深孔梯段爆破技术在口上水库的应用

沈林平，牛秀岭

（1.山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006；2.山西省水利建设开发中心，山西 太原 030002）

1 工程概况

口上水库位于晋中市昔阳县东冶头镇口上村附近松溪河下游河道上，距昔阳县城约30 km。水库拦河大坝采用堆石混凝土重力坝，坝顶长120.7 m，坝轴线为曲线。坝顶高程647.9 m，最大坝高58.4 m，分6个坝段，坝顶宽6 m，大坝中部布置溢流表孔泄洪，堰顶高程637.0 m，共5孔，每孔宽8 m，设平板检修门和弧形工作门。溢流表孔下部坝体内布置泄流冲砂底孔，进口底高程610.0 m，进口设平板检修门，孔口尺寸8.0 m×5.5 m（宽×高）。

坝址区河谷呈“U”字型，河谷宽18～40 m，河床高程608.2～609.3 m，两岸山体宏厚，山梁最高770 m，相对高差150 m，两岸悬崖陡壁。坝肩中下部及坝基下部为深灰、灰白色中厚层鲕状灰岩，间夹青灰色薄层灰岩和薄层含硅质致密灰岩。坝址两岸坝肩上部为青灰色致密状含白云质灰岩。

2 爆破方案

大坝坝肩接近垂直，开挖厚度约5～10 m，设计开挖台阶最高25 m，如果对台阶分层开挖，将会改变设计结构尺寸，增加临时施工道路的修筑，造成坝肩石方的超挖和坝体混凝土的超填，因此采用结合周边预裂的深孔微差控制爆破方案，将高25 m的坝肩台阶一次爆破成型。

坝肩钻孔采用履带式单臂液压钻孔台车，供风设备为20 m3油动空压机，通过高压风管与钻孔台车相连。选用倾斜钻孔为主和垂直钻孔为辅的钻孔方法，重点控制倾斜孔的钻孔精度。采用直径90 mm的钻头进行钻孔。起爆网络采用非电起爆网络，所用火工用品为2号岩石散装炸药、乳化炸药、导爆索、毫秒导爆管和电雷管。

3 爆破参数选取

根据口上水库坝肩开挖厚度较小且岸坡岩壁陡峭的特点，设计边坡采用预裂爆破保护基岩面，梯段前部为主炮孔，主要控制岩石的破碎块度，在主炮孔和预裂孔之间设置缓冲孔以减弱主炮孔对预裂面的影响。通过前期爆破试验确定主炮孔、缓冲孔和预裂孔的炸药单耗、炮孔间距和装药结构等爆破参数。

3.1 主炮孔爆破参数

底盘抵抗线 W0=（25～40）d，取 2.5 m；

炮孔间、排距：通过前期爆破试验确定炮孔间距和排距均为2.5 m；

钻孔深度：钻孔底部距离台阶下层建基面2 m，下部岩体采用保护层分层爆破开挖方案；

单位体积耗药量q：根据前期爆破试验确定为0.45 kg/m3；

装药量：通常采用体积原理计算，前排孔Q=q×W0×H×a，后排孔 Q=q×a×b×H。其中 W0，H，a，b 单位以m计，单孔总装药量Q以kg计。

装药结构和堵塞长度：因炮孔长度较大和炮孔间距较小，单孔总装药量很少，如果采用连续装药会导致炸药都装在炮孔底部，堵塞长度过大，爆破作业后，炮孔上部形成大块岩石，不利于控制破碎块度和挖装作业，因此采用分段间隔装药。为减少飞石的产生，提高炸药能量利用率，经前期试验，确定堵塞长度为3 m，堵塞材料就地取材，使用钻孔产生的石粉即可。

3.2 缓冲孔爆破参数

在主炮孔和预裂孔之间设缓冲孔，炮孔间距和单位体积炸药耗量均小于主炮孔。通过前期爆破试验确定参数为：孔距和排距均为2 m；钻孔底部距离预裂面不小于2 m；单位体积炸药耗量0.35 kg/m3；堵塞长度不少于3 m；装药结构为耦合间隔装药结构。

