深水拋石圍堰巖坎及防滲體爆破設(shè)計(jì)

趙鵬飛

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

深水拋石圍堰巖坎及防滲體爆破設(shè)計(jì)

趙鵬飛

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

詳細(xì)介紹了在堰內(nèi)不充水情況下對圍堰堰體、防滲墻及堰下巖坎進(jìn)行一次爆破拆除的方法。同時(shí)考慮工程爆破拆除高度較大、圍堰距下游取水口閘墩較近及爆破后巖石粒徑的要求等原因，在設(shè)計(jì)時(shí)采用控制爆破技術(shù)、非電毫秒電子雷管引爆導(dǎo)爆索、監(jiān)控量測及加強(qiáng)建筑物的防護(hù)等措施。通過工程實(shí)例檢驗(yàn)，這次爆破設(shè)計(jì)對于圍堰及堰下巖坎的拆除思路是可行的，對在取水口前拆除水下圍堰具有重要的指導(dǎo)意義。

巖坎；防滲體；爆破拆除

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.032

1 工程概況

某工程進(jìn)水口施工圍堰長81.70m，堰頂高程307.5m，堰頂填筑寬度13m，最大堰高31.6m（軸線處），圍堰上、下游邊坡為1∶1.3，堰體是由鉆爆法洞挖石渣料經(jīng)水下填筑而成。堰體防滲采用3排灌漿帷幕形成，排距為1.0m，上下游2排為膏狀漿液灌漿帷幕，中間1排為水泥漿液灌漿帷幕。膏狀漿液灌漿孔孔距為1.0m，泥漿液灌漿孔孔距為2.0m。圍堰軸線距取水口建筑物的距離為67.6m。

在工程取水口落閘后，需對進(jìn)口圍堰進(jìn)行拆除。目前水位為290m，圍堰拆除分為水上及水下兩部分，其中水上部分主要通過兩期圍堰瘦身工作完成，水下部分主要包括預(yù)留巖坎、堰內(nèi)防滲體及剩余堰體部分；其中水下部分拆除的難點(diǎn)主要是對預(yù)留巖坎及防滲體進(jìn)行的拆除。具體拆除過程如圖1所示。

圖1 進(jìn)口圍堰拆除示意圖

2 巖坎及防滲體拆除工藝分析

2.1 拆除難點(diǎn)

該工程爆破拆除高度最大約為29m，巖坎開挖邊坡坡比為1∶0.5，距離閘墩最近距離為56.8m，如何防止爆破后滾落的石塊或者飛石對混凝土的破壞或者堵塞攔污柵底坎是該工程的一個(gè)難點(diǎn)。對此擬采用控制最大單響藥量、加強(qiáng)建筑物的防護(hù)等技術(shù)措施進(jìn)行爆破振動控制。

2.2 采取措施

巖坎爆破水平鉆孔時(shí)，其鉆孔深度應(yīng)控制準(zhǔn)確，禁止穿過防滲體，發(fā)生涌水，對廠房等施工部位人機(jī)機(jī)械設(shè)備造成安全隱患。為此，由地質(zhì)單位對圍堰底部巖石出露線進(jìn)行重新鉆探確定。根據(jù)巖石出露線情況，確定鉆孔深度，鉆孔時(shí)在孔口設(shè)置孔口管，并安裝高壓閥門。鉆孔時(shí)檢修閘門必須下閘完成，檢查水封完好情況，具備擋水條件。對施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，設(shè)置逃生通道，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，保證施工人員安全撤離。

由于挖渣設(shè)備受到限制，所以要求爆破后巖石豎徑小于50c m，否則會造成挖渣困難，影響工程質(zhì)量和工期，如果進(jìn)行2次爆破，無疑會增加工程成本。擬采用反向起爆、逐孔爆破、分層爆破、加強(qiáng)堵塞質(zhì)量來減小巖石塊度，為后續(xù)挖渣施工創(chuàng)造便利條件。

圍堰拆除在庫區(qū)內(nèi)進(jìn)行，要減小爆破對水質(zhì)的污染，需采用環(huán)保型乳化炸藥，炸藥成分不含T N T，能有效的降低對水質(zhì)的污染，爆破前采用小炮對魚群進(jìn)行驅(qū)趕，防止魚群死亡。

2.3 工藝流程

測量控制→炮孔定位→孔口標(biāo)高測量→孔深、藥量計(jì)算→成孔作業(yè)→炮孔檢查→裝藥→炮孔填塞→起爆網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接→警戒、發(fā)預(yù)警信號→發(fā)起爆信號、起爆→測震→殘炮檢查→發(fā)警報(bào)解除信號→清渣施工。

3 巖坎及防滲體拆除爆破設(shè)計(jì)

