預(yù)裂爆破技術(shù)生產(chǎn)性試驗(yàn)在施工中的應(yīng)用

楊祎慧，古 軍，張向東

(1.陜西省西安市渭浐河城市段管理中心，陜西 西安 710016;2.陜西省西安市防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)，陜西 西安 710048)

預(yù)裂爆破技術(shù)生產(chǎn)性試驗(yàn)在施工中的應(yīng)用

楊祎慧1，古 軍2，張向東2

(1.陜西省西安市渭浐河城市段管理中心，陜西 西安 710016;2.陜西省西安市防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)，陜西 西安 710048)

水電站施工過程中開挖量大，大體積砼施工更需要大量的地材，地處偏遠(yuǎn)的水利水電工程自行加工地材是比較可行的方案，爆破法從施工的難度、可操作性、經(jīng)濟(jì)性上綜合考慮都是較好的選擇。預(yù)裂爆破技術(shù)的核心是控制爆破力。預(yù)裂爆破技術(shù)的生產(chǎn)性試驗(yàn)是驗(yàn)證爆破設(shè)計(jì)的合理性并進(jìn)行優(yōu)化的途徑，通過驗(yàn)證孔位布置、裝藥量等選擇合理的爆破參數(shù)，結(jié)合工程實(shí)例總結(jié)分析，以期取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的目的。

預(yù)裂爆破;爆破試驗(yàn);施工應(yīng)用

1 工程應(yīng)用情況

三峽工程規(guī)模巨大，建筑物基礎(chǔ)開挖面積達(dá)60萬(wàn) m2以上，若采用常規(guī)施工方法，不僅耗費(fèi)高，而且工期也難以保證。從1994年開始在三峽主體工程建筑物基礎(chǔ)、左岸臨時(shí)船閘的建基面等多部位進(jìn)行著預(yù)裂爆破施工，取得較好的效果，施工面積約20余萬(wàn)m2，大幅度減少了巖面整修及超挖造成回填的損失，不僅大大提高了建筑物基礎(chǔ)的開挖質(zhì)量，而且加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了投資。

2 技術(shù)原理剖析

預(yù)裂爆破采用小抵抗線、寬孔距、小梯段爆破，以充分利用先爆孔已形成的良好臨空面，使爆破能量主要沿臨空面方向破碎巖體，拋擲巖塊，以相應(yīng)減少底部爆破荷載，克服平地火炮帶來的單耗藥量大、半孔率低等缺點(diǎn)。

使用短時(shí)差等間距毫秒微差雷管代替火雷管起爆，更好地克服后排巖體的夾制作用，獲得較平整的建基面。合理的時(shí)差選擇使各段爆破荷載相互反向疊加而削減其強(qiáng)度，減少爆破對(duì)底部巖體的破壞程度;孔底設(shè)柔性材料(如竹筒、鋸沫、泡沫等)，利用墊層的緩沖作用，使孔底部以下巖體免遭破壞影響。

3 重點(diǎn)難點(diǎn)分析

3.1 爆破試驗(yàn)方案

方案設(shè)計(jì)是施工的首要工作，其內(nèi)容為:合理的深孔爆破孔網(wǎng)參數(shù)及單耗的確定;確定預(yù)裂爆破或光面爆破合理裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu);通過預(yù)裂、梯段爆破試驗(yàn)，確定施工中規(guī)格化生產(chǎn)的爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)及起爆方式及網(wǎng)絡(luò);通過對(duì)需要上壩的石方開挖區(qū)進(jìn)行級(jí)配料爆破試驗(yàn)，確定相關(guān)爆破參數(shù)、單耗及級(jí)配料篩分測(cè)定。

爆破施工的內(nèi)容簡(jiǎn)單，但是需要考慮的因素眾多，而且個(gè)性差異很大，因此，方案確定以后需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以最終確定爆破參數(shù)。試驗(yàn)內(nèi)容為:場(chǎng)地選擇具有代表性，在開挖區(qū)內(nèi)選取具有代表性的地段進(jìn)行爆破試驗(yàn);爆破參數(shù)試驗(yàn)2～3組，以便指導(dǎo)施工;試驗(yàn)數(shù)據(jù)的初步選定要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算選取;試驗(yàn)記錄準(zhǔn)確;暫定試驗(yàn)鉆爆參數(shù)以階梯爆破選定參數(shù)為基礎(chǔ)，選定上下界限參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn);對(duì)于主堆石料、下游堆石料等不同級(jí)配的壩體填筑料應(yīng)分別進(jìn)行爆破試驗(yàn);根據(jù)爆破設(shè)計(jì)的起爆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排間、孔間、孔內(nèi)微差爆破;導(dǎo)爆管中繼傳爆;復(fù)式網(wǎng)絡(luò)傳爆。

