预裂爆破技术在龟峰水库石方开挖中的应用

王登伟

预裂爆破技术在龟峰水库石方开挖中的应用

王登伟

（江西省水利水电开发有限公司，江西 南昌 330000）

爆破工作是一项技术含量很高的工作，笔者从预裂爆破的工作原理出发，探讨了预裂爆破施工的关键技术及存在问题，结合工程实际重点讨论了预裂爆破的定义、特点及技术应用等方面，以期对类似工程提供指导借鉴。

预裂爆破技术；水库；石方开挖；应用

预裂爆破技术就是在进行预裂爆破的过程中，事先要设计好轮廓线，沿着轮廓线钻一排固定孔距的平行炮孔（预裂孔）并采用不耦合装药法装药，进行爆破作业时先起爆上述预裂孔，便会形成一条预裂缝，之后再进行主爆破炮孔的起爆。预裂缝可以大大减小主爆破炮孔爆破时产生的地震效应的冲击与影响，也有助于增加其余区域壁面的稳定性。该技术由我国葛洲坝集团公司探索研究和试验后日益广泛地被应用于露天矿边坡、水利工程、地下开挖工程等的施工中。

1 工程概况

龟峰水库地理位置在江西弋阳县，离弋阳县城约15km，其所在水系为清水河。龟峰水库作为一座小（Ⅰ）型水库，具有防洪与养殖的综合经济效益。龟峰湖水库1#大坝坝址控制集水面积0.68km2，主河道长1.08km，河道加权平均坡降39‰；清水湖大坝坝址控制集水面积2.15km2，主河道长2.85km，河道加权平均坡降31‰；两坝址控制集水面积合计为2.83km2。

2 预裂爆破技术的应用

石方开挖过程中利用潜孔爆破技术，并按照预裂爆破方式进行边线开挖，在开挖布孔时应进行孔洞的多排设计，通过手柄式风钻凿孔，根据工程地质情况，应选用二类桉梯炸药与毫米微差n档导爆管的设备组合，经由引爆导火索的方式起爆。在预裂爆破全过程中，为保证施工质量，必须在钻进仪器和开挖方式方面加强比选，选择贴合工程实际的最佳爆破材料，并按正确方式引爆。

2.1 爆破试验

为保证施工质量并符合施工进度和强度等方面的规定，降低出险的概率，必须在正式施工之前进行爆破试验，按照《水利水电工程基础开挖技术要求》的相关规定，爆破试验必须在工程相同地质条件、岩石岩性情况下进行。

2.2 爆破方法的选择

采用手持式风钻进行钻进作业，先在潜孔部位进行爆破试验，并通过预裂爆破技术加强对边线的控制，结合工程实际，本工程适宜采用阶梯式布孔开挖方式，可以最大程度增加临空面积。

2.2.1 布设炮孔

为避免冲天炮及其他不安全现象的出现，必须将炮孔方向与抵抗线方向分开设置，并充分借助工程区的地质地形情况，通过增大临空面积的方式削弱爆破阻力，使炮孔与开挖爆破基面尽可能保持垂直，且不应将炮孔布设在出现裂缝的基面。

2.2.2 布设参数的确定

与工程区地形地质情况相匹配，炮孔开挖深度宜为1.5～2.85m，布设台阶高度应保持在2m+10%范围内，抵抗线的长度一般情况下均为1.75m，炮孔之间保持1.5m的固定间距，而排与排之间的间距为2.0m最佳。

2.2.3 控制边线的做法

按照预裂爆破方法原则进行边线开挖与指导控制，只有正确设置准确的预裂爆破参数值才能达到最佳的工程施工效果，预裂爆破相关参数指标很多，包括装药量、孔距、地形地质、炸药类型、药包设计、操作人员熟练程度等方面，且这些因素之间也可能互相作用、互相影响，为得到最佳的实验效果，必须密切结合工程情况选定参数的具体取值。

2.3 预裂爆破技术参数

2.3.1 不耦合系数的确定

结合岩石抗压强度与不耦合系数间的对应关系，见表1，对本工程项目边坡预裂爆破选定的不偶合系数为2.0～4.0为宜。（根据炸药特性及爆破介质特性情况，可以找到预裂爆破所允许的不耦合系数最小值，当不耦合系数取值≥其允许的最小值时，炮孔不会被压碎。）

