蓄能電站上庫(kù)事故閘門井爆破施工技術(shù)

張 健 楊 帆

（安徽江南爆破工程有限公司 宣城 242300）

1 工程概況

績(jī)溪抽水蓄能電站上庫(kù)進(jìn)/出水口位于上庫(kù)赤石坑溝右岸（環(huán)庫(kù)公路內(nèi)側(cè)），采用岸邊側(cè)向豎井式，三個(gè)進(jìn)/出水口體型相同，呈長(zhǎng)方形布置，1#、2#、3#中心線間距均為22.5m，中心線方位角為N39°W。閘門孔口設(shè)計(jì)尺寸為6.35m×8.3m，平臺(tái)高程為965.90m，井身高51m（高程965.9～914.9m），斷面為不規(guī)則方形。上游事故閘門井為中厚～厚層粉砂巖，局部為次塊狀（似）斑狀花崗巖，巖體完整性差～較破碎，圍巖類別以Ⅲ類為主，局部為Ⅳ～Ⅴ類，井壁圍巖穩(wěn)定性差。開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采用系統(tǒng)噴錨支護(hù)處理，f25順層擠壓破碎帶采用環(huán)向鋼拱肋支護(hù)，最終采用鋼筋混凝土襯砌。

2 施工方案和爆破參數(shù)

2.1 施工總體方案

上庫(kù)事閘門井單個(gè)井深51m（高程965.9～914.9），3條豎井共153m。結(jié)合下庫(kù)閘門井開(kāi)挖施工經(jīng)驗(yàn)，采用“正井法”開(kāi)挖，首先開(kāi)始1#閘門井開(kāi)挖，待2#、3#井具備施工條件后1～3#閘門井同步開(kāi)挖。

開(kāi)挖自上而下采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，周邊光面爆破、支護(hù)跟進(jìn)施工。采用75t汽車吊吊運(yùn)PC60反鏟至井內(nèi)開(kāi)挖面，PC60反鏟裝渣至自制的4m3裝料斗（待開(kāi)挖到一定深度時(shí)，再人工配合反鏟將渣料裝入4m3渣斗內(nèi)），75t汽車吊提升裝料斗出渣到閘門井井口平臺(tái)臨時(shí)堆渣區(qū)卸料或直接裝25t自卸汽車將渣料運(yùn)至上庫(kù)大壩填筑作業(yè)面或指定堆存點(diǎn)。

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)施工條件、設(shè)備和人員配置等情況，事故閘門井開(kāi)挖采用全斷面法爆破施工。爆破開(kāi)挖施工采用中間楔形掏槽孔加主爆孔，周邊井壁采用光面爆破的方式進(jìn)行爆破。周邊光爆孔采用φ32mm×200g×200mm的二號(hào)巖石乳化炸藥，線狀間隔不耦合裝藥弱爆破，導(dǎo)爆索起爆；掏槽孔及主爆孔采用φ32mm×200g×200mm的二號(hào)巖石乳化炸藥，連續(xù)裝藥，毫秒延期導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)分段延期起爆。為控制單響藥量、保證輪廓完整、工程進(jìn)度，當(dāng)次掘進(jìn)進(jìn)尺設(shè)計(jì)為2m。

2.2.1 周邊孔參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)于不耦合裝藥條件，在C-J爆轟條件下，炸藥的平均爆轟壓力為：

式中：Pi為炸藥爆轟平均初始?jí)毫?；ρe為炸藥密度；D為炸藥爆轟速度；γ為炸藥的等熵指數(shù)，與炸藥密度有關(guān)，當(dāng)ρe＜1.2g/cm3時(shí)，γ取2.1；當(dāng)ρe＞1.2g/cm3時(shí)，γ 取 3；Re為裝藥半徑；Ri為炮孔半徑。這里炸藥密度為1.20g/cm3，爆速為 4000m/s。[1]

當(dāng)我們選擇 0.7×UCS≤Pb≤1.5×UCS（UCS 為巖石抗拉強(qiáng)度）時(shí)，就能保證炮孔周邊巖石破裂。當(dāng)然以上我們只是粗步估算炮孔內(nèi)壓力，這個(gè)結(jié)果沒(méi)有考慮堵塞體積影響、裂紋擴(kuò)展的體積變化，但是可以確定孔內(nèi)壓力的一個(gè)平均值。

