淺談大壩溢洪道邊坡開挖控制爆破技術

王俊濤

中國水電建設集團十五工程局有限公司，中國·陜西 咸陽 712000

1 引言

石方爆破開挖是許多水利水電工程中經常遇到的施工內容之一。為了有效控制爆破成型邊線，需要采用控制爆破技術，以達到預期的效果。對于高邊坡開挖，多采用預裂爆破技術，確保成型的邊坡平順整齊，同時減少超欠挖對工程質量的影響。如何科學地確定爆破技術參數，就顯得尤為重要。根據工程實際巖性，借鑒參考類似工程施工經驗，可以很好地解決石方爆破開挖中遇到的技術問題。

2 工程概況與特點

2.1 工程概況

雷家溝水庫壩址位于中國銅川市漆水河左岸支流武家河中游，是銅川市北市區應急備用水源，樞紐建筑物由大壩、溢洪道、排沙放空洞、引水管道等組成，水庫總庫容為498萬m3。攔河壩采用均質土壩，最大壩高39m，石方開挖量為9.24萬m3，其中溢洪道開挖量5.1萬m3。

2.2 溢洪道邊坡開挖特點

溢洪道位于大壩右壩肩，石質邊坡設計坡比為1∶0.5，設有3級馬道，每級馬道高度15m。

爆破區域土方采用機械開挖，石方采用爆破開挖。經清表露出巖石為長石砂巖+含粉砂泥質頁巖（f≈6），節理裂隙較發育，表層強風化，內層弱風化，巖石完整度尚可。

距爆點東向300～500m范圍內有兩座高壓線塔，爆破施工必須經相關部門書面同意，高壓線塔安全振動速度按相關部門給出的具體數據嚴格執行。經查詢相關資料暫定以安全振動速度不大于2.5cm/s進行爆破設計。

爆區西向133m為簡易板房，未拆除，爆破作業時需要控制單響藥量保證填塞，防止振動、飛石對其造成影響。

為保持已形成永久邊坡穩固，臨近爆區邊坡坡頂馬道內角安全振速不大于10cm/s[1]。

為確保爆破振動不對各保護對象造成破壞，避免不必要的振動糾紛，根據需要對各保護對象進行振動監測，爆破作業開始時進行連續監測，后期根據實際需要不定期進行振動監測。適時調整爆破參數，確保爆破振動不超過安全振速限值。

3 總體控制爆破思路

本工程巖石較軟且易風化，爆破采用小孔距，大抵抗線的主爆區布孔方案，輔以預裂爆破，以形成整齊輪廓線，并獲得較好的破碎效果。

根據現有鉆機及工程規模，選用直徑D=90mm履帶鉆。主爆區、緩沖層使用中國河南前進民爆生產的巖石粉狀乳化炸藥、電子數碼雷管；預裂爆區采用導爆索、2號巖石乳化炸藥、電子數碼雷管。

裝藥結構的主爆孔采用連續耦合裝藥，緩沖孔采用中部間隔徑向耦合裝藥，預裂孔采用徑向不耦合裝藥，填塞采用黃土或鉆渣。

作業時根據鉆粉成分、巖石裂隙發育情況以及爆后效果及時修正爆破參數，盡可能減少對保留巖土的振動影響，充分發揮保留巖體的自承能力，形成整齊穩固的開挖斷面，避免超欠挖。

依據原始地形施工圖紙，鉆孔爆破的實際地形臺階參數隨著施工平臺修建，隨臺階高度變化相應調整[2]。

4 控制爆破孔網參數

4.1 預裂孔

4.1.1 布孔及孔長

預裂孔沿開挖輪廓線布置，根據需要決定是否打施工預裂孔，超出本次爆區5m以上，起始孔、末端孔不裝藥，大角度轉彎孔不裝藥或增加導向空孔。預裂孔深度打至距排水溝底20～30cm，不超深，避免預裂縫侵入建基面，可根據具體爆破效果調整預裂孔鉆孔深度。預裂孔孔底誤差不宜超過10cm，最大不大于20cm。

圖1 預裂孔布孔示意圖

4.1.2 基本參數

①單耗q預

根據以往工程經驗及相關資料，單耗q預=300g/m3，后期適時調整；

②孔距a

a=(8～12)D=（0.72～1.08）m

根據以往爆破經驗取a預=0.9m。

③炮孔密集系數m預

預裂爆破m預取值范圍：m預=0.5～0.7,軟巖取小值，硬巖取大值，本次工程取m預=0.6。

④線裝藥密度q線

q線=a×(a/m)×q=0.9×(0.9/0.6)×300=405g/m。

⑤填塞：原則上按不大于炮孔孔長的20%控制，根據以往工程經驗結合爆區微地形取L預填=1～1.5m。

⑥裝藥結構

采用底部2～3m按2～3倍加強裝藥，頂部2～3m按50%減弱裝藥，中部正常裝藥的裝藥結構，單孔裝藥量按線密度乘以裝藥長度計算。使用炸藥袋（空氣間隔器）填塞至L預填處，再用炮泥填塞。

圖2 預裂爆破導爆索聯結起爆網絡圖

4.2 主爆孔

4.2.1 布孔

主爆孔作用在于破碎巖石，自緩沖孔前3/5倍主爆孔排距處逐排向自由面布置，排數根據臺階實際寬度確定。深度根據實際臺階高度確定，為避免超挖不打超深，孔網參數根據臺階高度選定。

