船閘工程深基坑深淺孔爆破施工參數設計研究

張 愷

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523000)

1 工程概況

本工程區域地質構造位于南嶺緯向構造帶的中南段，北有粵北山字形構造前緣弧和貴東—蕉嶺斷裂帶，中有東西向清遠—安流、豐良—佛崗斷裂帶和高要—清遠 S 形斷裂構造通過，南鄰新生代三水構造盆地是多種構造復合的地區。工程主要是拆除重建一線船閘主體結構上下游閘首、閘室及部分引航道圍堰基坑石方爆破工程，有效尺寸600.0 m×39.8 m×16.0 m，爆破規模約11.7萬m3。爆破區域分為A爆區和B爆區。A爆區南側75 m處為新建二線船閘航道，北側40 m處為防洪堤。B爆區北側20 m處為白石窯泄水閘集控樓，距白石窯樞紐泄水閘27 m。北側310 m處為運行中的水電站及發電廠中心控制室設備[1-5]。

2 爆破設計

本項目是針對北江航道擴能升級工程白石窯樞紐船閘基坑爆破工程做的專項設計。設計內容主要為：①施工過程中的深孔爆破參數包括深孔爆破施工工藝，以及爆破安全技術，爆破有害效應的控制措施、爆破警戒與信號的規定、爆后檢查和盲炮處理等進行設計。②對開槽爆破、道路開拓、臺階修整爆破時的淺孔爆破進行爆破參數設計[6]。

2.1 爆破方案

爆區主要為基坑爆破，由于基坑深度較深，周邊環境較復雜，爆破時應盡量減少飛石、震動等爆破有害效應。綜合考慮上述因素，本爆破工程分為A、B兩個爆區。A爆區選用的爆破方法為深孔梯段毫秒延期松動控制爆破，單孔單響起爆技術。先選取適當位置(地勢低洼或巖層較軟地段)進行開槽爆破，為基坑爆破創造臨空面，當形成臺階工作面后以臺階形式向前推進；地連墻附近石方采用預裂爆破技術，有效控制主爆區對保留區的振動影響，防止破裂縫伸向保留區；為進一步減小爆破振動對地連墻的影響和對已形成預裂面的破壞，并有效解決預裂面掛邊問題，擬在梯段爆破孔與預裂孔之間設緩沖孔爆破，緩沖孔與梯段孔同時爆破。B爆區選用淺孔松動控制爆破，最大限度地減小爆破振動對重要保護設施的影響，嚴格控制可能產生的飛石對人員、建(構)筑物及設備造成的危害[7]。

2.2 石方爆破設計

(1)淺孔爆破技術參數設計計算。對爆區表層的剝離、運輸道路開拓、平臺修整爆破及開挖深度5 m內區域，主要采用淺孔控制爆破施工工藝，淺孔爆破鉆孔直徑為φ40～φ42 mm。臺階高度通常不超過4 m，依據具體情況合理靈活選擇臺階高度。

藥量計量中單孔藥量可按式(1)計算：

Q=q·a·b·H

(1)

式中：Q為藥量計量中單孔藥量，kg；q為單位體積耗藥量，取0.35 kg/m3；a為孔間距，取1.4 m；b為排間距及抵抗線，取1.2 m。H為臺階高度，取4.0 m。

經計算Q=2.33 kg。裝藥及堵塞采用連續裝藥，堵塞長度L≥寬度W。

起爆方式在孔內使用電子數碼雷管，采用單孔單響逐孔起爆方式進行起爆，擬定孔間延時9 ms，排間延時17～25 ms。淺孔爆破相關孔網參數可參照表1。淺孔爆破裝藥結構見圖1。

