复杂环境下引水发电系统开关站支护工程控制爆破

李庭坚，周 进，任才清

(1.中国水利水电第九工程局有限公司，贵州贵阳 550081；2.深圳天华建筑设计有限公司，广东深圳市 518000；3.国防科技大学，湖南长沙 410072)

复杂环境下引水发电系统开关站支护工程控制爆破

李庭坚1，周 进2，任才清3

(1.中国水利水电第九工程局有限公司，贵州贵阳 550081；2.深圳天华建筑设计有限公司，广东深圳市 518000；3.国防科技大学，湖南长沙 410072)

在复杂作业环境下对引水发电系统开关站支护工程进行控制爆破。依据作业条件，制定了爆破总体方案和施工总体方案，设计了造孔方法和爆破参数，进行了安全校核，确保了工程控制爆破达到了要求的效果。

光面爆破；支护工程；爆破方案；参数设计

0 引 言

马马崖一级水电站位于北盘江中下游，地处贵州省关岭县花江大桥上游20.2 km的峡谷中，属二等大型工程。待建开关站支护工程位于大坝左岸，尾水平台正上方，开关站上游与左岸1＃公路支硐相接，全长80 m、宽约30 m，开挖后地面高程EL605. 00，在EL620.00设置一马道，宽2.0 m。内侧边坡开挖方式为：EL620.00以上开挖坡比为 1∶0.2，EL620.00～EL605.00为垂直开挖边坡；上下游侧边坡开挖坡比均为1∶0.2，开挖石方总量为33204 m3。由于周边情况相对复杂，工程量较大，建设质量要求高，需要采取控制爆破对其开挖。

1 总体方案设计

1.1 爆破总体方案设计

根据施工实际情况，采取外侧先光面爆破，内侧永久面预留3 m保护层进行光面爆破的方案；自上而下分台阶进行开挖，EL620.00～EL605.00 m为一台阶、EL620.00 m以上为一台阶。主爆区5 m一个梯段，EL620.00～EL605.00 m光面区7.5 m一个梯段，EL620.00 m以上光面区根据现场实际情况确定，一次钻爆到位。

1.2 施工总体方案设计

开关站外侧仅靠尾水平台，为了避免爆破石渣掉入尾水平台，爆破临空面不能靠河；边坡地貌为上游低下游高，左岸1＃公路施工支硐位于开关站上游，因此，以开关站上游施工支硐洞口为起点向下游进行开挖，始终以上游作为爆破临空面；硐口开挖过程中，首先采用挖掘机将爆破石渣翻向外侧，形成一道挡渣坎，避免爆破或出渣过程中石渣落入尾水平台。

施工支硐部位形成临空面后，采取自上而下的顺序进行开挖，以上游开挖部位作为临空面，将爆破石渣抛投向上游。每次爆破结束后，采用挖掘机翻渣至外侧形成一道挡渣坎，以便对下次产生的爆破石渣进行有效拦截，避免石渣落入尾水平台。开挖过程中，各部位爆破参数根据现场岩层揭露作相应调整，确保开挖质量。

前期左岸1＃公路支硐硐口开挖采用手风钻造孔，浅孔小药量爆破；临空面形成后，采用潜孔钻造孔，从上游至下游的顺序进行开挖。

2 爆破设计

2.1 造孔设计

根据工程特性及现场实际情况，开挖采取梯段爆破，靠左岸1＃公路支硐或外侧部位采用手风钻造孔，其它部位采用潜孔钻造孔；永久面采用光面爆破。

根据现场实际地质情况，参照尾水平台边坡开挖及类似工程施工经验，确定采用潜孔钻造孔时：光面孔孔径90 mm，孔距0.8 m，孔深8 m(或根据开挖深度确定)；主爆孔孔径90 mm，孔距2.5 m，排距2.0 m，孔深6.0 m(或根据开挖深度确定)。采用手风钻造孔时：光面及主爆孔孔径42 mm，孔深3～4 m，其中光面孔孔距0.6 m，主爆孔孔距1.5 m。预裂孔、缓冲孔及主爆孔的孔深根据各部位开挖深度及现场实际情况进行相应调整，孔向(倾角)由设计开挖坡比确定。

