淤泥擾動爆破技術在劉家峽水下巖塞爆破工程的應用

王中林

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津市 300162）

0 引言

劉家峽正常蓄水位為1735m，巖塞口以上淤泥頂面高程約1705m，巖塞口底高程1676.09m，按此計算，巖塞上最大淤泥深29m。經研究，決定在劉家峽設置巖塞爆破1:2模型試驗洞開展水下巖塞爆破試驗。巖塞爆破1:2模型試驗洞由豎井段、水平洞段、集渣坑及巖塞段組成。其中豎井段深度約71.60m，斷面為4m×2.5m矩形洞；水平洞段長約11.56m，斷面為4m×3m的城門洞型，是豎井段和集渣坑的連接段；集渣坑長約31.83m，斷面由巖塞部位開始自圓形漸變為城門洞型，渣坑容積1403m3；巖塞內徑為7.0m，厚度約為9.8m，巖塞體積約896m3。

擾動爆破方案根據爆擴成井原理，采用水下鉆孔、線性裝藥的爆破擾動方案。為了能為工程提供借鑒，本文對1:2模型試驗的參數確定、水下鉆孔、線性裝藥、過程注意事項各個細節進行介紹，探討水下爆破擠淤的參數設計及其運用，并對效果進行了分析。

1 參數確定

1.1 裝藥量計算

線裝藥量計算公式采用爆擴成井的控制爆破計算公式:

式中：

Qt——線裝藥密度，kg/m；

b——介質壓縮系數，采用2＃巖石炸藥時，取1.3～3.7，應結合現場試驗確定；

D——爆擴成井的井徑，m。

1.2 計算參數的選取

初步計算采用介質壓縮系數b＝1.5（黃土類砂黏土、濕土）；

結合本工程特點及巖塞爆破口的需求，擴井的井徑D初選為D＝1.8m；

則：線裝藥密度Qt＝1.5×1.82＝4.86 kg/m，取線裝藥密度Qt＝5 kg/m。

1.3 淤泥炮孔平面布置

根據試驗洞巖塞口的布置，以及頂部的淤泥厚度、擾動范圍和淤泥組成情況、性質，確定在淤泥層中鉆爆破孔4個，分布在進水口軸線上和左、右兩側，呈棱形布置，鉆孔直徑為Ф180mm，鉆孔間距為1.8m和4.92m。孔內連續裝藥，但距淤泥表面0.25倍的孔長作為封堵段。

1.4 鉆孔長度及裝藥量

鉆孔長度及裝藥量列入表1。

2 主要施工工藝

2.1 鉆孔

2.1.1 鉆孔作業

1∶2模型試驗淤泥爆破點位于劉家峽水庫庫區內，所以水流流速相對較小，特別是在劉家峽電廠不泄水、不發電的條件下，庫內水面可以認為是靜水。水上鉆孔，要求工作船錨固牢靠、平穩，給水上作業創造良好條件。在水上作業區一定范圍內，應設置警戒線，防止庫內船舶通航時產生的水流沖擊影響鉆孔工作船的平穩。

在淤泥中鉆孔可采用水力鉆孔法[1]。鉆孔開始前，一定要將孔位確定準確，嚴格控制鉆機的偏角及傾斜，保證鉆孔精確。鉆入深度由帶有刻度的鉆桿控制，隨著鉆深增加、鋼套管隨即下沉至所需深度。清孔后，再沿套管插入一根外徑為165mm的PE塑料管到鉆孔中，一端露出水面，鉆孔即告完成。當PE管就位后就可拔出水中的鋼管，PE塑料管仍留在水中，作為淤泥爆破裝藥套管，該塑料管將在爆破中炸掉。

PE塑料管需固定在施工操作平臺上，保證其不受外力撞擊而折斷，并將其外露的管口臨時封堵，避免雜物進入管內。

2.1.2 安裝管材要求

根據淤泥爆破藥卷的規格、尺寸及裝藥套管的下方要求，考慮施工方便、快捷等因素，要求鉆孔施工中使用鋼套管內徑不小于165mm，管節連接處要求采用內徑為等徑的鋼套管。裝藥用PE塑料套管，規格為公稱直徑（外徑）165mm，壁厚11.4mm，一般長度為4m、6m，管節接頭采用熱熔對接。為了保證裝藥時不使導爆管、導爆索受力，將每個單獨藥卷固定在工程外徑75mm、管壁厚3mm的PVC塑料半管上。

