水利水電工程爆破技術的關鍵環(huán)節(jié)分析

王明昌

（云南省水利水電工程有限公司，云南昆明 650000）

在修建水利水電工程時，需要通過利用爆破技術破壞巖體，進而保障水利水電工程的穩(wěn)定實施。爆破技術在水利水電工程建設中具有重要作用，涉及圍堰拆除、大壩開挖、石料開采、渠道改造、廠房基礎開挖、高陡邊坡開挖等多個施工項目。在水利水電工程施工中，爆破技術是其第一道施工環(huán)節(jié)，最終爆破結果影響著水利水電工程建設進度，而且水利水電工程建設問題具有一定的特殊性，對爆破技術也提出了技術要求，在開發(fā)爆破過程中，對不同結構部位都產(chǎn)生了相應的干擾，需要做好基巖保護，嚴格控制邊坡質量。

1.水利水電工程爆破技術概述

1.1 技術簡介

大多數(shù)水利水電工程都需要具備高水壓性能以及擋水功能，如果水壓力發(fā)生變化，則會直接影響后續(xù)建筑質量，如果情況嚴重甚至會引發(fā)相應的安全問題。水利水電工程本就具有一定的特殊性，同時也具備相應的客觀條件，在爆破建筑物主體巖石時，不可采用常規(guī)建筑行業(yè)、鐵路行業(yè)使用的爆破技術。水利水電工程在爆破時應當注意：首先，應當保護好周圍巖石，使得巖體完整性能夠得到保障，避免產(chǎn)生爆破裂縫，降低對周圍地址條件的影響。其次，雕琢好邊界面。再次，合理控制爆破所產(chǎn)生的震動影響；最后，把握好實際施工強度。可見，水利水電爆破技術屬于重要的工程施工技術，也是一項要求高、挑戰(zhàn)性強的工作。

在水利水電工程爆破技術施工時破壞性較強，在進行修建大壩與地下廠房等過程中，需要通過破壞巖石主體結構等方法進行，不僅會直接影響巖石主體結構，也會影響周圍的生態(tài)環(huán)境，給后續(xù)水利水電工程建設帶來較為嚴重的安全隱患，使得工程投資成本明顯升高[1]。在應用水利水電工程爆破技術時，會直接影響巖體爆破的效果，也會直接影響爆破的安全性，實現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著水利水電工程爆破技術的不斷完善與實施，相關工作人員仍需不斷探索其中技術標準，提高自身的專業(yè)實力，保障最終的建設結果。

1.2 爆破原理

爆破的原因分為2個階段，第一階段為炸藥在圍巖間產(chǎn)生應力波，并形成環(huán)向或縱向的裂縫，使得巖石破碎；第二階段在爆破過程中會產(chǎn)生較為強大的氣流，并形成空腔，使得巖石破碎，也會在氣流的影響下向外拋擲。由此可以認為，在巖石爆破過程中，爆破主要能力分布在延時變形能量與爆炸氣體形成的拋擲能中。爆破過程中能量的消耗分布為：爆炸氣體膨脹消耗的能量為50%，沖擊波能量為10%，無用能為20%～30%。通過能量守恒定律可以發(fā)現(xiàn)，通過提高爆炸沖擊波能量的消耗，能夠有效提高爆破效率。在豎向掘進過程中，由于只有一個自由面，爆破效果會受到影響，這時爆破巖石較為困難，在布置炮眼時就應當綜合考慮如何創(chuàng)造第二個爆破面。螺旋掏槽中空眼作用就是創(chuàng)造第二個自由面，當采取爆破技術家里，則會形成較大的爆破力破壞巖石結構，隨后產(chǎn)生的氣流能量，會將巖石拋出，清空槽內(nèi)。

