二氧化碳裂隙爆破在水庫(kù)溢洪道出水渠開(kāi)挖施工中的應(yīng)用

莊才寶

（作者單位：山東省沂水縣跋山水庫(kù)管理處 276400）

一、水庫(kù)溢洪道基本情況

山東省沂水縣跋山水庫(kù)溢洪道工程位于大壩西端，由進(jìn)口引渠、閘室控制段、泄槽、挑流鼻坎、尾水渠組成，全長(zhǎng) 443m。閘室控制段由 1966年的老溢洪閘及 1998年保安全改建的新溢洪閘組成，老溢洪閘 10 孔，單孔凈寬 10.00m；新溢洪閘 6 孔，單孔凈寬10.00m；閘室總凈寬 160m。溢洪閘進(jìn)口堰頂高程 171.00m，設(shè)有 16 孔弧形剛閘門(mén)，采用卷?yè)P(yáng)式弧門(mén)啟閉機(jī)，單機(jī)最大啟門(mén)力 2×225kN，設(shè)計(jì)最大泄量 13166m3/s。設(shè)有上游鋪蓋、下游護(hù)坦。

溢洪道分布地層多為硬質(zhì)巖石與軟質(zhì)巖石互層，軟質(zhì)巖石尤其是細(xì)砂巖，暴露地表后易風(fēng)化，抗沖刷能力差。溢洪道斷裂構(gòu)造較發(fā)育，F(xiàn)2 斷層附近巖石風(fēng)化劇烈，由于斷層為高傾角，巖石在斷層附近縱深方向上風(fēng)化較強(qiáng)，破壞了巖體的整體性和穩(wěn)定性，大大削弱了巖體的抗沖刷能力。建議溢洪道尾水渠開(kāi)挖時(shí)做好施工地質(zhì)工作，對(duì)于斷層處風(fēng)化較重的巖體予以及時(shí)護(hù)砌處理。溢洪道巖體呈中等風(fēng)化，斷層帶附近風(fēng)化較強(qiáng)，近于強(qiáng)風(fēng)化。一般圍巖分類(lèi)為 II 類(lèi)，斷層帶附近為 III 類(lèi)。

二、工程設(shè)計(jì)要求

1998年為保安全加固時(shí)，出水渠開(kāi)挖不徹底，致使泄洪時(shí)出水渠內(nèi)水流紊亂，局部雍水影響出水。為改善水流條件，對(duì)現(xiàn)狀溢洪道的泄流能力、水面線、抗沖能力、消能防沖等進(jìn)行復(fù)核。依據(jù) 1998年模型試驗(yàn)情況，出水渠進(jìn)行開(kāi)挖疏通改造，出水渠縱向坡度為0.05。

圖1 二氧化碳冷爆破工作原理圖

三、二氧化碳裂隙爆破技術(shù)的原理及操作

1.二氧化碳冷爆破原理

二氧化碳冷爆破原理就是將二氧化碳?xì)怏w在一定的高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，通過(guò)高壓泵將液態(tài)的二氧化碳?jí)嚎s至圓柱體容器(爆破筒)內(nèi)，將爆破筒插入鉆孔中固定好，連接起爆器電源，如圖1。當(dāng)微電流通過(guò)高導(dǎo)熱棒時(shí)，產(chǎn)生高溫?fù)舸┌踩?，瞬間將液態(tài)二氧化碳?xì)饣?，急劇膨脹產(chǎn)生高壓沖擊波致泄壓閥自動(dòng)打開(kāi)，利用液態(tài)二氧化碳吸熱氣化時(shí)體積急劇膨脹產(chǎn)生高壓，致使巖體開(kāi)裂。