2.1.3 水下鉆孔爆破注意事項

水下鉆孔應嵌入基巖以下0.5m，在下放PE塑料套管前，對于鉆孔要進行清孔處理，保證套管順利下放；PE塑料套管就位后，對其水上部分要采取可靠的固定措施，防止套管傾斜，孔口做好臨時封堵措施，防止墜物堵塞套管。

2.2 裝藥

2.2.1 火工材料

（1）火工材料的選用：炸藥采用山東威海奧瑞凱（Orica）爆破器材有限公司生產的Powergel TMMagnum 3151炸藥：規格為藥卷直徑Φ75mm、長400mm，線裝藥密度為5kg/m；導爆索采用SD-40型震源導爆管；即發非電毫秒雷管、導爆管采用山東威海奧凱瑞產品。

（2）火工材料制作：根據爆破設計，按要求準備各孔裝藥的品種和數量，裝藥品種有底藥、下部起爆體、底部藥卷、中部藥卷、上部起爆體及上部藥卷，防止處理導爆索一根。①起爆藥包制作：取Φ75mm3151 高能乳化炸藥一卷。將即發（0毫秒）非電毫米雷管插入（用木釬鉆一雷管直徑大小的孔，深度為雷管的長度）高能乳化炸藥的藥卷內，并用高壓防水膠布將雷管與藥卷相交封死，防止水滲入。②底藥：底藥藥卷采用3151炸藥，Φ75mm×400mm、每卷藥量2000g的標準藥卷。底藥藥卷與二股導爆索連接，并用高壓防水膠布將藥卷與導爆索綁扎牢固，防止脫落。③藥卷：淤泥孔每孔裝藥為連續裝藥，采用的標準藥卷規格及炸藥品種與底藥相同，根據每孔的裝藥長度劃分藥卷分段尺寸、分段藥卷編號、規格、藥量、數量。各藥卷、底藥、起爆體均嚴格按照裝藥結構圖中的順序，先采用防水膠布將每個單獨藥卷、起爆體與PVC半管固定牢靠；固定好藥卷、起爆體后，再用防水膠布將導爆管、導爆索與PVC 半管緊密結合，同時保證導爆索與藥卷充分接觸。為了便于施工和保護導爆管、導爆索，采用裝填塑料袋（或其它材料袋體）外包，形成袋體外涂抹黃油等起到潤滑作用。④導爆索：采用SB-40型震源導爆索二股，導爆索兩端均應做好防水處理，且二股導爆索采用防水膠布緊密結合。導爆索長度應滿足施工網路布置要求，根據施工實際情況進行適當調整。

2.2.2 裝藥施工

鉆孔底部2m采用直徑80mm的沙袋進行回填，然后各淤泥孔依次進行整體裝藥。裝藥前，應采用與藥卷相似的沙袋進行試裝，探其孔內是否有雜物，并測量其孔深。裝藥時，采用吊繩方法將制作好的整體藥卷緩慢地放入炮孔內，導爆管、導爆索不受力。用吊錘法檢查藥包長度，確定裝藥位置，保證裝藥長度滿足設計要求，并進行記錄。