表1 淺孔爆破參數

圖1 淺孔爆破炮孔平面布置圖與剖面圖

(2)開槽爆破技術參數設計計算。在基坑適當位置(地勢低洼或巖層較軟地段)首先進行開槽爆破，為后續深孔松動爆破創造臺階工作面，設計開槽寬度4～8 m，布置3～5排孔。依據被保護物的距離和試爆效果選擇合適的炸藥單耗。孔網參數：孔徑d為90 mm；孔深H為6～8 m；孔間距a為2.5 m；排間距及抵抗線b為2 m；采用梅花形布孔。藥量計量同式(1)，其中單位體積耗藥量本設計中計算時取0.50 kg/m3。計算出Q為20 kg。裝藥及堵塞采用連續裝藥，堵塞長度L≥3 m。起爆方式采用電子數碼雷管起爆網絡，單孔單響逐孔起爆技術進行起爆。設計孔間延時17 ms，排間延時42 ms。爆破相關設計參數可參照表2選取[8]。開槽爆破裝藥結構見圖2。

表2 開槽爆破參數

圖2 開槽爆破平面布置圖及起爆網路

(3)深孔爆破技術參數設計計算。φ90 mm深孔爆破技術基本參數包括：深孔爆破炮孔的直徑d=90 mm；鉆孔超深h=(0.08～0.12)H；炮孔深度L=H+h。底盤抵抗線計算如式(2)：

W≤Hcotα+B

(2)

式中：W為底盤抵抗線，m；H為臺階高度，m；α為臺階坡面角，本工程中約為85°；B為從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，m，對大型鉆機，B≥2.0～3.0 m。

經計算本工程取W=2.5 m。孔距a、排距b計算如式(3)、式(4)：

a=(1.0～1.2)W

(3)

b=(0.8～1.0)a

(4)

本設計單耗q取0.35 kg/m3，單個藥包藥量Q為31.5 kg。

φ115 mm深孔爆破技術基本參數包括：深孔爆破炮孔的直徑d=115 mm；鉆孔超深h=(0.08～0.12)H；炮孔深度L=H+h；

底盤抵抗線計算同式(2)，臺階坡面角在本工程中約為85°；從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，對大型鉆機，B≥2.0～3.0 m；經計算本工程取W=3 m。此外，孔排距a=3.5 m，b=3.0 m，炸藥單耗q=0.35 kg/m3。單個藥包藥量計算為44.1 kg。圖3為數碼電子雷管裝藥結構圖，圖4為臺階深孔爆破炮孔布置剖面圖。

圖3 數碼電子雷管裝藥結構

圖4 臺階深孔爆破炮孔布置剖面圖

(4)預裂爆破技術參數設計計算。本工程中預裂爆破適用于需嚴格控制坡度和平整度且巖體較硬的情況。根據工程類比法，預裂爆破參數取值見表3。主爆孔和預裂孔布置如圖5。鉆孔前按設計孔、排距布置孔位，技術人員可根據現場條件在一定范圍內調整，孔位調整以均勻分散、保證平整的開挖輪廓面為原則。現場技術人員根據效果進行適當調整[9-14]。

表3 預裂爆破參數

圖5 炮孔布置平面及剖面圖

(5)裝藥結構。主爆區深孔和淺孔均采用連續(耦合)裝藥，預裂孔采用不耦合間隔裝藥結構，如圖6所示。預裂孔不耦合間隔裝藥作業的工藝為：①裝藥前計算好裝藥量，把加工好的藥卷均勻牢固地與導爆索綁在一起，再固定在竹片上，形成藥串。②藥串放入炮孔內，竹片一側靠近輪廓線的外沿。③底部為加強裝藥段，長度相當于填塞段，中部為正常裝藥段，頂部為減弱裝藥段。

圖6 裝藥結構

3 結 論

本文以白石窯樞紐船閘工程為例，從爆破施工工藝流程、深淺孔爆破技術參數設計等方面對船閘基坑爆破工程施工進行了研究。研究方法主要對施工過程中的深淺孔爆破的爆破參數，以及開槽爆破、道路開拓、臺階修整爆破時的淺孔爆破進行爆破參數設計。設計方法能夠對類似水利爆破工程中起爆網、裝藥量、裝藥結構等參數設計起到一定借鑒作用。技術人員可根據施工現場條件在一定范圍內進行調整，以達到最優爆破參數，保證基坑爆破效率和安全。