2.所需設(shè)備及基本操作步驟

（1）操作間設(shè)備

二氧化碳儲(chǔ)液罐、充裝機(jī)、充裝臺(tái)、拆裝機(jī)等。操作間的作用是充裝爆破管、存儲(chǔ)爆破管、發(fā)放爆破管，以及對(duì)相關(guān)設(shè)備的維修等。通過(guò)高壓泵將液態(tài)的二氧化碳?jí)嚎s至圓柱體容器(爆破筒)內(nèi)，裝入安全膜、破裂片、導(dǎo)熱棒和密封圈，擰緊合金帽即完成了爆破前的準(zhǔn)備工作。

（2）施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

爆破管、智能云安全發(fā)爆器、90 型風(fēng)動(dòng)鉆巖機(jī)。其中智能云安全發(fā)爆器是點(diǎn)燃爆破管內(nèi)加熱器的核心設(shè)備。同時(shí)具有微差起爆實(shí)現(xiàn)光面爆破功能，人員閉鎖、時(shí)間閉鎖、地點(diǎn)閉鎖等多參數(shù)閉鎖，確保不安全就不能起爆的本質(zhì)安全功能，以及與智能云通訊連接等功能。將爆破筒和起爆器及電源線攜至爆破現(xiàn)場(chǎng)，把爆破筒插入鉆孔中固定好，連接起爆器電源。

四、二氧化碳裂隙爆破優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.二氧化碳爆破技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

氣體比炸藥更有安全性，不屬于民爆產(chǎn)品，運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用不需要審批；無(wú)需炸藥審批的繁瑣程序和公安部門(mén)的嚴(yán)格監(jiān)管；爆破過(guò)程中無(wú)破壞性震動(dòng)和短波，根據(jù)工程的實(shí)時(shí)檢測(cè)，爆破產(chǎn)生的振動(dòng)微弱，破壞力很小，對(duì)于保護(hù)建筑物，較少?zèng)_擊地壓誘發(fā)因素等非常有力；爆速3m/s 左右，碎石一般離開(kāi)爆破點(diǎn) 2～3m后，高度不超過(guò)1m，基本沒(méi)有破壞作用；揚(yáng)塵比例降低，沒(méi)有有害物質(zhì)產(chǎn)生，對(duì)周?chē)h(huán)境影響不大；二氧化碳易采購(gòu)，部分裝置可重復(fù)使用；多個(gè)爆破筒可同時(shí)并聯(lián)，爆破威力大，爆破后巖石個(gè)體大；實(shí)現(xiàn)每次爆破全程監(jiān)控爆破施工，包括人員、時(shí)間、地點(diǎn)、用量、巖石、爆破參數(shù)、爆破效果等；降低成本，跋山水庫(kù)溢洪道工程開(kāi)挖工程節(jié)約投資80萬(wàn)元。

2.二氧化碳爆破技術(shù)的劣勢(shì)

效率低，步驟過(guò)于繁瑣，每天爆炸次數(shù)有限，環(huán)節(jié)多出問(wèn)題的幾率就高，如灌裝、接線、封孔等環(huán)節(jié)；利用臨空面才有效果，深基坑或臨空不好的作業(yè)面不適合；無(wú)法實(shí)現(xiàn)多排爆破，即造成單次爆破的爆破筒數(shù)量不宜超過(guò)兩排，超過(guò)兩排就容易卡住或炸壞爆破筒；其使用的活化器是專(zhuān)用的一次性用品，產(chǎn)量不高時(shí)也造成爆破成本高；爆破筒裝填工藝和現(xiàn)場(chǎng)施工均較復(fù)雜，對(duì)炮孔質(zhì)量、噪音及安全要求較高。

五、結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)的二氧化碳爆破施工雖然已有技術(shù)突破，但需要技術(shù)改進(jìn)和提升的方面還有很多。爆破產(chǎn)量與傳統(tǒng)的炸藥爆破相比差距較大，特別是在水利工程的應(yīng)用中，因受周?chē)h(huán)境、地質(zhì)環(huán)境及居民居住環(huán)境等影響，需要認(rèn)真分析施工現(xiàn)場(chǎng)情況，因地制宜為最佳■