復雜環(huán)境下引水發(fā)電系統(tǒng)開關站支護工程控制爆破

李庭堅，周 進，任才清

(1.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州貴陽 550081；2.深圳天華建筑設計有限公司，廣東深圳市 518000；3.國防科技大學，湖南長沙 410072)

復雜環(huán)境下引水發(fā)電系統(tǒng)開關站支護工程控制爆破

李庭堅1，周 進2，任才清3

(1.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州貴陽 550081；2.深圳天華建筑設計有限公司，廣東深圳市 518000；3.國防科技大學，湖南長沙 410072)

在復雜作業(yè)環(huán)境下對引水發(fā)電系統(tǒng)開關站支護工程進行控制爆破。依據(jù)作業(yè)條件，制定了爆破總體方案和施工總體方案，設計了造孔方法和爆破參數(shù)，進行了安全校核，確保了工程控制爆破達到了要求的效果。

光面爆破；支護工程；爆破方案；參數(shù)設計

0 引 言

馬馬崖一級水電站位于北盤江中下游，地處貴州省關嶺縣花江大橋上游20.2 km的峽谷中，屬二等大型工程。待建開關站支護工程位于大壩左岸，尾水平臺正上方，開關站上游與左岸1＃公路支硐相接，全長80 m、寬約30 m，開挖后地面高程EL605. 00，在EL620.00設置一馬道，寬2.0 m。內(nèi)側邊坡開挖方式為：EL620.00以上開挖坡比為 1∶0.2，EL620.00～EL605.00為垂直開挖邊坡；上下游側邊坡開挖坡比均為1∶0.2，開挖石方總量為33204 m3。由于周邊情況相對復雜，工程量較大，建設質(zhì)量要求高，需要采取控制爆破對其開挖。

1 總體方案設計

1.1 爆破總體方案設計

根據(jù)施工實際情況，采取外側先光面爆破，內(nèi)側永久面預留3 m保護層進行光面爆破的方案；自上而下分臺階進行開挖，EL620.00～EL605.00 m為一臺階、EL620.00 m以上為一臺階。主爆區(qū)5 m一個梯段，EL620.00～EL605.00 m光面區(qū)7.5 m一個梯段，EL620.00 m以上光面區(qū)根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，一次鉆爆到位。

1.2 施工總體方案設計

開關站外側僅靠尾水平臺，為了避免爆破石渣掉入尾水平臺，爆破臨空面不能靠河；邊坡地貌為上游低下游高，左岸1＃公路施工支硐位于開關站上游，因此，以開關站上游施工支硐洞口為起點向下游進行開挖，始終以上游作為爆破臨空面；硐口開挖過程中，首先采用挖掘機將爆破石渣翻向外側，形成一道擋渣坎，避免爆破或出渣過程中石渣落入尾水平臺。

施工支硐部位形成臨空面后，采取自上而下的順序進行開挖，以上游開挖部位作為臨空面，將爆破石渣拋投向上游。每次爆破結束后，采用挖掘機翻渣至外側形成一道擋渣坎，以便對下次產(chǎn)生的爆破石渣進行有效攔截，避免石渣落入尾水平臺。開挖過程中，各部位爆破參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場巖層揭露作相應調(diào)整，確保開挖質(zhì)量。

前期左岸1＃公路支硐硐口開挖采用手風鉆造孔，淺孔小藥量爆破；臨空面形成后，采用潛孔鉆造孔，從上游至下游的順序進行開挖。

2 爆破設計

2.1 造孔設計

根據(jù)工程特性及現(xiàn)場實際情況，開挖采取梯段爆破，靠左岸1＃公路支硐或外側部位采用手風鉆造孔，其它部位采用潛孔鉆造孔；永久面采用光面爆破。

根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，參照尾水平臺邊坡開挖及類似工程施工經(jīng)驗，確定采用潛孔鉆造孔時：光面孔孔徑90 mm，孔距0.8 m，孔深8 m(或根據(jù)開挖深度確定)；主爆孔孔徑90 mm，孔距2.5 m，排距2.0 m，孔深6.0 m(或根據(jù)開挖深度確定)。采用手風鉆造孔時：光面及主爆孔孔徑42 mm，孔深3～4 m，其中光面孔孔距0.6 m，主爆孔孔距1.5 m。預裂孔、緩沖孔及主爆孔的孔深根據(jù)各部位開挖深度及現(xiàn)場實際情況進行相應調(diào)整，孔向(傾角)由設計開挖坡比確定。