3.3 预裂孔爆破参数

根据设计要求，在坝肩开挖中采用预裂爆破。预裂爆破可有效减弱主炮孔爆破地震波对坝肩岩体的冲击，减小对坝肩岩石的破坏，以利于平整基岩面的形成。经前期爆破试验确定爆破参数为：炮孔间距1 m；单位线装药密度分别为：顶部减弱装药100 g/m，中部正常装药250 g/m，底部加强装药440 g/m，全孔平均线装药密度250 g/m；堵塞长度2.0 m；装药结构为不耦合间隔装药结构，不耦合系数取3。

3.4 爆破安全允许震动距离校核

口上水库大坝距离口上村房屋最近156 m，为保证房屋安全，必须校核爆破安全允许距离，控制最大段爆破药量。根据《爆破安全规程》中土窑洞和毛石房屋的爆破震动安全振速选定为1 cm/s，爆破安全允许震动距离为：

式中：Q——最大一段的装药量（齐发爆破为总装药量），kg；

R——距爆源中心的距离，m；

K——与介质特性、爆破方式及其他因素有关的系数，取160；

V——距最近建筑（构）物发包方允许的地面质点振动速度，不大于1 cm/s；

α——与传播途径、距离、地质、地形等因素有关的系数，取1.6。

计算得：R=150 m。

坝肩距被保护的土窑洞和毛石房屋建筑物最近为156 m，严格限制同段爆破的一次最大装药量不大于250 kg。起爆时严格采用分组和多段接力的分段方式，使爆破振动控制在安全范围内，且爆破方向尽可能控制在背离被保护物的方向。

3.5 炮孔布设及起爆方式

预裂孔按照设计坡度钻倾斜孔，主炮孔和缓冲孔钻垂直孔，梅花型布置。预裂孔和主炮孔间采用3段毫秒导爆管传爆，预裂孔先爆破，超前于主炮孔50 ms，沿坝肩设计开挖面形成一道裂隙，保护坝肩基岩。主炮孔分组后采用毫秒导爆管分段爆破，以控制单响药量，保护大坝周边建筑安全。

4 施工技术

4.1 钻孔

在坝肩钻孔过程中，因工作面高低不平，且预裂孔有1∶0.3的坡度，孔口定位容易出现误差。为保证钻孔精度，在钻孔前，由测量人员对每个炮孔高程进行测量，标示出孔口位置、孔深和钻孔角度后，由爆破施工人员进行钻孔工作。在钻孔过程中要加强对钻孔角度的检查。

4.2 炮孔装药和封堵

预裂孔装药时先用电胶带将乳化炸药捆扎在导爆索上，然后将乳化炸药和导爆索采用漆皮铁丝绑扎在竹片上轻放于孔内，孔内导爆索和孔外传爆导爆索连接。主炮孔和缓冲孔采用导爆管连接导爆索后使用电胶带绑扎在竹竿上，将竹竿放置于孔底后按照计算出的装药间隔填装炸药和石粉，孔内导爆管和孔外分组的导爆管联接。

装药完成后，将炸药的包装塑料袋用炮杆塞入炮孔堵塞位置，然后填入石粉，用炮杆捣实。

4.3 联网爆破

坝肩深孔梯段爆破采用电雷管引爆的非电毫秒微差延时起爆混合网络。电雷管引爆导爆索，导爆索连接预裂孔孔内导爆索引爆，因控制最大单响，将预裂孔分组后采用2段毫秒导爆管进行分组延时接力。预裂孔和主炮孔间采用3段毫秒导爆管延时传爆，主炮孔和缓冲孔孔内采用5段毫秒非电导爆管延时引爆，孔外分组后联接2段毫秒导爆管延时接力。

5 结语

口上水库大坝坝肩开挖严格按照爆破设计完成爆破作业后，预裂边坡坡面上残留炮孔痕迹保存率大于90%，炮孔壁没有明显的爆破破坏裂隙，大坝周边口上村村民房屋没有受到影响，完全达到了预计效果，该施工工艺可为类似高边坡深孔梯段爆破工程积累一些经验。