淺析南灣水庫(kù)溢洪道工程石方爆破施工技術(shù)

□李 巖 □蔡小超 □韓 杰（河南水利建筑工程有限公司）

1.工程概述

南灣水庫(kù)位于河南省信陽(yáng)市近郊，是淮河上游一級(jí)支流浉河上的主要防洪控制工程。南灣水庫(kù)屬大（1）型工程，工程等級(jí)為一等，主要建筑物為Ⅰ級(jí)，水庫(kù)控制流域面積為1100km2，年平均徑流量4.49億m3。

溢洪道位于大壩左岸谷地，受南北向造山運(yùn)動(dòng)影響，巖石飽受錯(cuò)動(dòng)擠壓，使部分巖石崩離埋藏于堆積物中，并使堅(jiān)硬的石英巖大部分破碎，巖性柔軟的炭質(zhì)片巖呈強(qiáng)烈波浪褶皺，加之巖石風(fēng)化劇烈，斷層內(nèi)部又夾斷層泥及膠結(jié)不良的角礫巖，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。

2.施工爆破方案

2.1 爆破方案編制的依據(jù)

爆破方案編制的依據(jù)主要有《河南省信陽(yáng)市南灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工招標(biāo)文件》，《河南省南灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程溢洪道水工部分施工詳圖圖集》，及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家、部頒有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲取的資料、該標(biāo)段的技術(shù)裝備水平、施工管理水平及經(jīng)驗(yàn)等。

2.2 爆破總體方案

本標(biāo)段爆破所受控制因素主要是飛石的影響，其次是控制爆破震動(dòng)對(duì)溢洪道原岸坡的影響。本標(biāo)段基礎(chǔ)石方爆破采用松動(dòng)爆破方案，鋼筋混凝土拆除采用控制爆破。對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖石采用減弱松動(dòng)爆破，用低單位藥量方案,對(duì)于弱風(fēng)化和微風(fēng)化巖石采用松動(dòng)爆破。

3.石方爆破開挖方法

3.1 爆破開挖方法

3.1.1 邊坡石方爆破開挖時(shí)，對(duì)于強(qiáng)弱風(fēng)化、微風(fēng)化和新鮮巖體，開挖邊線處坡面爆破層厚度<1.5m的采用小孔徑（直徑為38～42mm）保護(hù)層開挖法爆破施工，厚度超過1.5m的采用中孔徑（直徑為80～110mm）光面爆破。

3.1.2 爆破區(qū)溢洪道石方爆破施工首先采用垂直于水流方向的中孔徑V型掏槽爆破創(chuàng)造臨空面,后向兩側(cè)擴(kuò)挖，擴(kuò)挖采用中孔徑深孔爆破施工，為后繼石方爆破開挖形成臨空面。

3.1.3 對(duì)于光面爆破和預(yù)裂爆破無法實(shí)施的區(qū)段，為了避免邊坡和渠底巖體出現(xiàn)大量爆破裂隙，以及避免使原有構(gòu)造裂隙和巖體的自然狀態(tài)產(chǎn)生明顯惡化，開挖采用預(yù)留保護(hù)層的方法，保護(hù)層遵照《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL49-94)3.6.3的規(guī)定預(yù)留1.5m的保護(hù)層，并按照規(guī)范中要求的方法進(jìn)行保護(hù)層爆破開挖施工。

3.2 石方爆破開挖程序控制

預(yù)裂和光面爆破施工流程圖保護(hù)層開挖施工流程圖見圖1。

圖1 石方開挖流程圖

3.2.1 石方梯段爆破開挖施工工序控制措施

鉆機(jī)平臺(tái)的修建→表層清理→測(cè)量放樣→布孔→鉆孔→驗(yàn)孔并護(hù)孔→裝藥及堵塞→聯(lián)網(wǎng)→警戒起爆→安全檢查→出渣→工作面清理→下一循環(huán)石方開挖。

3.2.2 保護(hù)層開挖施工控制措施

保護(hù)層開挖嚴(yán)格遵照《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》SL47－94，并按規(guī)范要求認(rèn)真執(zhí)行，具體控制措施如下：