3.2 爆破參數(shù)測(cè)定

3.2.1 選擇性能優(yōu)異的炸藥

為了解決爆破石料往往缺乏細(xì)顆粒含量的問題，應(yīng)選用爆速高、猛度高且做功能力高的炸藥。市場(chǎng)供應(yīng)的各種炸藥中，巖石膨化硝銨炸藥等產(chǎn)品能較好的符合此條件，其主要性能指標(biāo)為:爆速≥3 200 m/s，猛度≥12 mm，做功能力≥298 ml，殉爆距離≥4 cm，藥卷密度 0.85 ～ 0.95 g/cm3，保質(zhì)期6個(gè)月。粉狀乳化炸藥，其主要性能指標(biāo)為:爆速≥3400m/s，猛度≥13mm，做功能力≥300ml，殉爆距離≥5 cm，藥卷密度0.85～1.05 g/cm3，保質(zhì)期6個(gè)月。相對(duì)其它品種炸藥，粉狀乳化炸藥的性價(jià)比比較好。

炸藥單耗q:參照同類工程經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)分別先根據(jù)做功暫定經(jīng)驗(yàn)值q=0.40～0.45 kg/m3;單孔藥量Q:Q=(πd2ρeL1)/4，ρe為裝藥密度，取 ρe=900 kg/m3。

3.2.2 根據(jù)巖石情況布設(shè)孔位

定位后用潛孔鉆機(jī)造孔，孔徑 φ105 mm，孔距70 cm，φ32藥卷間隔裝藥，導(dǎo)爆索起爆;經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整以及參考其他工程經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)不可能與正式爆破一樣布設(shè)炮孔排數(shù)與列數(shù)過多，又要能基本反映出正式爆破的情況，所以試驗(yàn)炮孔排數(shù)為3排、8列。

根據(jù)生產(chǎn)量的需要臺(tái)階/梯段高度設(shè)為10～12 m;鉆孔傾角θ在正式爆破中十分重要，炮孔往往在10排以上，鉆孔傾角一般為90°，但是靠近臨空面的第一排炮孔為了不使底盤抵抗線過大，影響爆破塊度，一般將此排炮孔布置為斜孔，可取θ=60°并可以在孔底加入柔性物質(zhì)用于緩沖沖擊力，第二排炮孔θ=75°，第三排及以后各排炮孔均為豎直孔，即θ=90°。

超鉆深度h及炮孔深度L:對(duì)于多層梯段爆破，超鉆深度h是一個(gè)不重要的參數(shù)，在此取h=0.5 m，這時(shí)炮孔深度 L=(H+h)/sinθ。由于爆破臺(tái)面的原始面不可能平坦，因此，各炮孔孔口不在同一高程上，所以在現(xiàn)場(chǎng)布置炮孔后，應(yīng)實(shí)測(cè)各孔口高程，按上式分別求出各孔應(yīng)鉆孔深，作為鉆孔的依據(jù)。這樣做，可保證各孔孔底落在同一高程上。

炮孔布置成梅花形布置，偏差應(yīng)不大于15 cm，第一排炮孔鄰近側(cè)向臨空面，側(cè)向臨空面凹凸不平，增加了第一排布孔難度。要調(diào)整其孔距(一般是加密炮孔)，使每一個(gè)炮孔承擔(dān)的爆破方量與后排炮孔承擔(dān)的方量基本相等，0.5×(W下 +W上)a1H=abH;孔距 a與排距 b:a=(mQ/qH)1/2，b=a/m=(Q/mqH)1/2;炮孔鄰近系數(shù)m為孔距a與排距b之比，即m=a/b。本工程取 m=1.2 ～1.5，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，先取 m=1.3。

3.2.3 合理裝藥、堵孔是關(guān)鍵

藥量按照規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)值的單位土石方開采量消耗量裝填，爆破孔一般采用連續(xù)裝藥方式，預(yù)裂孔串狀間隔裝藥或者半耦合裝藥，有效控制藥卷凈間距、裝藥長(zhǎng)度和封堵長(zhǎng)度。按爆破試驗(yàn)參數(shù)，用粘土等封堵爆破孔并分層搗實(shí)，預(yù)裂孔先用編織袋塞堵;根據(jù)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，完成網(wǎng)路聯(lián)接并對(duì)爆破網(wǎng)路進(jìn)行復(fù)查。見圖1。

圖1 生產(chǎn)性試驗(yàn)