4.2.2 基本參數

①單耗q

為獲得良好的破碎效果，提高鏟裝效率，采用加強松動爆破，單耗取q=400g/m3。

②炮孔密集系數m

炮孔密集系數取m=1.14，若緩沖孔前剩余臺階寬度不足以布置一排炮孔，適當增大炮孔密集系數；若出現布置n排孔不夠，布置n+1排孔又布不下的情況時，通過調整炮孔密集系數的方式，在單耗和前排炮孔最小抵抗 線不變的情況下，增加或減少一排炮孔。

③孔深H、孔長L

L=（H+h）/sinα

孔深H根據實際臺階高度確定；根據工程 要求，避免超挖，超深h=0，具體超深根據實際爆破效果調整；α為臺階坡面角，根據設計坡面角α為63°。

④炸藥 密度ρ

使用河南前進制粉狀乳化炸藥，具有良好的流動性和抗水性，密度P為840kg/m3

⑤延米裝藥量q延

q延=π(d/2)2·ρ

⑥最小抵抗線W、填塞長度L填、孔距a、排距b、單孔裝藥量Q

一般情況下：

W=b·sinα

L填=W

Q=q延·（L-L填)

a=m·b

⑦炸藥與放礦量間的等量關系

Q/q=abH

⑧孔網參數

求根得：

計算出每次爆破相應參數值。

⑨裝藥結構

采用連續耦合裝藥，孔底反向起爆的裝藥結構。

4.3 緩沖孔

用于降低主爆孔對保護巖體的振動傷害，并破碎預裂層巖石。

4.3.1 布孔

根據工程實際，緩沖孔布置單排孔；緩沖孔深度根據臺階高度確定，不超深；緩沖孔鉆孔角度與預裂孔平行。

4.3.2 基本參數

①單耗q=0.35kg/m3

②孔距a、排距b

緩沖孔孔間距a為正常主爆孔a主的3/5；

緩沖孔與預裂孔排距b1=1.5m，與主爆孔排距b2為正常主爆孔b主的3/5。

③炸藥密度ρ

使用前進制粉狀乳化炸藥，密度P為=840kg/m3

④單孔裝藥量Q

Q=（b1+3/5×b主）×a×H×q

⑤填塞L填=2m

⑥裝藥結構

采用中間分段間隔裝藥，上下同時起爆的裝藥結構[3]。

5 起爆方法及順序

采用電子數碼雷管加導爆索混合起爆網絡，根據實際振動控制要求所列最大單響藥量結合具體布孔情況確定為主爆孔、緩沖孔逐孔起爆，預裂孔在不超出最大單響藥量的情況下齊爆。

主爆區孔間延期時間選取17ms；排間延期時間選取42ms；緩沖孔孔間延期時間12ms；緩沖孔第一響滯后主爆區最后一排孔第一響42ms，預裂孔超前施工預裂孔100ms；施工預裂孔超前主爆區100ms，孔間延期時間0ms。

網路布孔及延時設置見圖3。

圖3 網路布孔及延時時間設置示意圖

6 爆破有害效應計算及監測

6.1 爆破震動

根據GB6722-2014《爆破安全規程》的規定，最大單響藥量、振速、爆心至建（構）筑物的距離三者關系如下：

式中：Qma為最大單響藥量，kg；R為藥包中心至建（構）筑物的最近距離，m；V為介質質點振動速度，cm/s；K、α為與傳播途徑、爆破方式、爆破點至計算保護物間地形、地質條件有關的系數和衰減指數。

參考表1爆區最大單響藥量計算表：結論：根據計算本次爆破單響藥量需控制在83kg以下，爆破產生的振動對房屋、邊坡、高壓線塔不會產生安全方面的影響。為謹慎起見，前幾次爆破進行爆破振動實際檢測，以便及時調整爆破振動控制參數。

表1 爆區最大單響藥量計算表

6.2 爆破飛石

按《爆破安全規程》規定：深孔爆破個別飛石對人員的安全允許距離不少于200m。

6.3 爆破沖擊波

本工程采用孔內裝藥爆破，炸藥能量主要用于巖石破碎和轉化為爆破振動，其爆炸沖擊波在對巖體爆破做功后在空氣中很快衰減，不足以對建(構)筑物造成損害。

6.4 爆破有害效應監測

爆破作業起爆前，為確保被保護對象安全，驗證爆破方案科學有效，在被保護對象附近與爆區連線上設置爆破振動監測點，確保被保護對象振動速度不超過限值。

7 控制爆破效果及分析

通過控制爆破事前方案研討及過程技術優化，溢洪道邊坡開挖爆破過程中未對周邊高壓線路造成影響，附近民房沒有發生任何損傷。邊坡開挖坡面平整度良好，超欠挖滿足規范要求，預裂殘孔率達90%以上。爆破過程中未發生補炮現象。

溢洪道邊坡開挖控制爆破效果顯著，受到建設單位肯定和好評，施工中節約了火工材料和人力，取得了良好的經濟和社會效益。

8 結語

爆破工程作為危大工程是項目管控的重點，也是技術難點。特別是邊坡開挖加之周邊有復雜環境限制，更需要選擇合理的控制爆破技術。中國銅川市雷家溝水庫溢洪道邊坡開挖控制爆破技術，可以為類似工程施工提供有效的技術參考和借鑒。