爆破技術(shù)在地下廠房開挖中的應(yīng)用研究

雷國強(qiáng) 孟懷秀

【摘要】大力建設(shè)水利水電工程是現(xiàn)代化新能源建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，由于我國水利資源分布主要集中在西部高山峽谷中，水電工程地下廠房建設(shè)顯得愈發(fā)重要。目前我國地下廠房的主要開挖方式還是鉆爆法，因此，研究開挖施工爆破技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。本文將基于四川省某引水式水電站地下廠房建設(shè)實(shí)例，進(jìn)一步探討爆破技術(shù)在水利水電工程地下廠房開挖施工過程中的應(yīng)用研究。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；地下廠房開挖；爆破技術(shù)

我國蘊(yùn)藏的水力資源十分豐富，淡水資源總量居全球第六，水力資源主要分布在西部高山、峽谷區(qū)，如雅礱江、烏江等。對于峽谷區(qū)水利工程建設(shè)，地下廠房建設(shè)不僅有利于樞紐建設(shè)布置，并且具有縮短工期、經(jīng)濟(jì)高效的優(yōu)勢。因此，對地下廠房設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的研究創(chuàng)新顯得愈發(fā)重要。表1為我國部分已建重大水利樞紐工程。

爆破技術(shù)是地下硐室開挖施工過程中極其重要的過程，對此國內(nèi)外專家對爆破技術(shù)做出了深入的研究。任元杰深刻探討了爆破技術(shù)在隧道鉆進(jìn)過程中的應(yīng)用；王俊星研究爆破技術(shù)在采礦工程中重要性；馮叔瑜、鄒勤等重點(diǎn)探討了爆破技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用以及前景展望。

1、工程概況

博瓦水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)，為金沙江左岸一級支流水洛河“一庫十一級”中的第八個(gè)梯級電站。本工程采用引水式開發(fā)，于水洛河水洛鄉(xiāng)下游河段、左岸群英河河口下游3.06km、河道高程約1982m處建攔河閘壩取水，通過左岸布置引水系統(tǒng)引水至下博瓦溝溝口上游900m、河道高程約1853m處的山體內(nèi)建地下廠房發(fā)電。電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房系統(tǒng)組成。首部樞紐最大閘（壩）高27m，正常蓄水位▽2001.00m以下水庫庫容113萬m3，日調(diào)節(jié)庫容24.1萬m3；左岸有壓引水隧洞長14.188km和壓力管道長211.758m，引用發(fā)電流量160.1m3/s，受場地條件以及地質(zhì)情況限制，廠區(qū)樞紐布置為地下廠房。

地下廠房開挖分層以及開挖程序示意圖如圖1所示。廠房由上而下主要分作6層施工，主要施工次序如下：（1）頂拱兩側(cè)開挖并及時(shí)支護(hù)跟進(jìn)，同時(shí)安排豎井開挖支護(hù)施工，用以改善地下施工環(huán)境、保證通風(fēng)；（2）第一層開挖結(jié)束后，第2層需要進(jìn)行預(yù)裂爆破施工；爆破結(jié)束后，進(jìn)行支護(hù)工作，支護(hù)過程注意圍巖松動，保證施工人員安全；（3）巖壁吊車梁施工；（4）當(dāng)巖壁吊車梁混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后，再進(jìn)行第3～6層分層開挖、預(yù)裂爆破與支護(hù)工作。

2、地下廠房爆破施工

2.1 爆破技術(shù)簡介

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期，爆破技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大型機(jī)場、港口碼頭、水電地下廠房等項(xiàng)目建設(shè)中，也隨之得到快速進(jìn)步。

露天深孔爆破是現(xiàn)代工程爆破技術(shù)的主要研究方向，目前已發(fā)展了延期爆破、擠壓爆破、光面爆破、預(yù)裂爆破等新技術(shù)。尤其是光面爆破與預(yù)裂爆破技術(shù)，在露天塹壕、基坑和地下工程的開挖中，使邊坡形成比較陡峻的表面，使地下開挖的坑道面形成預(yù)計(jì)的斷面輪廓線，避免超挖或欠挖，并能保持圍巖的穩(wěn)定。

控制性爆破技術(shù)不僅具有控制程度高、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)，在開挖過程中能保證邊坡的質(zhì)量和穩(wěn)定性以及開挖的質(zhì)量與安全，因此被廣泛應(yīng)用于大型重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)中，如葛洲壩工程大面積砂巖開挖以及三峽大壩開挖工程中對巖石進(jìn)行垂直方向預(yù)裂。因此，研究控制性爆破技術(shù)對國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的意義。