2.2 装药量设计

2.2.1 光面孔装药量

按预裂孔装药量进行计算确定。预裂爆破线装药密度q的确定：

式中：δP——岩石的湿抗压强度，结合现场实际地质情况，取岩石的湿抗压强度为40～60 MPa；

a——炮孔间距，为0.6 m。

当δP＝40 MPa时，q＝0.042[R]0.65a0.6＝0.30 kg/m；

当δP＝60 MPa时，q＝0.042[R]0.65a0.6＝0.40 kg/m。

光面爆破按预裂爆破线装药密度的90%进行装药，参照尾水平台边坡开挖及类似岩层开挖爆破施工经验，确定线装药密度q在0.28～0.38 kg/m之间取值；其中炮孔底部1.0 m范围内的线装药密度为设计线装药密度的两倍，即q底＝2q；炮孔顶部1.0 m范围内线装药密度为设计线装药密度的一半，即q顶＝q/2。

2.2.2 主爆孔装药量设计

抵抗线W的确定：

式中：Kw——岩石性质对抵抗线的影响系数，通常采用15～30，岩性越软弱取值越大，取Kw＝24；

d——炮孔直径，为90 mm。

计算得出：W＝Kwd＝2.16 m。

单位体积耗药量q的确定：

结合尾水平台边坡开挖及类似岩层开挖爆破施工经验，确定单位体积耗药量q在0.45～0.55 kg/m3之间取值；采用手风钻造孔时，参照该值取值。

结果表明，随催化剂用量的增加，稠化剂在酸液中粘度增加，当催化剂低于一定量时，合成的稠化剂几乎无粘度，说明稠化剂在无催化剂情况下可能发生没有按设计执行缩合反应，而生成另一种副产物。随催化剂用量的增加，稠化剂在酸液中的稠化时间先减短而后增长，为了达到研究目的使稠化剂达到速溶效果，在粘度满足情况下不必追求更高粘度。因此，确定合成中催化剂用量为0.25%。

2.3 装药及堵塞

根据造孔直径及装药量，光面孔选用Φ32 mm的硝铵炸药，主爆孔选用Φ70 mm的硝铵炸药，或将Φ32 mm的硝铵炸药进行捆绑后进行装药。光面孔将药卷与导爆索同时捆绑在竹片上放入孔中，然后用导爆索将所有起爆孔连接起来；主爆孔装药时用刀片将Φ70 mm的药卷一侧划破后放入孔内，将塑料导爆管引出孔外，用竹杆对孔内炸药进行适当挤压，使其充满炮孔。

孔口堵塞长度一般为抵抗线的0.7～1.0倍，具体长度根据现场实际情况确定，采用钻屑堵塞。

2.4 网络连接及起爆

主爆孔起爆采用导爆管起爆，光面孔采用导爆索起爆，非电毫秒微差爆破，主爆孔及光面孔最大一段起爆药量控制在60 kg以内。装药前，先将塑料导爆管按起爆顺序分段摆放到地面，然后再进行网络连接，以上游作为临空面，从外至内的顺序进行起爆，尽量将爆破石渣集中抛向上游。

网络连接好后，将导爆管统一连接至电雷管，采用发爆器引爆。

(1)爆破振动安全允许距离计算。爆破区域附件无重要建筑物，只有左岸1＃公路施工支硐，根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)，施工支硐按交通隧洞标准考虑，确定爆破振动最大安全允许振速V取20 cm/s。按最大段起爆药量60 kg计算，距支硐硐口16 m后采中深孔梯段爆破硐口爆破振动的理论计算值为19.60 cm/s，小于20 cm/s，爆破不会对施工支硐造成震动破坏，但必须将最大一段药量控制在60 kg以内；主爆区与施工支硐间最短距离不能小于16 m，否则必须减少最大一段药量，确保爆破振动振速控制在20 m/s以内。