3.2.2.1 潛孔鉆爆破施工進(jìn)程控制主要是控制潛孔鉆超鉆不能深入保護(hù)層內(nèi)部，保證基巖免受大孔徑爆破破壞，具體施工過程中對(duì)最下一層潛孔鉆爆破鉆孔底部高程進(jìn)行控制，鉆孔前對(duì)爆破地面進(jìn)行高程測(cè)量，標(biāo)出每個(gè)孔位的孔深，做好記錄，裝藥前對(duì)每個(gè)炮孔進(jìn)行測(cè)量，對(duì)超過深度的炮孔進(jìn)行回填至設(shè)計(jì)高程，以保證預(yù)留保護(hù)層的厚度。

3.2.2.2 保護(hù)層開挖分三層進(jìn)行，其中,第一層：底部1.5m厚度以上部分主要是潛孔鉆爆破殘留巖埂，采用手風(fēng)鉆鉆孔,直徑Φ35～Φ40，炸藥直徑Φ32，堵塞≥1/2孔深，以火花起爆方式起爆開挖。第二層：對(duì)較完整和堅(jiān)硬的巖石底部厚度0.5m以上1.0 m范圍，對(duì)裂隙發(fā)育和軟弱巖石底部厚度0.7m以上0.8m范圍，采用手風(fēng)鉆傾斜鉆孔，傾角45～60°為宜，孔深分別為1.15m和0.93m，單孔裝藥深度分別為0.6m和0.4m，單孔藥量分別為0.45kg和0.3kg，堵塞深度為0.55m和0.53m。第二層采用火花起爆方式，點(diǎn)炮順序?yàn)樽耘R空面一側(cè)點(diǎn)起并排順序向后點(diǎn)火，多人并排，不能間隔超過一排。第三層：爆破余下的0.5m爆破層，采用與第二層同樣的方法，但裝藥深度為0.2m，藥量為0.15kg，堵塞深度0.37m。工程經(jīng)驗(yàn)說明，第三層的爆破要分多次進(jìn)行，因?yàn)橄噜徟诳字g的殘留巖埂需要多次爆破才能達(dá)到設(shè)計(jì)邊線要求。

3.3 石方爆破參數(shù)選擇

3.3.1 主體石方開挖爆破參數(shù)說明

3.3.1.1 臺(tái)階高度H的確定

臺(tái)階高度H是深孔爆破的最重要參數(shù)之一，它直接影響鉆孔、爆破挖運(yùn)作業(yè)系統(tǒng)，因此應(yīng)綜合考慮工地的地形地質(zhì)條件，鉆孔機(jī)械的配備、挖運(yùn)能力，工期要求、工程成本等因素進(jìn)行確定，原則上越深越好，一般取10～15m。

3.3.1.2 超鉆深度h的選擇

超鉆作用是為了克服底盤巖石的夾制作用，使爆破后不殘留根坎，開挖后形成平整的底部平面，一般取h=（8～12）D或h=（0.05～0.25）H。

3.3.1.3 孔距a和排距b的選擇

合理的孔排距可以增加鉆孔延米爆破方量，改善爆破效果，降低大塊率。一般設(shè)計(jì)孔距大于排距，即a=（1～1.56）b。根據(jù)本工地采用鉆孔直徑D=105mm和D=38～42mm類似爆破工程經(jīng)驗(yàn)，控制爆破區(qū)取a=3.5m，b=3.0m。

3.3.1.4 堵塞長(zhǎng)度L2的確定

合理的堵塞長(zhǎng)度和良好的堵塞質(zhì)量，是改善爆破效果、防止飛石確保安全的重要手段，一般按：L2≥0.75W1或L2=（20～40）D。為了確保本工地爆破安全，本工地取L2≥0.75W1=2.5～3.0m。

3.3.1.5 單位用藥量q的選擇

本標(biāo)段主要采用2號(hào)巖石硝銨炸藥，單位用藥量q值也是深孔爆破的重要參數(shù)，用藥量太小，雖然安全，但是易產(chǎn)生根坎和大塊，造成后繼施工困難；用藥量太大，易產(chǎn)生飛石，出現(xiàn)安全事故。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖石采用減弱松動(dòng)爆破，用低單位藥量方案，采用單耗0.3～0.35kg/m3；對(duì)于弱風(fēng)化和微風(fēng)化巖石采用單耗0.4～0.45kg/m3；對(duì)于新鮮巖石采用單耗0.5～0.6kg/m3。