2.2.3 裝藥注意事項

（1）水下鉆孔爆破，不允許邊鉆孔邊裝藥。

（2）制作成型的藥卷在裝入炮孔前應將其整理順直，不得有折曲、壓扁現象，避免堵孔。

（3）裝藥速度不宜快，一定要緩慢平穩，保證藥卷沉底、到位。

（4）放置起爆藥時，非電導爆管一定要理直，松弛地與導爆索分別貼于孔壁一側。盡量避免導爆管折斷。

（5）采用固定措施，防止導爆索、導爆管外部端頭掉入孔內。

（6）根據裝入炮孔內炸藥估計裝藥位置，若發現偏差較大，應立即停止裝藥，與設計人員會商，研究解決措施。

（7）裝藥發生卡塞時，不應用任何工具沖擊、擠壓。

2.2.4 裝藥過程中避免堵孔措施

（1）在PE塑料管內壁上抹上潤滑油，有利于藥卷下滑到指定位置。

（2）裝藥時應注意不要把雜物掉進管內影響裝藥。

（3）嚴禁起爆藥卷末裝到藥處，繼續裝藥就會形成堵孔。

2.2.5 堵孔處理

起爆藥末裝入炮孔前可用木制炮棍捅透裝藥，疏通炮孔；在起爆藥包裝入炮孔后，嚴禁用力直接捅、壓起爆藥包，可與現場爆破技術和設計人員協商提出處理辦法。

2.3 封堵

根據設計要求，采用水體作為封堵材料，封堵水深同庫水位。

2.4 爆破網路

淤泥爆破網路采用的起爆方法為：每孔通過并聯2發即發高精度毫秒電雷管，在水上通過引爆雙股導爆索和單股導爆管2套非電爆網路來起爆淤泥孔內裝藥。每孔共投2個導爆管雷管起爆藥包。淤泥鉆孔共設4孔，淤泥爆破網路由4組每組2個并聯的即發電雷管組串聯組成淤泥電爆網路支路。

當裝藥完畢后，整理導爆索、導爆管成束綁上2個1段電雷管（并聯），聯結點浮筒上的立桿上懸吊起來，高于水面3m，不得侵入水中。

3 施工安全

在以下情況下應停止水下爆破作業：（1）風速超過6級，流速超過3m/s，浪高超過80cm，水位變幅大，水位暴漲暴落時；（2）大霧天氣，能見度不超過100m時；（3）雷電或暴風雪來臨時。

4 爆破效果觀測

隨著一聲驚天巨響，電光火石之間，巨大的火球噴薄而出，一股股濃煙沖天而起，一朵朵水花噴涌綻放，緊接著大量的濃煙夾帶著飛濺的水花垂直向上連續噴射，水面升騰起來，擴散開來，產生了水冢運動，也就是水面鼓包運動。

鼓包運動以垂直水面向上方向運動為主，上升速度極快，0.6s內就能達到拍攝畫面高度20m。

同時巖塞口上方水面波濤洶涌，沿徑向四面八方擴散，至岸邊崖處勢如驚濤拍岸，蔚為壯觀；沿水面開闊方向，則漸行漸遠，逐漸消失。

測量結果顯示[2]，6ms時水冢高度為5.24m，88ms水冢高度為5.36m時開始破裂，射出黑白煙霧的混合體，其中黑色煙霧升騰高度分別為5.74m、5.36m；611ms時黑白煙霧又混合在一起，升騰高度為20.43m。

3.286s時水面已出現直徑為15.6m 的漩渦，15.658s時水面上空煙霧基本散去，爆心垂直上方的水面泛白，并漸漸向水平徑向擴散，兼具向上運動的趨勢，開始出現二次鼓包現象。17.912s 時二次鼓包達到最高處，高度為1.29m，直徑為9.3m，25.111s時鼓包直徑32m。

爆后197s水面局部有氣體逸出，爆后290s水面有大量氣體逸出。

從以上觀測成果可以看出，本次水下淤泥爆破是成功的。觀測成果和現象除反映了水下淤泥擾動爆破的一般規律外，也揭示了值得關注的深厚淤泥爆破的特殊現象和規律。

5 結束語

工程實踐證明，上述淤泥擾動爆破具有操作簡單、勞動強度小、施工速度快、經濟合理等特點，從觀測成果可以看出，本次水下淤泥爆破是成功的。觀測成果和現象除反映了水下淤泥擾動爆破的一般規律，也揭示了深厚淤泥爆破的特殊現象和規律，可用于不便于機械施工、水下巖塞爆破中巖塞口淤泥的處理工程中，為以后類似工程施工提供一種行之有效的新技術。