3.2.4 爆破完成后對(duì)參數(shù)、效果進(jìn)行分析

通過生產(chǎn)性試驗(yàn)參數(shù)(表1)可以分析得出:孔位布置是根據(jù)所需要開采的土石方量確定的，相同的布孔方式下取得土石方量相同，同等土石方量的炸藥消耗量是經(jīng)濟(jì)效益的重要考量指標(biāo)，同時(shí)巖面半孔率、平整度、超欠挖等也要進(jìn)行綜合考量。生產(chǎn)性試驗(yàn)取得的參數(shù)經(jīng)分析、調(diào)整、驗(yàn)證才能進(jìn)行生產(chǎn)，表1中2#段試驗(yàn)數(shù)據(jù)能滿足生產(chǎn)對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的要求，被確定為生產(chǎn)參數(shù)并投入正式施工。

4 試驗(yàn)參數(shù)在工程實(shí)例中的效益

通過預(yù)裂爆破生產(chǎn)性試驗(yàn)取得的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在壩肩施工中優(yōu)化了底部水平孔與周邊預(yù)裂孔先爆，上部爆破孔從自由邊起依次以正弦波形順序起爆的方案，合理優(yōu)化了試驗(yàn)參數(shù)。爆前、爆后巖體縱波波速差大為降低，在20 cm范圍時(shí)降低4.98% ～10.52%，在20～40 cm范圍時(shí)降低 0.73% ～5.74%;半孔率達(dá)100%;不平整度小于15 cm，并且圍巖原生裂隙無(wú)擴(kuò)展現(xiàn)象，山體階梯型(圖1、2)開挖的土石方單位體積消耗炸藥量滿足效益最大化，且開采區(qū)開挖后作業(yè)面附近圍巖整體穩(wěn)定。

右岸縱向圍堰建基面的保護(hù)層水平預(yù)裂爆破施工時(shí)，由于場(chǎng)地和部位的限制必須采用手風(fēng)鉆造孔，但是生產(chǎn)性試驗(yàn)的方法依然適用，通過試驗(yàn)證實(shí)孔徑 48 mm、孔距 30～40 cm、線裝藥密度100～120 g/m是該部位的最優(yōu)參數(shù)。經(jīng)爆前、爆后聲波檢測(cè)爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波波速在4 400～5 600 m/s之間變化不大，半孔率達(dá)95%以上，不平度能控制在15 cm以內(nèi)，經(jīng)濟(jì)、安全效益明顯。

表1 爆破參數(shù)選擇

圖2 壩肩開挖前后對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)性試驗(yàn)是預(yù)裂爆破施工的重要環(huán)節(jié)，由于地質(zhì)條件、施工水平等因素的不同，不能照本宣科、查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和類比工程參數(shù)，必須要進(jìn)行系統(tǒng)的生產(chǎn)性試驗(yàn)，經(jīng)對(duì)取得的參數(shù)進(jìn)行分析、優(yōu)化、調(diào)整，以獲得有針對(duì)性的預(yù)裂爆破施工參數(shù)，在施工中要進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)隨時(shí)關(guān)注巖性的變化，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況適時(shí)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

［1］水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范(DL/T5135－2001).

［2］盧文波，賴世驟，朱傳云等.三峽工程巖石基礎(chǔ)開挖爆破震動(dòng)控制安全標(biāo)準(zhǔn)［J］.爆炸與沖擊.2001，21(1):67－71.

Application of the Pre－splitting Blasting Technology Test for the Construction

YANG Yi－ hui1，GU Jun2，ZHANG Xiang － dong2
(1.Xi’an Management Center of the urban section of Weichan River，Xi’an 710016，Shaanxi;2.Xi’an flood control motorized rescue team，Xi’an 710048，Shaanxi)

For large excavation during construction of the hydropower stations，a lot of flooring are required in large volume concrete construction. Therefore，for the remote water conservancy and hydropower project，it would be a better choice to get the local materials on their own processing.The blasting method would be the better choice for the fully considering on the difficulty of construction，operability and economy. The core technology of the pre－ split blasting is to control the blasting force.Pre－h(huán)iatus could be mitigating the effects of blasting on the surrounding rock disturbance. Reducing the vibration strength is conducive to maintain the stability of surrounding rock.Pre－ split blasting production test is to verify and optimize the rationality of the blasting design.Choosing a suitable blasting parameters，such as verify of hole layout，the charge weight，and analyzing some engineering examples，could be obtain a better value for economic benefits.

Pre－splitting blasting;the burst test and construction application

TD235.371

A

1004－1184(2012)05－0196－02

2012－07－25

楊祎慧(1971－)，女，陜西西安人，工程師，主要從事水利水電工程施工與管理。