1.3 研究進展

1.3.1 河道對爆破地震波傳播的影響

在水利水電工程采取爆破技術過程中，由于受到自然條件的影響，在建筑物與爆破點之間很容易出現(xiàn)一片水域。比如在拆除三峽三期圍堰是大壩與圍巖之間，形成了較為寬大的水域，由于部分河流的水面較窄，需要對建筑物進行實時震動監(jiān)測。在這種情況下，爆破施工所形成的地震波會對水中建筑物及邊坡造成影響，也會受到地震水壓力的影響。相關爆破專家對爆破所產(chǎn)生的地震波進行研究，以此來控制爆破對周圍建筑物以及邊坡的影響，降低對建筑形狀的危害。河道對爆破地震波會產(chǎn)生影響，河道距離爆破中心點的距離，隨著遠近變化會出現(xiàn)衰減規(guī)律。在研究過程中，可以模仿相應的數(shù)值，掌握巖石主體中震動強度的具體分布規(guī)律。一般情況下，河道水量大小不會影響爆破地震波，在無水情況下相關測試數(shù)據(jù)也不會產(chǎn)生較大的波動，只是震速在有水的情況下會比無水的情況下小[2]。

1.3.2 新澆混凝土在爆破下的安全性

相關實驗研究可以發(fā)現(xiàn)，爆破所產(chǎn)生的振動會對新澆混凝土產(chǎn)生影響，在建設水利水電工程時需要合理控制爆破的震動速度，進而有效降低爆破震動對新澆混凝土所產(chǎn)生的影響。通過理論研究發(fā)現(xiàn)，在爆破過程中，混凝土的極限振震速度會受到新澆混凝土的彈性模量、基巖聲波速度的影響。我國當前混凝土澆筑規(guī)范是將1d～3d內(nèi)的混凝土劃分在同一期限內(nèi)，此種劃分模式較為籠統(tǒng)，需要對其進一步詳細劃分。雖然我國當前大體積混凝土基礎面上的安全震動速度符合相關安全標準，但對于新澆混凝土而言，其整體結構更為特殊，震動破壞力會受到混凝土結構強度的影響，也與混凝土的應變狀態(tài)存在緊密關聯(lián)。新澆混凝土包括自縮變形、混凝土徐變、內(nèi)部溫度等因素，很容易受到爆破震動的影響，需要加強此類方面的研究。

2.水利水電工程爆破技術要點

2.1 爆破器材

當前，炸藥主要分為銨梯炸藥、乳化炸藥、銨松蠟與銨瀝蠟炸藥、水膠炸藥與粉狀銨油炸藥、靜態(tài)破碎劑、光面（預裂）爆破專用炸藥等。普通的爆破會造成較為嚴重的造成污染，同時也會產(chǎn)生諸多硝煙、粉塵顆粒，在劇烈震動的影響下會產(chǎn)生大量飛石，危及工作人員的人身安全，可見普通爆破工作較為危險。但是，使用靜態(tài)破碎劑則能夠使用固體膨脹產(chǎn)生的低壓慢慢切割，破碎巖石，安全性更高，噪音污染能夠有效減少普通爆破帶來的多種不利影響。但由于整體經(jīng)濟成本高，更常用于拆除混凝土建筑物，大理石、花崗石等石材切割開采中。隨著環(huán)境保護被社會廣泛重視，降低對環(huán)境的污染是社會的發(fā)展初衷，而此種炸藥的應用范圍會越來越廣，擁有較為長遠的發(fā)展前景。除此之外，主要起爆器材還包括雷管、引爆器具、傳爆器材、導爆管。

2.2 爆破方法

2.2.1 淺孔爆破法

淺孔爆破法就是將爆破的孔徑控制在75mm以內(nèi)，深度控制在5m以內(nèi)。淺空爆破法能過將巖石破碎為介質較為均勻的小塊，只需要借助操作較為簡單的鉆孔設備即可，爆破效果能夠得到保障，操作方法更為簡單，對地形的要求較少，在多種多樣的地形條件中都能夠有所應用，同時也能夠有效控制爆破面的形狀與規(guī)格[3]。但此項方法也存在諸多不足，比如生產(chǎn)效率較低，每個炮孔所產(chǎn)生的方量不同，進而導致工作量增大，人力成本也隨之提升，不利于獲取最大化的經(jīng)濟效益。