2.2爆破荷載確定

爆破荷載峰值是確定控制性爆破作用影響范圍與破壞程度的最重要的參數(shù)。在C-J爆轟條件下，炸藥產(chǎn)生的平均初始?xì)怏w壓力為：

對于耦合裝藥，則峰值壓力即為Pmax=P；對于非耦合裝藥，爆破產(chǎn)生氣壓在炮孔內(nèi)膨脹釋放，則應(yīng)采用一定的折減系數(shù)算式：

一般認(rèn)為，炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊作用一般持續(xù)10-6～10-8s之間，爆炸產(chǎn)生的氣體沖擊力持續(xù)10-3～10-1s之間。通過LS-DYNA軟件對炸藥材料進(jìn)行爆炸要素分析，采用流固耦合算法，根據(jù)炸藥材料要素以及其狀態(tài)方程對爆破過程及結(jié)果進(jìn)行控制。根據(jù)工程軟件分析，得出爆破過程中壓力隨時(shí)間變化如圖2所示。

對比工程現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)以及爆破產(chǎn)生的影響分析，Pmax=26.5MPa，誤差λ=（26.5-25.3）÷26.5=4.5%<5%，因此可以認(rèn)為計(jì)算結(jié)果基本吻合。

2.3 現(xiàn)場爆破安全管理措施

由于技術(shù)的快速進(jìn)步以及現(xiàn)場的嚴(yán)格管理，現(xiàn)代爆破技術(shù)施工現(xiàn)場的安全性已經(jīng)大大提高，施工人員的安全基本得到保障。但爆破過程中的仍存在一些危險(xiǎn)因素，因此，需要制定一定的現(xiàn)場安全條例進(jìn)行管理，筆者在此提出幾點(diǎn)建議：

（1）爆破所用的炸藥是高度危險(xiǎn)品，因此一定要注意妥善運(yùn)輸、保存、運(yùn)用。炸藥材料運(yùn)輸?shù)倪^程中尤其是在山路上，車速一定不能過快（20km/h以下最宜）；材料的保存處溫度、濕度一定要適宜，以免材料潮濕失效；禁忌明火，嚴(yán)禁在庫房附近吸煙。

（2）支護(hù)過程中注意邊坡塌方，遇到緊急情況一定要冷靜，及時(shí)組織救援工作。

（3）“瞎炮”現(xiàn)象在爆破過程中經(jīng)常出現(xiàn)，當(dāng)遇到瞎炮現(xiàn)象時(shí)，施工人員一定要注意等待足夠長的時(shí)間以確定其完全失效方可上前拆卸。切忌短時(shí)間不響即刻上前檢查，以免出現(xiàn)意外。

（4）爆破飛石。采用控制性爆破技術(shù)，如光面爆破、預(yù)裂爆破等，雖然技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但仍然會有飛石飛出。因此需要盡量遠(yuǎn)離爆破點(diǎn)，避免傷及工作人員；同時(shí)，需要對爆破飛石采取防范措施，避免其飛向地面建筑物。

3、 結(jié)語

以四川省涼山州引水式水電站地下廠房開挖爆破施工過程為例，基于LS-DYNA軟件與流固耦合算法，深刻研究爆破技術(shù)在大型水電站建設(shè)地下廠房開挖施工過程中的應(yīng)用，并基于研究結(jié)果，給出幾點(diǎn)針對性建議，以期能夠解決后期爆破過程中所遇到問題并能合理保護(hù)相關(guān)人員、財(cái)產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊紅韜.我國水資源現(xiàn)狀：人均水平僅為世界平均水平的1/4[EB/OL].

[2]任元杰.高速隧道掘進(jìn)中的光面爆破應(yīng)用實(shí)踐微探[J/OL].建筑知識，2017（03）：1.

[3]王俊星.對煤礦井下爆破作業(yè)中不安定因素的淺析[J/OL].機(jī)電工程技術(shù)，2017（08）：213-214[2017-12-23].

[4]馮叔瑜，張正宇，劉美山.爆破技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用和前景[J].工程爆破，2005（04）：22-26+21.

[5]鄒勤.爆破技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2014，21（07）：99+101.

作者簡介：

1、雷國強(qiáng)，1984.2-，漢族，本科學(xué)歷，就職于中國水利水電第十工程局有限公司，工作及研究方向：水利水電工程建設(shè)管理.及相關(guān)工作.

2、孟懷秀，1986.1-，漢族，本科學(xué)歷，就職于中國水利水電第十工程局有限公司，工作及研究方向：水利水電工程建設(shè)管理及相關(guān)工作.