淤泥擾動(dòng)爆破技術(shù)在劉家峽水下巖塞爆破工程的應(yīng)用

王中林

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津市 300162）

0 引言

劉家峽正常蓄水位為1735m，巖塞口以上淤泥頂面高程約1705m，巖塞口底高程1676.09m，按此計(jì)算，巖塞上最大淤泥深29m。經(jīng)研究，決定在劉家峽設(shè)置巖塞爆破1:2模型試驗(yàn)洞開(kāi)展水下巖塞爆破試驗(yàn)。巖塞爆破1:2模型試驗(yàn)洞由豎井段、水平洞段、集渣坑及巖塞段組成。其中豎井段深度約71.60m，斷面為4m×2.5m矩形洞；水平洞段長(zhǎng)約11.56m，斷面為4m×3m的城門(mén)洞型，是豎井段和集渣坑的連接段；集渣坑長(zhǎng)約31.83m，斷面由巖塞部位開(kāi)始自圓形漸變?yōu)槌情T(mén)洞型，渣坑容積1403m3；巖塞內(nèi)徑為7.0m，厚度約為9.8m，巖塞體積約896m3。

擾動(dòng)爆破方案根據(jù)爆擴(kuò)成井原理，采用水下鉆孔、線性裝藥的爆破擾動(dòng)方案。為了能為工程提供借鑒，本文對(duì)1:2模型試驗(yàn)的參數(shù)確定、水下鉆孔、線性裝藥、過(guò)程注意事項(xiàng)各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行介紹，探討水下爆破擠淤的參數(shù)設(shè)計(jì)及其運(yùn)用，并對(duì)效果進(jìn)行了分析。

1 參數(shù)確定

1.1 裝藥量計(jì)算

線裝藥量計(jì)算公式采用爆擴(kuò)成井的控制爆破計(jì)算公式:

式中：

Qt——線裝藥密度，kg/m；

b——介質(zhì)壓縮系數(shù)，采用2＃巖石炸藥時(shí)，取1.3～3.7，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；

D——爆擴(kuò)成井的井徑，m。

1.2 計(jì)算參數(shù)的選取

初步計(jì)算采用介質(zhì)壓縮系數(shù)b＝1.5（黃土類(lèi)砂黏土、濕土）；

結(jié)合本工程特點(diǎn)及巖塞爆破口的需求，擴(kuò)井的井徑D初選為D＝1.8m；

則：線裝藥密度Qt＝1.5×1.82＝4.86 kg/m，取線裝藥密度Qt＝5 kg/m。

1.3 淤泥炮孔平面布置

根據(jù)試驗(yàn)洞巖塞口的布置，以及頂部的淤泥厚度、擾動(dòng)范圍和淤泥組成情況、性質(zhì)，確定在淤泥層中鉆爆破孔4個(gè)，分布在進(jìn)水口軸線上和左、右兩側(cè)，呈棱形布置，鉆孔直徑為Ф180mm，鉆孔間距為1.8m和4.92m?？變?nèi)連續(xù)裝藥，但距淤泥表面0.25倍的孔長(zhǎng)作為封堵段。

1.4 鉆孔長(zhǎng)度及裝藥量

鉆孔長(zhǎng)度及裝藥量列入表1。

2 主要施工工藝

2.1 鉆孔

2.1.1 鉆孔作業(yè)

1∶2模型試驗(yàn)淤泥爆破點(diǎn)位于劉家峽水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)，所以水流流速相對(duì)較小，特別是在劉家峽電廠不泄水、不發(fā)電的條件下，庫(kù)內(nèi)水面可以認(rèn)為是靜水。水上鉆孔，要求工作船錨固牢靠、平穩(wěn)，給水上作業(yè)創(chuàng)造良好條件。在水上作業(yè)區(qū)一定范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置警戒線，防止庫(kù)內(nèi)船舶通航時(shí)產(chǎn)生的水流沖擊影響鉆孔工作船的平穩(wěn)。