采取堰內(nèi)不充水爆破方式，爆破網(wǎng)路采用非電毫秒復(fù)式網(wǎng)路，炸藥使用乳化炸藥，2根防水型導(dǎo)爆索入孔，孔內(nèi)安裝2發(fā)高段位雷管延時(shí)，孔外用雙發(fā)低段位導(dǎo)爆管雷管接力，先起爆預(yù)留巖坎爆破網(wǎng)路，后起爆防滲體爆破網(wǎng)路，2個(gè)網(wǎng)路起爆時(shí)間間隔不大于110m s（用5段雷管延時(shí)）。為了便于后期水下挖碴作業(yè)，降低爆碴大塊率，鉆孔適當(dāng)加密，單位耗藥量適當(dāng)加大。

3.1 炸藥單耗

防滲體抗壓強(qiáng)度約為100MP，防滲體以下巖石為花崗巖抗壓強(qiáng)度約為100MP，即防滲體與下部巖體普氏系數(shù)f=10，根據(jù)爆破巖石普氏系數(shù)f與單位炸藥單耗K值對照表，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，一般取K=0.6kg/m3；預(yù)留巖坎巖體普氏系數(shù)f=10～12，參考取值為K=0.6～0.7kg/m3，由于巖坎巖體上部存在堰體壓渣，壓渣可折算為抵抗線，K應(yīng)加大取值，取K=1.0kg/m3；

3.2 炮孔及炸藥直徑

由于采取100B型輕型鉆機(jī)鉆孔，孔深較大，考慮裝藥難度，炮孔直徑適當(dāng)加大，取Φ 100m m。采取防水性能好的乳化炸藥，由于炮孔中有水，為了便于裝藥，施工使用Φ 70的藥卷，炸藥密度＞1×103kg/m3，Φ 70的藥卷延米重量為4kg/m3。

3.3 炮孔間排距

根據(jù)公式Q=K×a×b變形后計(jì)算鉆孔間排距。

式中：Q——延米裝藥量，這里取Q=4 kg/m3；

K——單位耗藥量，這里取K=1.0kg/m3；

h——單位鉆孔長度，即h=1m。

則a×b=4/1=4 m2，取a=b，即a=b=2m。

通過上述計(jì)算可確定：炮孔間排距為2m× 2m，即采取正方形布孔方式。

3.4 最大單響藥量

由于爆區(qū)緊鄰取水塔混凝土，應(yīng)嚴(yán)格控制最大單響藥量，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及薩道夫公式Q=R3（V/ K）3/α，計(jì)算最大單響藥量。

式中：Q——最大單響藥量；

R——保護(hù)對象離爆點(diǎn)距離，藥柱中心至取水塔最近距離為61m；

V——保護(hù)對象允許安全振速，取水塔安全允許振動速率8c m/s；

K——地形條件系數(shù)，取K=120；

α——地質(zhì)條件系數(shù)，巖坎巖石屬堅(jiān)硬巖，取α=1.3。

將上述數(shù)據(jù)代入Q=R3（V/K）3/α=438kg

即最大允許單響藥量為Q=438kg，本次爆破防滲體最大單孔裝藥量為108kg，即防滲體最多允許4孔齊發(fā)；本次爆破巖坎最大單孔裝藥量為55kg，即巖坎最多允許7孔齊發(fā)。

3.5 裝藥結(jié)構(gòu)

采取Φ 70藥卷連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，2根防水型導(dǎo)爆索入孔底，導(dǎo)爆索不伸出孔外，長度超出外側(cè)藥卷50c m，端頭綁扎雙發(fā)m s 10段非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，置于孔內(nèi)，孔口用粘土細(xì)砂混合物堵塞，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

3.6 爆破孔參數(shù)

考慮明渠邊坡成型困難，邊坡上不布置預(yù)裂孔（或光爆孔），沿設(shè)計(jì)開挖邊坡布置主爆孔，鉆孔參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)與其它爆破孔相同。爆破孔參數(shù)見表1。

表1 爆破孔參數(shù)表

3.7 爆破器材的選用

（1）炸藥。選用威力大、抗水性能好、爆轟感度高而機(jī)械感度小、環(huán)保型2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑32m m，密度為1.15～1.20g/c m3，爆速為≥3200m/s，爆力為260m l，猛度為12m m，保質(zhì)期限180d。

（2）高能導(dǎo)爆索?？變?nèi)不連續(xù)裝藥，用高能導(dǎo)爆索將各個(gè)小藥卷串聯(lián)在一起，并用導(dǎo)爆索將各孔導(dǎo)爆索連接。

（3）用非電毫秒電子雷管引爆導(dǎo)爆索。注意在使用前要對其進(jìn)行外觀檢查，導(dǎo)爆管不允許有破損、拉細(xì)、進(jìn)水、斷藥、塑化不良、封口不嚴(yán)等情況，防止影響其傳爆性能造成拒爆。

