某廠房軟巖控制爆破開挖施工技術(shù)

□張錦輝 □曹藝儒 □杜躍普 □劉大偉

（河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

0.前言

某廠房基坑石方開挖面積177m(上下游)×138m(左右岸)，最大開挖深度18m，石方開挖工程量25.7萬m3，巖石為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。如何達(dá)到較好的爆破效果，便于設(shè)備挖裝運(yùn)輸，同時(shí)減小爆破振動(dòng)，有效保護(hù)被保留巖體、圍堰防滲墻及周邊建筑物不被破壞，是對(duì)本項(xiàng)目爆破開挖施工的總體要求。

1.工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程是一個(gè)以航運(yùn)為主，兼顧發(fā)電、防洪等綜合利用的航電樞紐工程。工程正常蓄水位56.5m，水庫(kù)總庫(kù)容約7.43億m3，樞紐建筑物從左到右依次為左岸土壩、船閘、泄水閘、廠房、右岸連接壩段和右岸土壩，廠房位于泄水閘右側(cè)，電站裝機(jī)容量為12萬kW。

1.2 廠房工程地質(zhì)

廠房位于河床右側(cè)及右岸一級(jí)臺(tái)地。河床表面為砂礫石層，覆蓋層下為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥質(zhì)夾粉細(xì)砂巖，為紫紅色薄層～中厚層狀，往下游局部見砂礫巖、粉細(xì)砂巖等，多為弱～微風(fēng)化巖體，僅下游局部見0.6m強(qiáng)風(fēng)化層，弱風(fēng)化頂板埋深2.9～15.6m,巖面較為平緩，微風(fēng)化頂板埋深8.3～19.8m，從左側(cè)經(jīng)右側(cè)，微風(fēng)化巖面依次升高。巖層產(chǎn)狀，走向NE40°～60°,傾角南東，傾角多為20～30°。廠房段基巖的透水性不嚴(yán)重，一般鉆孔基巖透水率q≤5Lu,屬弱～微透水巖體。

2.環(huán)境與技術(shù)要求

①?gòu)S房基坑位于樞紐工程壩址右岸，地形開闊，地勢(shì)較為平坦，廠房四周圍堰形成后頂部平均高程59m，廠房基坑巖石出露面平均約41m高程。最低開挖高程23.5m高程，因此，圍堰對(duì)廠房基坑爆破的飛石、沖擊波有一定的防護(hù)作用。②廠房基坑石方爆破屬深孔露天爆破，梯段高度8～12m，開挖料作為圍堰填筑料，由于廠房圍堰底部進(jìn)行了高噴防滲墻施工，為保護(hù)高噴防滲墻不被爆破振動(dòng)破壞，廠房基坑巖石爆破需采用控制爆破技術(shù)。③廠房基坑石方開挖區(qū)周邊200m范圍內(nèi)無民房，但有臨時(shí)施工住房。距爆破區(qū)最近的臨時(shí)施工住房約100m，爆破施工時(shí)需控制最大單響藥量和總裝藥量，不致破壞這些建筑物。④控制線裝藥密度、單孔裝藥量和最大一段起爆藥量，預(yù)裂爆破單響裝藥量不超過30kg，梯段爆破單響裝藥量不大于120kg。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，可不實(shí)行分級(jí)管理。

3.設(shè)計(jì)方案選擇

廠房設(shè)計(jì)開挖邊坡采用預(yù)裂爆破，對(duì)基礎(chǔ)建基面保護(hù)層采用光面爆破，對(duì)開挖巖體采用梯段爆破，既要達(dá)到爆破巖體的效果，松動(dòng)被爆巖體，又要盡量減小爆破振動(dòng)、飛石距離和沖擊波強(qiáng)度。

3.1 預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

預(yù)裂爆破采用CM351鉆機(jī)造孔，人工裝藥。選用φ32mm的乳化炸藥，不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。爆破參數(shù)見表1。

預(yù)裂爆破起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)，導(dǎo)爆索傳爆。預(yù)裂孔起爆時(shí)間超前主爆孔100ms以上。

3.2 深孔梯段爆破設(shè)計(jì)