3.3.1.6 炮孔裝藥量計(jì)算

單排孔和多排孔第一排孔單孔藥量計(jì)算：

Q=qaW1H

后排孔同時(shí)爆破時(shí)單孔藥量計(jì)算：

Q=qabH，

根據(jù)上述爆破參數(shù)選擇方法，本爆破區(qū)初選出的爆破參數(shù)見表1，表中的爆破參數(shù)要在爆破實(shí)踐中不斷加以優(yōu)化，使爆破效果達(dá)到最優(yōu)。

3.3.2 預(yù)裂或光面爆破參數(shù)說明

表1 控制爆破初選爆破參數(shù)表

預(yù)裂或光面爆破參數(shù)首先使用經(jīng)驗(yàn)公式或工程類比法確定初值，再結(jié)合生產(chǎn)性試驗(yàn)加以調(diào)整。

3.3.2.1 預(yù)裂或光面爆破孔徑的確定

開挖邊線處邊坡治理爆破層厚度<1.0m的采用小孔徑（直徑為38～42mm）光面爆破施工，厚度超過1.0m的采用大孔徑（直徑為105mm）光面爆破；預(yù)裂爆破均采用大孔徑（直徑為105mm）施工。

3.3.2.2 預(yù)裂或光面爆破孔距的確定

合理的孔距是預(yù)裂（光面）爆破成敗關(guān)鍵，預(yù)裂爆破的孔距一般按公式a=（7～10）D選取，本工地取a=0.7m；光面爆破的孔距一般按公式a=（8～12）D選取，本工地大孔徑光面爆破孔距取a=0.7m，小孔徑光面爆破孔距取a=0.4m。在爆破試驗(yàn)和爆破施工中不斷優(yōu)化此參數(shù)，以保證最佳爆破效果。

4.控制爆破安全技術(shù)及措施

由于本標(biāo)段爆破區(qū)沿溢洪道方向長(zhǎng)500m左右,爆破區(qū)域廣、爆破施工干擾較大，爆破施工區(qū)附近爆破環(huán)境較復(fù)雜，為了確保周圍建筑和人身安全，把爆破振動(dòng)、飛石、沖擊波、噪音的影響減少到最小范圍，必須作好安全設(shè)計(jì)，建立可靠的安全措施。

4.1 減振措施

采用微差爆破，嚴(yán)格控制單段最大起爆藥量，控制起爆順序和起爆間隔時(shí)間。采用預(yù)裂爆破割斷振動(dòng)傳播。為了減少預(yù)裂爆破地震效應(yīng)，預(yù)裂爆破孔應(yīng)進(jìn)行接力起爆，按10孔聯(lián)網(wǎng)起爆。

4.2 爆破飛石的控制

爆破飛石的距離根據(jù)《爆破安全規(guī)程》要求淺孔≤200m,深孔不超過300m。如果炸藥量過大，個(gè)別孔抵抗線偏小，堵塞長(zhǎng)度偏小，堵塞質(zhì)量較差，以及受地質(zhì)構(gòu)造（巖隙或軟弱夾層）影響，易產(chǎn)生飛石。

4.3 空氣沖擊波和噪聲的控制

控制一次爆破規(guī)模，合理選擇單耗，避免總裝藥量過大和炸藥單耗偏大產(chǎn)生沖擊波。加強(qiáng)炮孔堵塞質(zhì)量，炮孔不應(yīng)過淺。

5.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于南灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固二期工程來說，爆破施工既有石方爆破，又有混凝土爆破，所以需要選擇最合適的施工爆破方案，然后經(jīng)過試驗(yàn)與實(shí)踐，找出最優(yōu)的爆破參數(shù)，這樣既可節(jié)約施工成本，又可加快施工進(jìn)度。同時(shí)，在施工過程中，也需要時(shí)刻警惕安全問題，嚴(yán)格按照制定的安全措施執(zhí)行，只有保證了安全，才是一切工作順利進(jìn)行下去的前提。

[1]張應(yīng)力.工程爆破實(shí)用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.