抵抗線W =2.20～2.30 m；孔距a=2.50 m；排距b=2.30 m；單耗藥量：q=0.7 kg/m3；單孔裝藥量：Q=q×a×b×H =18.2～36.2 kg；堵塞長度：Lc=2.3～2.5 m；布孔型式：梅花形布孔；裝藥結構：連續裝藥。

明挖爆破參數見表3。

3.4 預裂爆破

1）布孔形式及孔徑：預裂孔孔徑取? 90 mm，70 mm 藥卷；按設計坡比進行鉆孔。

2）炸藥單耗：根據類似工程施工經驗，預裂孔線裝藥密度Qx取0.4 kg/m。

表3 明挖爆破參數表

3）孔網參數：孔距a=（7～12）D，a 取1.00 m。

4）孔深和堵塞長度：預裂孔最大孔深15.5 m，預裂孔爆破時堵塞1.00～1.50 m。

5）裝藥量及裝藥結構：渠道兩側邊坡預裂孔底部1 m 連續裝藥，其余采用間斷不耦合裝藥。單孔裝藥量Q=L ?Qx，其中：L 為炮孔長度，L=H/sin α =（9+1）/sin（82°）=10.10 m，Qx 為預裂孔線裝藥密度。經計算：單孔最大裝藥量4.01 kg，采用導爆索連接起爆。

4 結語

遼寧省重點輸水二期柴河供水施工取水首部工程B 區施工部位，文中根據預留巖坎特征進行穩定性計算，并提出提出松動爆破和明挖爆破以及預裂爆破設計方案及參數，計算成果對類似工程有重要的參考價值和借鑒意義。