爆破高度>4m的巖體采用梯段爆破技術(shù)，梯段爆破采用大孔距、小抵抗線鉆孔，多排孔各排之間以毫秒級(jí)微差間隔時(shí)間爆破，從前排開始，依次向后排逐排爆破的方法。該方法適用于較大規(guī)模爆破，排間爆破產(chǎn)生擠壓、碰撞作用，有利于爆破效果，并有利于減弱爆破振動(dòng)。

表1 預(yù)裂孔鉆爆參數(shù)設(shè)計(jì)表

梯段爆破采用CM-351履帶式鉆機(jī)造孔，孔徑110mm，人工裝藥。主爆破孔以乳化炸藥為主，采取全耦合柱狀連續(xù)裝藥；緩沖孔采用乳化炸藥，采取柱狀分段不耦合裝藥。緩沖爆破是為了減少主爆炮孔爆破對(duì)后側(cè)邊坡的影響，在主爆孔（梯段爆破）與邊坡開挖爆破孔（主要為預(yù)裂、光爆孔）之間增設(shè)1～2排緩沖爆破孔，其規(guī)模比主爆孔（梯段爆破）爆破規(guī)模要小。爆破參數(shù)見表2。

表2 梯段爆破參數(shù)表

起爆采用微差爆破網(wǎng)絡(luò)，旱季采用1～15段毫秒電雷管聯(lián)網(wǎng)、電力起爆，雨天采用1～15段非電毫秒雷管聯(lián)網(wǎng)、非電起爆。梯段爆破最大一段起爆藥量≯120kg；臨近建基面和設(shè)計(jì)邊坡時(shí)，最大一段起爆藥量≯50kg。

4.爆破試驗(yàn)

為驗(yàn)證以上爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)際爆破效果，規(guī)模性爆破施工前，先根據(jù)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，經(jīng)分析驗(yàn)證爆破實(shí)際效果，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行必要的適當(dāng)調(diào)整，以便確保爆破安全和質(zhì)量，取得更好爆破效果。

4.1 爆破試驗(yàn)位置的選定

邊坡預(yù)裂爆破試驗(yàn)選擇在泄水閘右側(cè)與廠房左側(cè)，上下游長(zhǎng)度22m，開挖高度10m，設(shè)計(jì)開挖坡比1：0.5。深孔梯段爆破試驗(yàn)選擇在臨時(shí)集水井。

4.2 爆破試驗(yàn)參數(shù)

邊坡預(yù)裂爆破試驗(yàn)選用表1所列的鉆爆參數(shù)，共22孔，線裝藥密度320g/m，單孔裝藥量3.7kg，導(dǎo)爆索下孔，每7～8孔為1段，分為3段。

深孔梯段爆破試驗(yàn)選用表2所列的鉆爆參數(shù)，共7排孔，每排孔8個(gè)孔，梅花形布孔，間排距3m×3m，單孔裝藥量28kg，3個(gè)孔一段，導(dǎo)爆管下孔，電雷管聯(lián)網(wǎng)起爆。

4.3 爆破效果分析

預(yù)裂面開度1.2cm，線型較平直，經(jīng)開挖后檢測(cè)，預(yù)裂孔半孔成型完整，殘存率90%以上，預(yù)裂面平整，最大不平整度為15cm。梯段爆破爆后堆渣高度2.2m，最大塊度1.4m，渣料適合挖裝運(yùn)輸機(jī)械施工，無底坎。爆破飛石的最大距離98m，飛石塊度5.6cm。爆破試驗(yàn)效果比較理想。

5.爆破施工

5.1 預(yù)裂爆破

5.1.1 鉆孔

采用CM351鉆機(jī)，沿設(shè)計(jì)線鉆孔，孔徑110mm。鉆孔精度直接影響預(yù)裂面的超欠挖和不平整度，施工時(shí)沿預(yù)裂線架設(shè)了鋼管導(dǎo)軌，用于控制鉆孔位置和角度。另外鉆孔深度須按設(shè)計(jì)深度保持一致，避免出現(xiàn)殘留巖體掛壁。

5.1.2 炮孔保護(hù)與檢查

預(yù)裂孔鉆孔結(jié)束檢查合格后，用高壓風(fēng)吹出積水和殘?jiān)幙棿氯卓?。裝藥前打開孔口，用高壓風(fēng)吹出積水，檢查孔深是否符合要求，遇有塌孔、堵孔情況時(shí)，用鉆機(jī)重新鉆孔或套孔至設(shè)計(jì)孔深。