2.2 裝藥量設計

2.2.1 光面孔裝藥量

按預裂孔裝藥量進行計算確定。預裂爆破線裝藥密度q的確定：

式中：δP——巖石的濕抗壓強度，結合現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，取巖石的濕抗壓強度為40～60 MPa；

a——炮孔間距，為0.6 m。

當δP＝40 MPa時，q＝0.042[R]0.65a0.6＝0.30 kg/m；

當δP＝60 MPa時，q＝0.042[R]0.65a0.6＝0.40 kg/m。

光面爆破按預裂爆破線裝藥密度的90%進行裝藥，參照尾水平臺邊坡開挖及類似巖層開挖爆破施工經(jīng)驗，確定線裝藥密度q在0.28～0.38 kg/m之間取值；其中炮孔底部1.0 m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設計線裝藥密度的兩倍，即q底＝2q；炮孔頂部1.0 m范圍內(nèi)線裝藥密度為設計線裝藥密度的一半，即q頂＝q/2。

2.2.2 主爆孔裝藥量設計

抵抗線W的確定：

式中：Kw——巖石性質(zhì)對抵抗線的影響系數(shù)，通常采用15～30，巖性越軟弱取值越大，取Kw＝24；

d——炮孔直徑，為90 mm。

計算得出：W＝Kwd＝2.16 m。

單位體積耗藥量q的確定：

結合尾水平臺邊坡開挖及類似巖層開挖爆破施工經(jīng)驗，確定單位體積耗藥量q在0.45～0.55 kg/m3之間取值；采用手風鉆造孔時，參照該值取值。

結果表明，隨催化劑用量的增加，稠化劑在酸液中粘度增加，當催化劑低于一定量時，合成的稠化劑幾乎無粘度，說明稠化劑在無催化劑情況下可能發(fā)生沒有按設計執(zhí)行縮合反應，而生成另一種副產(chǎn)物。隨催化劑用量的增加，稠化劑在酸液中的稠化時間先減短而后增長，為了達到研究目的使稠化劑達到速溶效果，在粘度滿足情況下不必追求更高粘度。因此，確定合成中催化劑用量為0.25%。

2.3 裝藥及堵塞

根據(jù)造孔直徑及裝藥量，光面孔選用Φ32 mm的硝銨炸藥，主爆孔選用Φ70 mm的硝銨炸藥，或將Φ32 mm的硝銨炸藥進行捆綁后進行裝藥。光面孔將藥卷與導爆索同時捆綁在竹片上放入孔中，然后用導爆索將所有起爆孔連接起來；主爆孔裝藥時用刀片將Φ70 mm的藥卷一側劃破后放入孔內(nèi)，將塑料導爆管引出孔外，用竹桿對孔內(nèi)炸藥進行適當擠壓，使其充滿炮孔。

孔口堵塞長度一般為抵抗線的0.7～1.0倍，具體長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，采用鉆屑堵塞。

2.4 網(wǎng)絡連接及起爆

主爆孔起爆采用導爆管起爆，光面孔采用導爆索起爆，非電毫秒微差爆破，主爆孔及光面孔最大一段起爆藥量控制在60 kg以內(nèi)。裝藥前，先將塑料導爆管按起爆順序分段擺放到地面，然后再進行網(wǎng)絡連接，以上游作為臨空面，從外至內(nèi)的順序進行起爆，盡量將爆破石渣集中拋向上游。

網(wǎng)絡連接好后，將導爆管統(tǒng)一連接至電雷管，采用發(fā)爆器引爆。

(1)爆破振動安全允許距離計算。爆破區(qū)域附件無重要建筑物，只有左岸1＃公路施工支硐，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)，施工支硐按交通隧洞標準考慮，確定爆破振動最大安全允許振速V取20 cm/s。按最大段起爆藥量60 kg計算，距支硐硐口16 m后采中深孔梯段爆破硐口爆破振動的理論計算值為19.60 cm/s，小于20 cm/s，爆破不會對施工支硐造成震動破壞，但必須將最大一段藥量控制在60 kg以內(nèi)；主爆區(qū)與施工支硐間最短距離不能小于16 m，否則必須減少最大一段藥量，確保爆破振動振速控制在20 m/s以內(nèi)。