表1 不同岩石抗压强度下对应的不耦合系数值

2.3.2 孔距a及孔深H

在预裂爆破中由于应力波和爆生气体两者的共同作用会在两个炮孔之见形成裂缝，炮孔间距可按下式计算：

孔距按7～12倍孔径计算。孔深 H取2m。考虑钻孔超深的要求，取钻孔孔深H=2.5m。

2.3.3 线装药密度

（1）理论公式计算法

线装药密度的计算可按理论计算法进行，通过爆破试验，选择最佳的线装药密度。

式中， n—压力增长系数，n=2+6P/（P+7）；P—冲击波压力，MPa；P=25QΔ/δ，δ—炸药本身密度，g/ml3；σ粒—岩石极限抗拉强度；u—泊松比，取u=0.22；D—炮孔半径，cm。

当炮孔内装药满足式（1）时，炮孔间距按下式计算：

式中，q1—炮孔线装药密度，g/m；σc—岩石抗压强度，Mpa；a—炮孔间距，m；D—炮孔直径，m；K、α、β、γ—与岩石极限抗压强度有关的系数。

经计算，线装药密度q1取240～280g/m。这种方法形式简单、计算方便，但是根据该公式计算得到的线装药密度取值只是理论参考值，必须结合水库工程实际及现场试验进行适当调整，最终确定符合工程实际的线装药密度取值。

（2）经验数据法

采用理论公式法进行计算时，有一些数据无法确定或是无法精确确定，自从预裂爆破技术在国内相关工程应用一来，经过多年的实践人们逐渐总结出一些经验数据，详见表2，而这些经验数据在运用时，也必须结合工程实际并经过多次反复试验进行调整，才能使其符合具体工程。

表2 预裂爆破参考经验数据表

2.3.4 装药方式的选择

装药方式也是直接影响工程预裂爆破效果的关键性参数之一，就本水库工程而言，可以考虑选择纵向串联间隔式装药方式类型，这种装药模式下爆破漏斗发生的可能性较小，且可以对孔底实施夹制，使爆破效果符合设计深度的前提下还能纵向贯穿于整个孔洞，大大提升预裂爆破的效果。

2.4 实际应用效果

预裂爆破技术应用后可以在炸药爆炸振动层面迅速产生高温和高压并冲击到地层岩体，从而有助于彻底释放土层中所储存的渗流两，大大增加水库大坝土石方开挖的渗流稳定性。预裂爆破技术杜绝了大面积岩体突然塌落所引发的施工不安全因素，并大大减少坝顶大范围悬顶漏风的情况发生。本工程所选用预裂爆破各项技术参数恰当，爆破效果较好，工程经济效益与社会效益显著。

3 结语

预裂式爆破技术越来越广泛地运用于水库工程项目开挖施工中，该技术可以有效降低水库边坡爆破病害，减少边坡的整修和竣工后维修成本，预裂效果好，但是当前无论预裂爆破理论研究还是现场实践等方面都颇为欠缺。预裂爆破效果与水库坝体产状及裂隙发育程度关系密切，如果裂隙发育较为完善则会大大干扰相邻两炮孔之间的应力，使预裂爆破效果大打折扣，所以在工程项目预裂爆破中，必须对工程地质结构、机械设备及施工工序等认真分析，合理选择爆破参数，才有可能取得较好的预裂效果。

［1］石学厚.施工爆破影响处理应对措施探讨［J］.水利规划与设计，2015（01）.

［2］马鹏奎.黄金坪水电站开挖工程段开采爆破试验分析［J］.水利规划与设计，2015（04）.

［3］周明.料场开挖爆破岩质边坡振动速度高差放大效应研究［J］.水利规划与设计，2014（02）.

［4］李卫保.子长红石峁水库专项爆破试验分析［J］.水利科技与经济，2013（11）.

［5］张俊.苏丹麦罗维工程项目爆破试验监测方案论述［J］.中国水运（下半月）， 2013（01）.

［6］张宇.隧洞开挖爆破振动对地面建筑的影响分析［J］.水利科技与经济，2014（02）.

［7］王心.隧洞施工人员安全管理系统研究［J］.水利规划与设计，2015（06）.

［8］朱兴广.爆破工程振动安全影响评估与降振技术措施［J］.水利规划与设计，2015（05）.

［9］杨建明.新疆达坂隧洞灌注及灌浆质量地质雷达测试技术探析［J］.水利规划与设计，2012（01）.

［10］朱金彪.城镇引水工程爆破施工振动监测与控制技术［J］.水利技术监督，2014（02）.

TV697.3

B

1008-1305（2017）05-0126-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.039

2017-03-17

王登伟（1975年—），男，工程师。