5.1.3 裝藥

將32mm標(biāo)準(zhǔn)藥卷按320g/m的密度間隔綁在導(dǎo)爆索上，底部1m范圍裝藥量為2倍設(shè)計(jì)線裝藥密度，接近堵塞段的頂部1m范圍裝藥量為0.5倍設(shè)計(jì)線裝藥密度，將綁在導(dǎo)爆索上的藥串再綁在竹片上，緩緩送入孔內(nèi)，竹片緊貼被保護(hù)巖體一側(cè)?？卓诙氯L(zhǎng)度1.2～1.5m，采用先下編織袋至藥卷頂部，再填充砂子。

5.1.4 聯(lián)網(wǎng)與起爆

同段孔采用導(dǎo)爆索串聯(lián)，段與段間用分段電雷管并聯(lián)。電起爆器起爆。

5.2 深孔梯段爆破

5.2.1 鉆孔

采用CM351鉆機(jī)，按設(shè)計(jì)布孔間排距3m×3m鉆孔，梅花形，鉆孔角度800，孔徑110mm，超鉆深度50cm。鉆孔深度須保持一致，避免出現(xiàn)底部殘埂。

5.2.2 炮孔保護(hù)與檢查

炮孔保護(hù)與檢查與預(yù)裂孔相同。

5.2.3 裝藥

根據(jù)該地區(qū)巖石特性、堅(jiān)固性和爆破試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，取單位炸藥消耗量為q=0.32kg/m3。爆破采用分段間隔裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥時(shí)，將70mm標(biāo)準(zhǔn)藥卷按單孔裝藥量的1/2、1/3、1/6分別裝入炮孔的底部、中部和上部，段與段之間空隙采用巖渣或砂子填充隔開，段與段之間藥包采用導(dǎo)爆索連接?？卓诙氯L(zhǎng)度2.5m，采用粘土填充，木棍搗實(shí)。

5.2.4 聯(lián)網(wǎng)與起爆

同段孔采用導(dǎo)爆索串聯(lián)，段與段之用分段電雷管并聯(lián)。電起爆器起爆。

6.爆破效果檢查與評(píng)價(jià)

廠房施工過程中通過采用預(yù)裂爆破、深孔梯段控制爆破和建基面保護(hù)層孔底柔性墊層爆破施工技術(shù)，達(dá)到了有效控制爆破振動(dòng)、有效控制設(shè)計(jì)開挖面巖石的完整性和平整度、有效控制爆破飛石和沖擊波的目的，爆破石渣料的塊度適中，有利于石渣料的挖裝和運(yùn)輸。據(jù)在施工過程中和施工完成后檢測(cè)，廠房上下游及左右側(cè)設(shè)計(jì)巖石邊坡開挖面預(yù)裂孔半孔殘存率為91%，巖面起伏及不平整度為13cm，被保留巖體無較大爆破裂隙，據(jù)基礎(chǔ)巖石爆破前與爆破后聲波測(cè)試對(duì)比，爆后建基面巖石聲波降低較小，且主要在1m范圍內(nèi)，據(jù)爆破面1m范圍以外基本無影響，說明爆破對(duì)被保留巖體影響較小。

廠房基坑爆破施工過程中和完成后，經(jīng)過對(duì)廠房周邊圍堰檢查，未發(fā)現(xiàn)圍堰堰腳的集中滲水現(xiàn)象，基坑滲水量無明顯變化；距廠房爆破區(qū)80m處的三層磚混施工辦公樓、磚瓦住房的樓面、墻面無裂縫發(fā)生,被保護(hù)建筑物未遭受破壞。

7.結(jié)語(yǔ)

廠房基礎(chǔ)巖石爆破施工分別采用了預(yù)裂爆破、深孔梯段爆破、孔底柔性墊層爆破施工技術(shù)，運(yùn)用合適的間排距和裝藥量，有效控制了建基面超欠挖、爆破振動(dòng)、飛石距離等，保證了周邊建筑物的安全和被保留巖體的完整性，達(dá)到了爆破設(shè)計(jì)的要求和目的，也為類似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。