（4）起爆器。采用Y J G N_1000C型起爆器起爆。

4 爆破安全監(jiān)測

該工程爆破監(jiān)測內(nèi)容包括爆破振動監(jiān)測和水中沖擊波壓力峰值監(jiān)測。監(jiān)測儀器采用T C_4850型數(shù)據(jù)采集儀，4850型地震傳感器，N M_3C型非金屬超聲檢測分析儀，閘門變形監(jiān)測采用電子應(yīng)變片。對于監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出對爆破具有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)、結(jié)論，從而進(jìn)一步調(diào)整爆破參數(shù)，指導(dǎo)施工，確保建筑物的安全。在施工過程中要對工程重點(diǎn)部位，特別是閘門、閘墩等部位要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，每次爆破即對重要部位進(jìn)行全程監(jiān)測，嚴(yán)格按照爆破安全規(guī)程規(guī)定的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)測。

4.1 爆破安全檢測標(biāo)準(zhǔn)

參照《爆破安全規(guī)程》（G B6722_2014），爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)見表2。

4.2 儀器設(shè)備

監(jiān)測儀器采用T C_4850型數(shù)據(jù)采集儀，4850型地震傳感器，N M_3C型非金屬超聲檢測分析儀，閘門變形監(jiān)測采用電子應(yīng)變片。

表2 爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)

4.3 監(jiān)測方法及現(xiàn)場布設(shè)

在現(xiàn)場閘門墩距爆破源最近距離布設(shè)振動傳感器，在現(xiàn)場檢修閘門距爆破源最近距離布設(shè)振動傳感器和應(yīng)力傳感器，在現(xiàn)場閘墩基礎(chǔ)距爆破源最近距離布設(shè)振動傳感器各1～3只。

4.4 數(shù)據(jù)分析及反饋

根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，參照《水利建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（D L/T 5389_2007）中的規(guī)定，研究水下爆破沖擊波能量的傳遞規(guī)律，依據(jù)聲波發(fā)射及接收儀器的測量誤差及一般巖體破壞規(guī)律，對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域頻域分析，研究得出圍堰拆除爆破對圍堰帷幕灌漿區(qū)及取水口建（構(gòu)）物的影響，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，從而保證各監(jiān)測目標(biāo)的安全性和穩(wěn)定性。

5 防護(hù)施工

5.1 控制最大單響藥量

在保證爆破效果和安全值條件下，降低單孔炸藥使用量，采用逐孔起爆減小爆破頻數(shù)，從而有效的減小爆破震動對建筑物的影響。

5.2 利用集渣坑作為減震溝

巖坎及防滲體拆除爆破在圍堰底部集渣坑施工完成后進(jìn)行，集渣坑形成后可以有效的防止爆破過程中產(chǎn)生振動效應(yīng)。改變傳播介質(zhì)，削弱振動波。

5.3 設(shè)置隔離墻和壓孔防護(hù)

集渣坑開挖爆破距離進(jìn)水塔最近，爆破施工時(shí)在進(jìn)水塔前沿設(shè)置防護(hù)墻，并對所有炮孔采用編織袋裝砂進(jìn)行壓孔防護(hù)，對炮區(qū)采用竹夾板及被動防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)網(wǎng)利用在炮區(qū)周邊巖體上設(shè)置插筋進(jìn)行加固。

防滲體爆破時(shí)采用編織袋裝砂進(jìn)行壓孔防護(hù)，并及時(shí)對炮區(qū)塊石進(jìn)行清理，防止爆破飛石破壞進(jìn)水塔混凝土表面。

5.4 微差爆破

即以毫秒級時(shí)差順序起爆各個(gè)藥包，把爆破的總炸藥能量分割為多數(shù)較小的能量，采取合理的裝藥結(jié)構(gòu)，最佳的微差間隔時(shí)間和起爆順序，為每個(gè)藥包創(chuàng)造多面臨空條件，將最大量藥包產(chǎn)生的地震波變成一長串小幅值的地震波，同時(shí)各藥包產(chǎn)生的地震波相互干涉，從而降低地震效應(yīng)，把爆破振動控制在允許值以內(nèi)。

6 結(jié)語

該工程于2015年4月對圍堰巖坎及防滲體進(jìn)行爆破拆除，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)及施工完成了預(yù)期的拆除任務(wù)，且通過對周圍混凝土建筑物進(jìn)行有效的防護(hù)，使爆破飛石造成的危害控制在允許的范圍以內(nèi)。選擇合理的炸藥單耗、爆破最大單響藥量、炮孔直徑、炮孔間距、爆破器材是深水圍堰巖坎及防滲體控制爆破的核心。重視安全監(jiān)測在爆破設(shè)計(jì)中的作用，對修正爆破參數(shù)及建筑物的防護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］D L/T 5135_2013.水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］D L/T 5389_2007.水利建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］G B6722_2014.爆破安全規(guī)程［S］.

［4］王小平，馬海鵬，崔偉峰.不同預(yù)留巖坎爆破拆除方案比較研究［J］.采礦技術(shù)，2009，9（05）：84_86.

［5］石學(xué)厚，馮秋生，郭潔雯.施工爆破影響處理應(yīng)對措施探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（01）：65_67.

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1008_1305（2015）06_0085_03

趙鵬飛（1984年—），男，工程師。