取水首部預(yù)留巖坎爆破設(shè)計(jì)

王冬

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110003）

1 工程概況

遼寧省重點(diǎn)輸水二期柴河供水施工取水首部工程，由進(jìn)口引渠、取水建筑物等組成。進(jìn)口引渠長(zhǎng)度為91.40 m，引渠后布置取水建筑物，斷面尺寸25.00 m×9.30 m×36.04 m（長(zhǎng)×寬×高），取水建筑物設(shè)置1 道攔污柵6.30 m×16.00 m（寬×高），兩道工作閘門4.00 m×4.00 m（寬×高），取水建筑物后接壓力隧洞。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)巖坎前引渠進(jìn)行分層分塊開挖。分層分塊圖見圖1。

圖1 引渠分區(qū)分塊圖（單位：m）

B 區(qū)主要為弱風(fēng)化花崗巖，巖石強(qiáng)度較高，無法采用反鏟直接挖除的方式進(jìn)行開挖。B 區(qū)分層厚度為7.70 m，采用垂直深孔爆破，周邊預(yù)裂爆破方式一次開挖成型，爆破后，由作業(yè)船上18.00 m長(zhǎng)臂反鏟將水中石渣抓運(yùn)至出渣船，滿載后運(yùn)至出渣碼頭，由2 臺(tái)1 m3液壓反鏟接力裝到自卸汽車，通過取水首部進(jìn)場(chǎng)路轉(zhuǎn)運(yùn)至棄渣場(chǎng)存放。開挖施工時(shí)，先進(jìn)行B-1 區(qū)施工再進(jìn)行B-2 區(qū)，各區(qū)按照Ⅰ塊→Ⅱ塊→Ⅲ塊的順序進(jìn)行施工，B 區(qū)分塊圖見圖2。

圖2 B 區(qū)分塊圖（單位：m）

2 預(yù)留巖坎穩(wěn)定性計(jì)算

取水首部預(yù)留巖坎分2 次開挖，先進(jìn)行引渠部分開挖，待取水首部閘門安裝調(diào)試完成后再進(jìn)行預(yù)留巖坎部分開挖。

預(yù)留巖坎底寬26.70 m，頂寬4.00 m，巖坎迎水面石方開挖邊坡坡比為1.0∶0.5，強(qiáng)風(fēng)化層挖除后結(jié)構(gòu)面內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性一般。

2.1 抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

抗傾覆計(jì)算按式（1）計(jì)算：

式中：Ko——抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑My——作用于墻體的荷載對(duì)墻前趾產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩，kN/m；∑Mo——作用于墻體的荷載對(duì)墻前趾產(chǎn)生的傾覆力矩，kN/m。

計(jì)算得：

其中：G 為巖體自重，取413 kN/m3；γo為水容重，取1 kN/m3；h 為水頭高程，取24.00 m；L1為穩(wěn)定力力臂，取2.77m；L2為傾覆力力臂，取14.70 m。計(jì)算得∑My=13 744.64 kN/m3，∑Mo=352.80 kN/m3，則Ko=38.96>1.3，滿足抗傾覆穩(wěn)定安全。

2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

巖坎部分巖性主要為混合花崗巖，上半部為強(qiáng)風(fēng)化層厚3.20～4.00 m，卸荷裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較低。下半部為弱風(fēng)化層，堅(jiān)硬巖，抗壓強(qiáng)度多大于40 MPa，節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理面多閉合～微張，結(jié)構(gòu)面 傾 角為44°～51°，設(shè)計(jì) 開 挖坡 比 為1.0∶0.5（63.44°），正常蓄水位靜水頭壓力為240 kN，預(yù)留巖坎底部寬度為26.70 m，巖石塊體密度為2.78 g/cm3，計(jì)算參數(shù)見表1。

計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖3。

圖3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

使用軟件“理正巖土6.0”，將表1 參數(shù)輸入后計(jì)算，安全系數(shù)為1.968>1，邊坡穩(wěn)定。

3 爆破

3.1 爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)取值參照GB6722-2014《爆破安全規(guī)程》、DLT 5135-2013《水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》中“水下爆破章節(jié)”。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及前期開挖形成的地質(zhì)資料顯示，引渠A 和B 區(qū)巖性為花崗巖，巖石強(qiáng)度較高，弱風(fēng)化巖抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在51～62 MPa 之間，面積節(jié)理數(shù)小于20條/m2，水下開挖平均水深在12.00 m。