在淤泥中鉆孔可采用水力鉆孔法[1]。鉆孔開(kāi)始前，一定要將孔位確定準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制鉆機(jī)的偏角及傾斜，保證鉆孔精確。鉆入深度由帶有刻度的鉆桿控制，隨著鉆深增加、鋼套管隨即下沉至所需深度。清孔后，再沿套管插入一根外徑為165mm的PE塑料管到鉆孔中，一端露出水面，鉆孔即告完成。當(dāng)PE管就位后就可拔出水中的鋼管，PE塑料管仍留在水中，作為淤泥爆破裝藥套管，該塑料管將在爆破中炸掉。

PE塑料管需固定在施工操作平臺(tái)上，保證其不受外力撞擊而折斷，并將其外露的管口臨時(shí)封堵，避免雜物進(jìn)入管內(nèi)。

2.1.2 安裝管材要求

根據(jù)淤泥爆破藥卷的規(guī)格、尺寸及裝藥套管的下方要求，考慮施工方便、快捷等因素，要求鉆孔施工中使用鋼套管內(nèi)徑不小于165mm，管節(jié)連接處要求采用內(nèi)徑為等徑的鋼套管。裝藥用PE塑料套管，規(guī)格為公稱(chēng)直徑（外徑）165mm，壁厚11.4mm，一般長(zhǎng)度為4m、6m，管節(jié)接頭采用熱熔對(duì)接。為了保證裝藥時(shí)不使導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索受力，將每個(gè)單獨(dú)藥卷固定在工程外徑75mm、管壁厚3mm的PVC塑料半管上。

2.1.3 水下鉆孔爆破注意事項(xiàng)

水下鉆孔應(yīng)嵌入基巖以下0.5m，在下放PE塑料套管前，對(duì)于鉆孔要進(jìn)行清孔處理，保證套管順利下放；PE塑料套管就位后，對(duì)其水上部分要采取可靠的固定措施，防止套管傾斜，孔口做好臨時(shí)封堵措施，防止墜物堵塞套管。

2.2 裝藥

2.2.1 火工材料

（1）火工材料的選用：炸藥采用山東威海奧瑞凱（Orica）爆破器材有限公司生產(chǎn)的Powergel TMMagnum 3151炸藥：規(guī)格為藥卷直徑Φ75mm、長(zhǎng)400mm，線裝藥密度為5kg/m；導(dǎo)爆索采用SD-40型震源導(dǎo)爆管；即發(fā)非電毫秒雷管、導(dǎo)爆管采用山東威海奧凱瑞產(chǎn)品。

（2）火工材料制作：根據(jù)爆破設(shè)計(jì)，按要求準(zhǔn)備各孔裝藥的品種和數(shù)量，裝藥品種有底藥、下部起爆體、底部藥卷、中部藥卷、上部起爆體及上部藥卷，防止處理導(dǎo)爆索一根。①起爆藥包制作：取Φ75mm3151 高能乳化炸藥一卷。將即發(fā)（0毫秒）非電毫米雷管插入（用木釬鉆一雷管直徑大小的孔，深度為雷管的長(zhǎng)度）高能乳化炸藥的藥卷內(nèi)，并用高壓防水膠布將雷管與藥卷相交封死，防止水滲入。②底藥：底藥藥卷采用3151炸藥，Φ75mm×400mm、每卷藥量2000g的標(biāo)準(zhǔn)藥卷。底藥藥卷與二股導(dǎo)爆索連接，并用高壓防水膠布將藥卷與導(dǎo)爆索綁扎牢固，防止脫落。③藥卷：淤泥孔每孔裝藥為連續(xù)裝藥，采用的標(biāo)準(zhǔn)藥卷規(guī)格及炸藥品種與底藥相同，根據(jù)每孔的裝藥長(zhǎng)度劃分藥卷分段尺寸、分段藥卷編號(hào)、規(guī)格、藥量、數(shù)量。各藥卷、底藥、起爆體均嚴(yán)格按照裝藥結(jié)構(gòu)圖中的順序，先采用防水膠布將每個(gè)單獨(dú)藥卷、起爆體與PVC半管固定牢靠；固定好藥卷、起爆體后，再用防水膠布將導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索與PVC 半管緊密結(jié)合，同時(shí)保證導(dǎo)爆索與藥卷充分接觸。為了便于施工和保護(hù)導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索，采用裝填塑料袋（或其它材料袋體）外包，形成袋體外涂抹黃油等起到潤(rùn)滑作用。④導(dǎo)爆索：采用SB-40型震源導(dǎo)爆索二股，導(dǎo)爆索兩端均應(yīng)做好防水處理，且二股導(dǎo)爆索采用防水膠布緊密結(jié)合。導(dǎo)爆索長(zhǎng)度應(yīng)滿足施工網(wǎng)路布置要求，根據(jù)施工實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2.2 裝藥施工