徑向裂隙即周邊孔周邊巖石內(nèi)應(yīng)力分布情況，假設(shè)該周邊孔周邊巖石介質(zhì)無(wú)限均勻，即r0相對(duì)于ri無(wú)限大，且無(wú)外部壓力即P0=0，僅有內(nèi)部爆炸產(chǎn)物作用內(nèi)壁。

忽略徑向應(yīng)力σt和剪切應(yīng)力τRT，我們可以近似計(jì)算出切向應(yīng)力得：

rb是炮孔直徑，pb是炮孔內(nèi)壓力，r是被計(jì)算點(diǎn)的距炮孔中心距離，代入式（2），并在rb至S范圍內(nèi)切向應(yīng)力總和可以計(jì)算得：

為了使兩孔之間產(chǎn)生裂縫，切向應(yīng)力必須大于巖石的抗拉強(qiáng)度乘以該處的面積σR=UTS（S-2rb），兩者相等時(shí)，則剛好產(chǎn)生裂隙。

因此能破壞最大距離：

事故閘門井圍巖抗拉強(qiáng)度62.5MPa，設(shè)計(jì)孔深為2.5m，孔徑為42mm，那么Pb取值在43.8～93.8MPa之間，由于采用弱爆破保證圍巖穩(wěn)定，故取Pb為50MPa，代入公式S得55～68cm。并計(jì)算得he得60cm，相當(dāng)于規(guī)格φ32mm×200g×200mm規(guī)格的巖石二號(hào)乳化炸藥600g。為保證周邊輪廓平整，我們縮減周邊孔孔距為50cm、裝藥量為500g，根據(jù)斷面大小可布周邊孔55個(gè)。

2.2.2 掏槽及主爆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

豎井掏槽爆破如果拋渣效果不好會(huì)導(dǎo)致炮渣堵塞槽體，不能為后續(xù)爆破提供足夠的自由面，選擇拋渣距離遠(yuǎn)的楔形掏槽爆破，在斷面中間位置共布置8個(gè)掏槽孔，孔深略深于周邊孔，取2.65m。單耗根據(jù)修正的普式公式計(jì)算：

式中：k為炸藥爆力的修正系數(shù)，k=525/v，v是炸藥爆力，取值280ml。[2～5]

計(jì)算單耗值為0.73kg/m3、總裝藥量Q為91.5kg，掏槽孔裝藥系數(shù)為周邊孔的2～4倍，選取規(guī)格φ32×200g×200mm規(guī)格乳化炸藥2.0kg，裝藥高度2.0m，堵塞0.6～0.8m。主爆孔總藥量為48kg，均勻圍繞掏槽孔布孔，共布置2排，排距90cm，環(huán)向間距87～100cm；周邊孔間距50cm。為了施工方便，調(diào)整內(nèi)圈主爆孔裝7支φ32mm乳化炸藥，外圈裝6支φ32mm乳化炸藥，具體參數(shù)見(jiàn)表1。掏槽孔、主爆破及周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖1～3所示。

表1 爆破參數(shù)表

3 爆破結(jié)果

按表1的參數(shù)在2#事故閘門井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，15個(gè)循環(huán)，總進(jìn)尺36m，該設(shè)計(jì)下爆破效果明顯提高，循環(huán)進(jìn)尺由1#事故閘門井平均2.2m提高到2.3～2.5m，且光爆效果明顯，未發(fā)生圍巖坍塌。

圖1 閘門井爆破炮孔布置示意圖

圖2 主爆孔及掏槽孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

由于該豎井圍巖條件差，爆破振動(dòng)過(guò)大會(huì)發(fā)生坍塌，所以對(duì)一次爆破藥量和周邊光爆要求十分高，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到主要結(jié)論：

（1）對(duì)于結(jié)構(gòu)較差、抗拉強(qiáng)度較大的Ⅲ類圍巖，采用加強(qiáng)掏槽、主爆加周邊光爆孔弱爆能提高周邊輪廓平整，減少圍巖坍塌情況。該方案能指導(dǎo)類似工程施工。

（2）基于C-J爆轟條件下計(jì)算采用不耦合裝藥炮孔內(nèi)炸藥爆轟壓力，并結(jié)合圍巖內(nèi)應(yīng)力分布情況，能設(shè)計(jì)合理的光面爆破參數(shù)，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，能取得良好的光爆效果。本地質(zhì)條件下的參數(shù)選?。褐苓吙卓咨?.5m，孔距450～500mm，裝藥藥量500g；掏槽孔深2.65m，孔距90～110mm，裝藥量2.0kg，2#事故閘門井最大一次單響藥量為30kg。