(2)爆破冲击波安全允许距离。根据爆破参数设计，取最大一段装药量为60 kg计算，计算出冲击波的安全影响距离为97.87 m，因此爆破过程中将进水口、尾水平台及尾水出口内所有施工人员拆离至距爆破作业面水平距离200 m以外。

(3)爆破飞石安全距离估算。理论计算爆破飞石的最大影响距离为94 m，因此爆破产生的飞石会对进水口，特别是尾水平台造成安全隐患，因此爆破过程中需将上述部位设备撤离至距爆破作业面水平距离150 m以外，对不能拆除的设备，必须进行遮盖。

3 爆破效果与结论

本工程预计总工期75 d，爆破实施过程中，采用严格过程管理，精心质量控制，保质保量的完成了施工任务，施工质量得到甲方的认可。在施工过程中，有以下的经验可供借鉴：

(1)对此类控制爆破，由于对预留岩体的保护要求较高，爆破过程中尽量避免对预岩留面造成破坏，需要保证开挖面稳定和平整，采取光面爆破方式，能够确保施工质量；

(2)待爆破岩体的整体性并非一致，施工过程中必须要根据地质条件及岩层走向，及时对爆破参

数进行调整，确保开挖质量；

(3)爆破作业质量是取得良好爆破效果的保证，在施工过程中，从放样、造孔、装药、填塞等各个步骤，都要高标准按照相关技术规范进行控制，以确保良好作业质量的实现。

[1] DL/T5333-2005.水利水电工程爆破安全监测规程[S].

[2] 欧 明.黄河龙口水利枢纽工程砂石系统高边坡预裂爆破试验及应用[J].企业科技与发展，2008，16：184-186.

[3] 张正宇.现代水利水电工程爆破[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

图5 水塔爆破瞬间

图6 水塔爆破效果

6 几点体会

(1)按精细爆破理念定量化设计爆破切囗的长度，高度，单孔药量，并着眼施工环节上的细化。比如；全站仪精准测量水塔高度，倒塌中心线，倒塌长度；钻孔时炮孔间距控制；定向窗切割开设，保证两侧定向窗同一高程与设计尺寸；爆破切囗尽量靠最短地面形成，缩短支撑铰后座长度，保证水塔定向倒塌精度。

(2)天然气管道是较大的危险源，但也不是不可触碰的禁区。天然气公司对妨碍天然气管道的危险源进行管控，有法可依。无论是爆破振动，塌落振动在爆破设计与施工时都不能越过它的设防数据。当理论设计数据略大于天然气管道设防数据时，要作理性分析。因为介质的软硬，构造等对振波的传播，強度，形态产生影响。理论数据是估算数据，与实测数据不可能相同。只要釆取适当的减振措施，照样可以进行爆破作业。水塔爆破时，设置在天燃气管道上2台测震仪测得的振速分别为0.73 cm/s和0.79 cm/s，管道非常安全。

(3)构筑物爆破时的飞石防护，除严格精细的近体防护外，离体防护与远体防护非常重要，不可忽略。

参考文献:

[1] 谢先启.精细爆破[M].武汉：华中科技大学出版社，2010.

[2] 史家堉，程贵海，郑长青.建筑物爆破拆除爆破理论实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 中华人民共和国石油天燃气管道保护法[S].

(收稿日期：2016-08-30)

作者简介：文辉军(1951-﹚，男，高级工程师，主要从事爆破工程技术及管理工作，Email：1142451850＠qq.com。

2016-02-17)

李庭坚(1976-)，男，贵州普安人，高级工程师，主要从事工程施工管理工作，Email：196169186＠qq.com。