2.2.2 深孔爆破法

深孔爆破技術就是指爆破鉆孔孔徑在75mm以上，孔深超過5m以上，此種保護方法在爆破后會出現(xiàn)大石塊，為了處理好此類大石塊，則需要再次進行爆破。當前，在開挖大型基坑、開發(fā)大型采石場時主要采用深孔爆破法，與淺孔法相比，巖石鉆孔工作量較小，所消耗炸藥也較少，勞動生產(chǎn)率較高，具體操作過程更加簡單，與淺孔法相比操作更為簡便。但深孔爆破法也存在缺點，例如深孔設備更復雜、價格高、鉆孔速度較慢。這就會導致生產(chǎn)成本提高，因此需要慎重使用。

3.水利水電工程爆破技術的應用

3.1 預裂、光面爆破

預裂爆破技術的具體操作方式為：在爆破過程中按照設計方案開挖并打密集孔，安裝少量的材料，使其能夠預先爆炸成縫，使得爆區(qū)之外巖體能夠得到保留，也能夠避免建筑物受到破壞。光面爆破技術的主要操作方式為：在已經(jīng)開發(fā)的輪廓線周圍布置間距較小的平行炮孔，炮孔放置藥量控制在少量即可，而后引爆。這種爆破方式不僅能夠爆破輪廓下的巖石，對輪廓線以外的巖石也能夠起到保護作用，不會產(chǎn)生較為嚴重的破壞，而且這項技術能夠在周圍留下痕跡，使得斷面更加整齊，圍巖更加穩(wěn)定。此項技術在我國水利水電工程建設中得到了廣泛應用，最初成功應用于云南糯扎渡水電站，在使用之后獲得了良好的爆破效果與經(jīng)濟效益，而后得到了推廣。此項技術不僅能夠有效控制開發(fā)面，也能夠保持邊坡與圍巖的穩(wěn)定性，降低開發(fā)工作量，施工效率明顯提升。比如，在三峽永久船閘開挖爆破過程中，則優(yōu)先采用了光面爆破技術，獲取到了良好的爆破效果，能夠有效保留壁面完整性，提高爆破水平。

3.2 面板堆石壩級配料開采爆破

此項技術主要是在混凝土面板堆石板的中應運而生，近年來此項技術得到了快速的推廣與使用，在建設中小型水電站中應用更為常見[4]。比如，在天上教一級水電站中，主要采用的就是混凝土面板堆石壩壩體技術，這一大壩高度位居世界第二，壩體方量位居世界第一。在建設烏弄龍水電站時，主要采取的施工方法為直接上壩填筑堆石壩級配料。天生橋一級水電站不僅采取了直接上壩填筑方法，還研究分析了爆破塊度分布、塊度預報以及參數(shù)優(yōu)化，對后續(xù)水利水電工程建設起到良好指導效果。

3.3 圍堰爆破拆除

在建設大型水利水電站時，需要拆除周圍的臨時建筑物，為了保障拆除效率，使得施工進度的逐步推進，可優(yōu)先選擇圍堰爆破拆除法。此項技術屬于臨水爆破作業(yè)范圍，一般通過利用無水區(qū)來開展爆破作業(yè)，比如非臨水面等。一般情況下，此項技術的施工要求更高，需要一次爆通成型，同時需要滿足泄水與進水的基本需求。對于周圍已經(jīng)建好了建筑物，需在爆破時做好防護措施，減少不必要損害的發(fā)生。在建設三峽工程過程中就積累了較為豐富的圍堰爆破拆除經(jīng)驗。在具體操作過程中，需要充分破碎圍堰滿足設計需求，保障閘門與建筑物的安全性，使得電廠設備能夠穩(wěn)步運行，應當適中貫徹落實高單耗、低單響的思想，在實際工作過程中充分利用接力起爆系統(tǒng)，并構建完善的安全控制標準，避免飛石產(chǎn)生巨大危害，提高工程建設效果。