鉆孔底部2m采用直徑80mm的沙袋進(jìn)行回填，然后各淤泥孔依次進(jìn)行整體裝藥。裝藥前，應(yīng)采用與藥卷相似的沙袋進(jìn)行試裝，探其孔內(nèi)是否有雜物，并測(cè)量其孔深。裝藥時(shí)，采用吊繩方法將制作好的整體藥卷緩慢地放入炮孔內(nèi)，導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索不受力。用吊錘法檢查藥包長(zhǎng)度，確定裝藥位置，保證裝藥長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行記錄。

2.2.3 裝藥注意事項(xiàng)

（1）水下鉆孔爆破，不允許邊鉆孔邊裝藥。

（2）制作成型的藥卷在裝入炮孔前應(yīng)將其整理順直，不得有折曲、壓扁現(xiàn)象，避免堵孔。

（3）裝藥速度不宜快，一定要緩慢平穩(wěn)，保證藥卷沉底、到位。

（4）放置起爆藥時(shí)，非電導(dǎo)爆管一定要理直，松弛地與導(dǎo)爆索分別貼于孔壁一側(cè)。盡量避免導(dǎo)爆管折斷。

（5）采用固定措施，防止導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管外部端頭掉入孔內(nèi)。

（6）根據(jù)裝入炮孔內(nèi)炸藥估計(jì)裝藥位置，若發(fā)現(xiàn)偏差較大，應(yīng)立即停止裝藥，與設(shè)計(jì)人員會(huì)商，研究解決措施。

（7）裝藥發(fā)生卡塞時(shí)，不應(yīng)用任何工具沖擊、擠壓。

2.2.4 裝藥過(guò)程中避免堵孔措施

（1）在PE塑料管內(nèi)壁上抹上潤(rùn)滑油，有利于藥卷下滑到指定位置。

（2）裝藥時(shí)應(yīng)注意不要把雜物掉進(jìn)管內(nèi)影響裝藥。

（3）嚴(yán)禁起爆藥卷末裝到藥處，繼續(xù)裝藥就會(huì)形成堵孔。

2.2.5 堵孔處理

起爆藥末裝入炮孔前可用木制炮棍捅透裝藥，疏通炮孔；在起爆藥包裝入炮孔后，嚴(yán)禁用力直接捅、壓起爆藥包，可與現(xiàn)場(chǎng)爆破技術(shù)和設(shè)計(jì)人員協(xié)商提出處理辦法。

2.3 封堵

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用水體作為封堵材料，封堵水深同庫(kù)水位。

2.4 爆破網(wǎng)路

淤泥爆破網(wǎng)路采用的起爆方法為：每孔通過(guò)并聯(lián)2發(fā)即發(fā)高精度毫秒電雷管，在水上通過(guò)引爆雙股導(dǎo)爆索和單股導(dǎo)爆管2套非電爆網(wǎng)路來(lái)起爆淤泥孔內(nèi)裝藥。每孔共投2個(gè)導(dǎo)爆管雷管起爆藥包。淤泥鉆孔共設(shè)4孔，淤泥爆破網(wǎng)路由4組每組2個(gè)并聯(lián)的即發(fā)電雷管組串聯(lián)組成淤泥電爆網(wǎng)路支路。