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，爆破粒徑控制標(biāo)準(zhǔn)：不大于40 cm 的占40%以上，40～60 cm 的占20%～45%，不小于60 cm 的占15%以下。根據(jù)地質(zhì)情況，在保證爆渣不大于40 cm的占40%以上的條件下，所需要的單耗為0.6～1.2 kg/m3?？紤]到此處巖石強(qiáng)度偏高，完整性較好，水下爆破炸藥單耗初步擬定為1.0 kg/m3，明挖爆破炸藥單耗擬定為0.7 kg/m3。爆破器材選擇防水抗壓性能好，接近零氧平衡的炸藥，在爆破施工前對(duì)爆破器材進(jìn)行防水抗壓性能試驗(yàn)。

3.2 松動(dòng)爆破

1）布孔形式及孔深、孔徑

松動(dòng)爆破主要針對(duì)C 區(qū)開挖施工。C 區(qū)最大鉆孔深度為4.80 m，采用CM-351型潛孔鉆鉆機(jī)鉆孔，一次成孔。鉆孔孔徑D=90 mm，裝? 70 mm 乳化炸藥，采用矩型布孔方式。

2）炸藥單耗計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石巖性、巖石抗壓強(qiáng)度及節(jié)理發(fā)育情況，單耗擬選用0.6 kg/m3。

選取孔距a=1.50～2.50 m，排距b=1.00～2.20 m，在實(shí)際施工中要根據(jù)試爆情況進(jìn)行孔排距修正。

單孔裝藥量Q 計(jì)算公式：

式中：Q——單個(gè)炮孔裝藥量，kg；q——炸藥單耗值，取0.6 kg/m3；a——孔距，m；b——排距，m；H ——設(shè)計(jì)開挖深度，1.00～4.80 m。

經(jīng)計(jì)算可得：Q=0.9～15.8 kg

松動(dòng)爆破參數(shù)參考見表2。

表2 松動(dòng)爆破參數(shù)參考表

3.3 明挖爆破

明挖爆破主要針對(duì)B 區(qū)及巖坎第一、二層開挖，鉆爆在陸上完成，引渠采用垂直深孔爆破，巖坎采用斜孔爆破，傾向迎水面，鉆孔傾角82.00°。此部分巖石主要巖性為花崗巖，弱風(fēng)化，強(qiáng)度較高，完整性較好，為確保出渣效率，降低巖渣大塊率，炸藥單耗選取0.7 kg/m3。

爆破參數(shù)：

孔徑?=90 mm；超深h=1.00 m；孔深H=5.20～9.00 m；鉆孔傾角82.00°，90.00°；最小抵抗線W =2.20～2.30 m；孔距a=2.50 m；排距b=2.30 m；單耗藥量：q=0.7 kg/m3；單孔裝藥量：Q=q×a×b×H =18.2～36.2 kg；堵塞長(zhǎng)度：Lc=2.3～2.5 m；布孔型式：梅花形布孔；裝藥結(jié)構(gòu)：連續(xù)裝藥。

明挖爆破參數(shù)見表3。

3.4 預(yù)裂爆破

1）布孔形式及孔徑：預(yù)裂孔孔徑取? 90 mm，70 mm 藥卷；按設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行鉆孔。

2）炸藥單耗：根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)裂孔線裝藥密度Qx取0.4 kg/m。

表3 明挖爆破參數(shù)表

3）孔網(wǎng)參數(shù)：孔距a=（7～12）D，a 取1.00 m。

4）孔深和堵塞長(zhǎng)度：預(yù)裂孔最大孔深15.5 m，預(yù)裂孔爆破時(shí)堵塞1.00～1.50 m。

5）裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)：渠道兩側(cè)邊坡預(yù)裂孔底部1 m 連續(xù)裝藥，其余采用間斷不耦合裝藥。單孔裝藥量Q=L ?Qx，其中：L 為炮孔長(zhǎng)度，L=H/sin α =（9+1）/sin（82°）=10.10 m，Qx 為預(yù)裂孔線裝藥密度。經(jīng)計(jì)算：?jiǎn)慰鬃畲笱b藥量4.01 kg，采用導(dǎo)爆索連接起爆。

4 結(jié)語

遼寧省重點(diǎn)輸水二期柴河供水施工取水首部工程B 區(qū)施工部位，文中根據(jù)預(yù)留巖坎特征進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并提出提出松動(dòng)爆破和明挖爆破以及預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)方案及參數(shù)，計(jì)算成果對(duì)類似工程有重要的參考價(jià)值和借鑒意義。