(2)爆破沖擊波安全允許距離。根據(jù)爆破參數(shù)設計，取最大一段裝藥量為60 kg計算，計算出沖擊波的安全影響距離為97.87 m，因此爆破過程中將進水口、尾水平臺及尾水出口內(nèi)所有施工人員拆離至距爆破作業(yè)面水平距離200 m以外。

(3)爆破飛石安全距離估算。理論計算爆破飛石的最大影響距離為94 m，因此爆破產(chǎn)生的飛石會對進水口，特別是尾水平臺造成安全隱患，因此爆破過程中需將上述部位設備撤離至距爆破作業(yè)面水平距離150 m以外，對不能拆除的設備，必須進行遮蓋。

3 爆破效果與結論

本工程預計總工期75 d，爆破實施過程中，采用嚴格過程管理，精心質(zhì)量控制，保質(zhì)保量的完成了施工任務，施工質(zhì)量得到甲方的認可。在施工過程中，有以下的經(jīng)驗可供借鑒：

(1)對此類控制爆破，由于對預留巖體的保護要求較高，爆破過程中盡量避免對預巖留面造成破壞，需要保證開挖面穩(wěn)定和平整，采取光面爆破方式，能夠確保施工質(zhì)量；

(2)待爆破巖體的整體性并非一致，施工過程中必須要根據(jù)地質(zhì)條件及巖層走向，及時對爆破參

數(shù)進行調(diào)整，確保開挖質(zhì)量；

(3)爆破作業(yè)質(zhì)量是取得良好爆破效果的保證，在施工過程中，從放樣、造孔、裝藥、填塞等各個步驟，都要高標準按照相關技術規(guī)范進行控制，以確保良好作業(yè)質(zhì)量的實現(xiàn)。

[1] DL/T5333-2005.水利水電工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程[S].

[2] 歐 明.黃河龍口水利樞紐工程砂石系統(tǒng)高邊坡預裂爆破試驗及應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2008，16：184-186.

[3] 張正宇.現(xiàn)代水利水電工程爆破[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

圖5 水塔爆破瞬間

圖6 水塔爆破效果

6 幾點體會

(1)按精細爆破理念定量化設計爆破切囗的長度，高度，單孔藥量，并著眼施工環(huán)節(jié)上的細化。比如；全站儀精準測量水塔高度，倒塌中心線，倒塌長度；鉆孔時炮孔間距控制；定向窗切割開設，保證兩側定向窗同一高程與設計尺寸；爆破切囗盡量靠最短地面形成，縮短支撐鉸后座長度，保證水塔定向倒塌精度。

(2)天然氣管道是較大的危險源，但也不是不可觸碰的禁區(qū)。天然氣公司對妨礙天然氣管道的危險源進行管控，有法可依。無論是爆破振動，塌落振動在爆破設計與施工時都不能越過它的設防數(shù)據(jù)。當理論設計數(shù)據(jù)略大于天然氣管道設防數(shù)據(jù)時，要作理性分析。因為介質(zhì)的軟硬，構造等對振波的傳播，強度，形態(tài)產(chǎn)生影響。理論數(shù)據(jù)是估算數(shù)據(jù)，與實測數(shù)據(jù)不可能相同。只要釆取適當?shù)臏p振措施，照樣可以進行爆破作業(yè)。水塔爆破時，設置在天燃氣管道上2臺測震儀測得的振速分別為0.73 cm/s和0.79 cm/s，管道非常安全。

(3)構筑物爆破時的飛石防護，除嚴格精細的近體防護外，離體防護與遠體防護非常重要，不可忽略。

參考文獻:

[1] 謝先啟.精細爆破[M].武漢：華中科技大學出版社，2010.

[2] 史家堉，程貴海，鄭長青.建筑物爆破拆除爆破理論實踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 中華人民共和國石油天燃氣管道保護法[S].

(收稿日期：2016-08-30)

作者簡介：文輝軍(1951-﹚，男，高級工程師，主要從事爆破工程技術及管理工作，Email：1142451850＠qq.com。

2016-02-17)

李庭堅(1976-)，男，貴州普安人，高級工程師，主要從事工程施工管理工作，Email：196169186＠qq.com。