當(dāng)裝藥完畢后，整理導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管成束綁上2個(gè)1段電雷管（并聯(lián)），聯(lián)結(jié)點(diǎn)浮筒上的立桿上懸吊起來(lái)，高于水面3m，不得侵入水中。

3 施工安全

在以下情況下應(yīng)停止水下爆破作業(yè)：（1）風(fēng)速超過(guò)6級(jí)，流速超過(guò)3m/s，浪高超過(guò)80cm，水位變幅大，水位暴漲暴落時(shí)；（2）大霧天氣，能見(jiàn)度不超過(guò)100m時(shí)；（3）雷電或暴風(fēng)雪來(lái)臨時(shí)。

4 爆破效果觀測(cè)

隨著一聲驚天巨響，電光火石之間，巨大的火球噴薄而出，一股股濃煙沖天而起，一朵朵水花噴涌綻放，緊接著大量的濃煙夾帶著飛濺的水花垂直向上連續(xù)噴射，水面升騰起來(lái)，擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，產(chǎn)生了水冢運(yùn)動(dòng)，也就是水面鼓包運(yùn)動(dòng)。

鼓包運(yùn)動(dòng)以垂直水面向上方向運(yùn)動(dòng)為主，上升速度極快，0.6s內(nèi)就能達(dá)到拍攝畫(huà)面高度20m。

同時(shí)巖塞口上方水面波濤洶涌，沿徑向四面八方擴(kuò)散，至岸邊崖處勢(shì)如驚濤拍岸，蔚為壯觀；沿水面開(kāi)闊方向，則漸行漸遠(yuǎn)，逐漸消失。

測(cè)量結(jié)果顯示[2]，6ms時(shí)水冢高度為5.24m，88ms水冢高度為5.36m時(shí)開(kāi)始破裂，射出黑白煙霧的混合體，其中黑色煙霧升騰高度分別為5.74m、5.36m；611ms時(shí)黑白煙霧又混合在一起，升騰高度為20.43m。

3.286s時(shí)水面已出現(xiàn)直徑為15.6m 的漩渦，15.658s時(shí)水面上空煙霧基本散去，爆心垂直上方的水面泛白，并漸漸向水平徑向擴(kuò)散，兼具向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，開(kāi)始出現(xiàn)二次鼓包現(xiàn)象。17.912s 時(shí)二次鼓包達(dá)到最高處，高度為1.29m，直徑為9.3m，25.111s時(shí)鼓包直徑32m。

爆后197s水面局部有氣體逸出，爆后290s水面有大量氣體逸出。

從以上觀測(cè)成果可以看出，本次水下淤泥爆破是成功的。觀測(cè)成果和現(xiàn)象除反映了水下淤泥擾動(dòng)爆破的一般規(guī)律外，也揭示了值得關(guān)注的深厚淤泥爆破的特殊現(xiàn)象和規(guī)律。

5 結(jié)束語(yǔ)

工程實(shí)踐證明，上述淤泥擾動(dòng)爆破具有操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度小、施工速度快、經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)，從觀測(cè)成果可以看出，本次水下淤泥爆破是成功的。觀測(cè)成果和現(xiàn)象除反映了水下淤泥擾動(dòng)爆破的一般規(guī)律，也揭示了深厚淤泥爆破的特殊現(xiàn)象和規(guī)律，可用于不便于機(jī)械施工、水下巖塞爆破中巖塞口淤泥的處理工程中，為以后類(lèi)似工程施工提供一種行之有效的新技術(shù)。