3.4 定向爆破筑壩

定向爆破筑壩技術既快捷又高效，在建設水利水電工程中得到了廣泛應用，此種方法在東川口水電站建設中應用最早，而后得到了進一步的推廣，目前超過60座水庫擁有了此項技術。此種方法具有獨特的優(yōu)勢，具體主要表現(xiàn)為：首先，對施工道路的要求較低，能夠有效降低建設道路的基本成本，同時也不需要在施工過程中應用到大量的機械設備，在一定程度上節(jié)約了成本的支出。其次，此項技術能夠實現(xiàn)一次性完成采石、運輸與填筑等流程，既能夠有效節(jié)約人工成本，也能夠減少工程建設成本，提高水利工程建設的經(jīng)濟效益[5]。最后，此項技術的使用施工速度更快，爆破堆積高度更高，能夠起到攔洪的效果，更利于度汛，能夠有效節(jié)約建設圍堰工程所產(chǎn)生的施工成本，獲取更高的經(jīng)濟效益。

3.5 巖塞爆破

巖塞爆破技術屬于水下爆破的方式之一，早在上世紀70年代就已得到應用。通過對巖塞位置的觀察，可以發(fā)現(xiàn)其一般處于水庫底部，隧洞末端，當完成洞內(nèi)工程建設后，需要炸除全部巖塞，進而使得洞與庫之間能夠互相聯(lián)通。巖塞爆破具有諸多優(yōu)勢，主要包括：第一，不會受到水庫水位上漲的影響，也不會受到季節(jié)性降水的影響；第二，在爆破時不需要修建圍堰工程，使得工程量明顯降低，工程施工成本得以節(jié)省；第三，爆破攻擊較短，施工效率更高、資金投入較少、成本更低；第四，在施工過程中，水庫能夠正常運行并不會受到任何影響。當前我國在建設水利水電工程時，巖塞爆破的應用較為常見，通過對裝藥方式的分類，可以將其分為為硐室爆破和炮孔爆破。而通過對爆碴處理方式的分類，將其分為留碴爆破和泄碴爆破。而在具體施工中，通過合理選用巖塞爆破方式能夠有效提高爆破效果，積累豐富的經(jīng)驗，值得進一步推廣。

3.6 隧道掘進爆破

隧道掘進爆破技術是爆破中的重要技術之一，在水利工程建設中需要進行地下工程開發(fā)，而隧道掘進爆破是其重要組成部分，常見的包括引水洞、斜豎井、灌漿洞等。這種爆破方法不僅成本低廉，地質條件也具有較高的適應性，具有廣泛的應用價值。在建設隧道工程過程中，爆破開發(fā)是其關鍵步驟，其技術的好壞直接影響著水利工程的后續(xù)建設質量，會影響具體施工進度。在隧道掘進爆破過程中會受到照明、噪聲等多項因素的影響，而施工作業(yè)效果也會間接受到影響，使得施工難度加大[6]。除此之外，由于爆破的自由面較少，破碎的巖石會直接影響藥量損耗，為了提高爆破效率爆破質量，就應當按照實際設計標準逐步進行，不可出現(xiàn)超挖等情況，要避免支架、電線等受到損害。因此在施工過程中，要盡量降低爆破對圍巖的影響，使得圍巖的完整性得以保存，進而提高工程質量。

4.結語

我國水利水電工程當前對爆破技術的使用已經(jīng)積累了一定經(jīng)驗，但是對爆破技術的使用范圍了解不夠全面，進而導致爆破技術的關鍵施工技術未得到全面應用，使得工程進度、工程成本以及質量都受到影響，需要不斷完善現(xiàn)有技術，加強質量控制，提高施工效率。