某厂房软岩控制爆破开挖施工技术

2013-12-08张锦辉曹艺儒杜跃普刘大伟

河南水利与南水北调 2013年4期

□张锦辉 □曹艺儒 □杜跃普 □刘大伟

（河南灵捷水利勘测设计研究有限公司）

0.前言

某厂房基坑石方开挖面积177m(上下游)×138m(左右岸)，最大开挖深度18m，石方开挖工程量25.7万m3，岩石为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。如何达到较好的爆破效果，便于设备挖装运输，同时减小爆破振动，有效保护被保留岩体、围堰防渗墙及周边建筑物不被破坏，是对本项目爆破开挖施工的总体要求。

1.工程概况

1.1 工程简介

本工程是一个以航运为主，兼顾发电、防洪等综合利用的航电枢纽工程。工程正常蓄水位56.5m，水库总库容约7.43亿m3，枢纽建筑物从左到右依次为左岸土坝、船闸、泄水闸、厂房、右岸连接坝段和右岸土坝，厂房位于泄水闸右侧，电站装机容量为12万kW。

1.2 厂房工程地质

厂房位于河床右侧及右岸一级台地。河床表面为砂砾石层，覆盖层下为泥质粉砂岩、粉砂质泥质夹粉细砂岩，为紫红色薄层～中厚层状，往下游局部见砂砾岩、粉细砂岩等，多为弱～微风化岩体，仅下游局部见0.6m强风化层，弱风化顶板埋深2.9～15.6m,岩面较为平缓，微风化顶板埋深8.3～19.8m，从左侧经右侧，微风化岩面依次升高。岩层产状，走向NE40°～60°,倾角南东，倾角多为20～30°。厂房段基岩的透水性不严重，一般钻孔基岩透水率q≤5Lu,属弱～微透水岩体。

2.环境与技术要求

①厂房基坑位于枢纽工程坝址右岸，地形开阔，地势较为平坦，厂房四周围堰形成后顶部平均高程59m，厂房基坑岩石出露面平均约41m高程。最低开挖高程23.5m高程，因此，围堰对厂房基坑爆破的飞石、冲击波有一定的防护作用。②厂房基坑石方爆破属深孔露天爆破，梯段高度8～12m，开挖料作为围堰填筑料，由于厂房围堰底部进行了高喷防渗墙施工，为保护高喷防渗墙不被爆破振动破坏，厂房基坑岩石爆破需采用控制爆破技术。③厂房基坑石方开挖区周边200m范围内无民房，但有临时施工住房。距爆破区最近的临时施工住房约100m，爆破施工时需控制最大单响药量和总装药量，不致破坏这些建筑物。④控制线装药密度、单孔装药量和最大一段起爆药量，预裂爆破单响装药量不超过30kg，梯段爆破单响装药量不大于120kg。根据《爆破安全规程》，可不实行分级管理。

3.设计方案选择

厂房设计开挖边坡采用预裂爆破，对基础建基面保护层采用光面爆破，对开挖岩体采用梯段爆破，既要达到爆破岩体的效果，松动被爆岩体，又要尽量减小爆破振动、飞石距离和冲击波强度。

3.1 预裂爆破设计

预裂爆破采用CM351钻机造孔，人工装药。选用φ32mm的乳化炸药，不耦合装药结构。爆破参数见表1。

预裂爆破起爆网络采用非电导爆系统，导爆索传爆。预裂孔起爆时间超前主爆孔100ms以上。

3.2 深孔梯段爆破设计

爆破高度>4m的岩体采用梯段爆破技术，梯段爆破采用大孔距、小抵抗线钻孔，多排孔各排之间以毫秒级微差间隔时间爆破，从前排开始，依次向后排逐排爆破的方法。该方法适用于较大规模爆破，排间爆破产生挤压、碰撞作用，有利于爆破效果，并有利于减弱爆破振动。

表1 预裂孔钻爆参数设计表

梯段爆破采用CM-351履带式钻机造孔，孔径110mm，人工装药。主爆破孔以乳化炸药为主，采取全耦合柱状连续装药；缓冲孔采用乳化炸药，采取柱状分段不耦合装药。缓冲爆破是为了减少主爆炮孔爆破对后侧边坡的影响，在主爆孔（梯段爆破）与边坡开挖爆破孔（主要为预裂、光爆孔）之间增设1～2排缓冲爆破孔，其规模比主爆孔（梯段爆破）爆破规模要小。爆破参数见表2。

表2 梯段爆破参数表

起爆采用微差爆破网络，旱季采用1～15段毫秒电雷管联网、电力起爆，雨天采用1～15段非电毫秒雷管联网、非电起爆。梯段爆破最大一段起爆药量≯120kg；临近建基面和设计边坡时，最大一段起爆药量≯50kg。

4.爆破试验

为验证以上爆破设计参数的实际爆破效果，规模性爆破施工前，先根据爆破设计进行现场爆破试验，经分析验证爆破实际效果，对爆破参数进行必要的适当调整，以便确保爆破安全和质量，取得更好爆破效果。

4.1 爆破试验位置的选定

边坡预裂爆破试验选择在泄水闸右侧与厂房左侧，上下游长度22m，开挖高度10m，设计开挖坡比1：0.5。深孔梯段爆破试验选择在临时集水井。

4.2 爆破试验参数

边坡预裂爆破试验选用表1所列的钻爆参数，共22孔，线装药密度320g/m，单孔装药量3.7kg，导爆索下孔，每7～8孔为1段，分为3段。

深孔梯段爆破试验选用表2所列的钻爆参数，共7排孔，每排孔8个孔，梅花形布孔，间排距3m×3m，单孔装药量28kg，3个孔一段，导爆管下孔，电雷管联网起爆。

4.3 爆破效果分析

预裂面开度1.2cm，线型较平直，经开挖后检测，预裂孔半孔成型完整，残存率90%以上，预裂面平整，最大不平整度为15cm。梯段爆破爆后堆渣高度2.2m，最大块度1.4m，渣料适合挖装运输机械施工，无底坎。爆破飞石的最大距离98m，飞石块度5.6cm。爆破试验效果比较理想。

5.爆破施工

5.1 预裂爆破

5.1.1 钻孔

采用CM351钻机，沿设计线钻孔，孔径110mm。钻孔精度直接影响预裂面的超欠挖和不平整度，施工时沿预裂线架设了钢管导轨，用于控制钻孔位置和角度。另外钻孔深度须按设计深度保持一致，避免出现残留岩体挂壁。

5.1.2 炮孔保护与检查

预裂孔钻孔结束检查合格后，用高压风吹出积水和残渣，编织袋堵塞孔口。装药前打开孔口，用高压风吹出积水，检查孔深是否符合要求，遇有塌孔、堵孔情况时，用钻机重新钻孔或套孔至设计孔深。

5.1.3 装药

将32mm标准药卷按320g/m的密度间隔绑在导爆索上，底部1m范围装药量为2倍设计线装药密度，接近堵塞段的顶部1m范围装药量为0.5倍设计线装药密度，将绑在导爆索上的药串再绑在竹片上，缓缓送入孔内，竹片紧贴被保护岩体一侧。孔口堵塞长度1.2～1.5m，采用先下编织袋至药卷顶部，再填充砂子。

5.1.4 联网与起爆

同段孔采用导爆索串联，段与段间用分段电雷管并联。电起爆器起爆。

5.2 深孔梯段爆破

5.2.1 钻孔

采用CM351钻机，按设计布孔间排距3m×3m钻孔，梅花形，钻孔角度800，孔径110mm，超钻深度50cm。钻孔深度须保持一致，避免出现底部残埂。

5.2.2 炮孔保护与检查

炮孔保护与检查与预裂孔相同。

5.2.3 装药

根据该地区岩石特性、坚固性和爆破试验经验，取单位炸药消耗量为q=0.32kg/m3。爆破采用分段间隔装药结构，装药时，将70mm标准药卷按单孔装药量的1/2、1/3、1/6分别装入炮孔的底部、中部和上部，段与段之间空隙采用岩渣或砂子填充隔开，段与段之间药包采用导爆索连接。孔口堵塞长度2.5m，采用粘土填充，木棍捣实。

5.2.4 联网与起爆

同段孔采用导爆索串联，段与段之用分段电雷管并联。电起爆器起爆。

6.爆破效果检查与评价

厂房施工过程中通过采用预裂爆破、深孔梯段控制爆破和建基面保护层孔底柔性垫层爆破施工技术，达到了有效控制爆破振动、有效控制设计开挖面岩石的完整性和平整度、有效控制爆破飞石和冲击波的目的，爆破石渣料的块度适中，有利于石渣料的挖装和运输。据在施工过程中和施工完成后检测，厂房上下游及左右侧设计岩石边坡开挖面预裂孔半孔残存率为91%，岩面起伏及不平整度为13cm，被保留岩体无较大爆破裂隙，据基础岩石爆破前与爆破后声波测试对比，爆后建基面岩石声波降低较小，且主要在1m范围内，据爆破面1m范围以外基本无影响，说明爆破对被保留岩体影响较小。

厂房基坑爆破施工过程中和完成后，经过对厂房周边围堰检查，未发现围堰堰脚的集中渗水现象，基坑渗水量无明显变化；距厂房爆破区80m处的三层砖混施工办公楼、砖瓦住房的楼面、墙面无裂缝发生,被保护建筑物未遭受破坏。