浅孔松动爆破在坚硬土层开挖中的应用——以王家湾水库为例

佟刚

(庆阳市重大水利项目建设管理局，甘肃庆阳 745000)

浅孔松动爆破在坚硬土层开挖中的应用
——以王家湾水库为例

佟刚

(庆阳市重大水利项目建设管理局，甘肃庆阳 745000)

在甘肃省庆阳市王家湾水库除险加固工程新建溢洪道基坑开挖中，对坚硬土层采用了浅孔松动控制爆破开挖，避免了机械开挖成本大、效率低的劣势，降低了对附近建筑物及建基面的扰动，保证了工程质量，缩短了工期。本文对浅孔松动爆破技术在土石方工程中的施工要求、浅孔松动爆破技术参数设计及安全设计等方面的应用进行了分析，以期对类似工程有一定借鉴作用。

浅孔松动爆破;坚硬土层;开挖;王家湾水库

1 工程概况

王家湾水库位于甘肃省东部的黄土高原，坝高44.6m，坝轴线长398.20m，顶宽7m，总库容2680万m3，承担着下游四县区1.45万人、1866.67hm2耕地、8处学校和工矿企业、2座交通桥以及国道211线的防洪安全，是一座以防洪、拦沙、灌溉为主要功能的中型水利枢纽。此次除险加固工程的主要建设内容之一是新建一座明渠式溢洪道，溢洪道布置在右岸现状泄洪洞和输水洞之间，分为引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、防冲槽段和出水渠段五部分，全长417.50m，均为梯形断面，底宽28m，1∶1混凝土护坡。新建溢洪道工程累计开挖土方20.8万m3。

2 工程地质

该工程区在大地构造上处于祁吕—贺兰“山”字形构造体系脊柱东部的伊陕盾地，区内沟谷密布，岸坡陡立，地形连绵起伏，冲沟、黄土塬、梁、峁等黄土地貌形态交错分布，是一个稳定区域，长期处于下沉，接受了巨厚的古生代沉积，出露基岩为白垩系砂岩夹页岩，

两岸有厚层黄土为第四系黄土和第三系棕红色黏土，土层厚度100～300m，自然边坡，黄土45°～60°，基岩60°～80°。

库区出露的地层主要为第三系及第四系地层，区域资料显示，第三系为白垩系(K1)砂岩。溢洪道布置地段通过的地层主要为第三系上新统(N2)红色黏土，褐红色粉质黏土，密实坚硬，含有较多的钙质结核，一般10%～15%，局部达到70%～80%，甚至富集成层，钙质结核粒径0.2～3cm不等，最大7～8cm。粉质黏土，呈硬塑—坚硬状。网状裂隙及小孔发育，含零星钙质结核及铁锰斑纹。揭露厚度大于14m，顶板高程1115.0m左右。

溢洪道各土层主要物理力学参数及溢洪道各土层侧摩阻力及承载力见表1、表2。

表1 溢洪道各土层主要物理力学参数建议值

表2 溢洪道各土层侧摩阻力及承载力建议值

3 坚硬土层部位、范围

在新建溢洪道的部分泄槽段、消力池段、防冲槽段、出水渠段的土方开挖过程中，当机械开挖至1115m高程左右时，出现红色黏土，并含有大量钙质结核，正常土方机械开挖难以进行，有些地方甚至使用PC400反铲挖掘机都难以挖动。根据《甘肃省王家湾水库除险加固工程初设阶段工程地质勘察报告》可知，该区域中出现的坚硬土层主要为第三系棕红色黏土、第四系(Q)黄土及夹杂的砂砾石层。厚度大致由北向南、由西向东逐渐加大，呈不均匀的楔形分布，平均深度11.65m，最深处达13.75m。

4 爆破施工

在爆破施工区域内，左侧是泄洪洞，右侧是输水洞，东西宽28～50m，南北长约330m，若采用爆破施工，作业面狭长。坚硬土层的爆破不同于岩石的爆破，装药少达不到爆破效果，装药过多则容易形成较大的爆破抛掷区，尘土飞扬，对施工人员和机械的安全造成很大的威胁，同时也会对邻近建筑物、建基面产生较大扰动。综合施工图纸要求和现场施工环境，通过现场小范围的爆破实验，确定对该土层的施工采取一次性钻孔装药爆破结合小炮多次爆破开挖，因此对成孔的质量、火工材料要求较高，对爆破网络及爆破形式的选择也是一种考验。

4.1 火工材料

爆破施工采用的火工材料见表3。

4.2 主爆孔孔位布局、钻孔方式

根据计算和爆破试验，得出的爆破参数如下:

表3 火工材料

布孔方式:梅花形布置(3m×3.5m);

孔径:d=90mm;

倾角:45°～60°(与临空面的夹角);

孔深:7～11m(以钻到基岩面为准);

炸药:铵梯固体系列、乳化炸药;

线装药密度:0.35～0.45kg/m3;

封堵长度:1.5～2.0m;

连接方式:孔间、孔内均采用导爆索(导爆管)连接;

起爆方式:电雷管毫秒延时起爆。

起爆网络示意图、主爆孔装药示意图和炮孔布置示意图分别见图1、图2、图3。

图1 起爆网络示意图

图2 主爆孔装药示意图

图3 炮孔布置示意图

4.3 爆破施工工艺流程

爆破施工工艺流程见图4。

图4 爆破施工工艺流程

4.4 成孔施工

爆破孔施工前，首先由测量人员按照设计图纸和作业指导书放出边坡开口线，用油漆标识出孔位和地面高程，并对孔位进行保护;然后根据每台钻机预计钻孔数量，安排钻机设备依次就位。钻机就位后，采用样架尺对钻机垂度和钻孔角度进行校对，开孔后进行深度和角度校对，以便及时纠正偏差。主爆孔和缓冲孔施工均采用三台YQ100E型电动潜孔钻机，由LWJ—1218空气压缩机供风;预裂孔施工采用气腿式手风钻造孔，孔径选用φ40mm，预裂孔间距为0.8～1.0m。孔位、倾角必须严格按照测量放样确定孔位和成孔角度，在打孔过程中随时检查成孔角度，发现角度偏移及时纠正保证成孔质量。打孔时统一指挥协调行动，实行定人、定位、定机、分区按顺序打眼，避免相互干扰、碰撞、拥挤和窝工。打眼完毕按炮眼布置图进行检查，对孔深进行测量并做好记录，计算装药量。对已成型的爆破孔经检查合格后，立即用软物封堵孔口加以保护，以免杂物掉落孔内对装药和爆破效果造成影响。

4.5 装药类型和结构

主爆孔以乳化炸药和铵梯炸药为主，采取全耦合

柱状连续装药，堵塞长度2.0m。缓冲爆破孔采用乳化炸药，采取柱状分段不耦合装药;排间或孔间(有特别控制要求时在孔内)用非电雷管毫秒微差起爆;紧邻边坡面的一排爆破孔作为缓冲爆破孔，其孔排距、装药量相对于主爆孔减少1/3～1/2，缓冲孔起爆时间迟于同一横排的主爆孔，以减小对设计边坡的震动冲击。边坡预裂孔均为间隔不耦合装药，采用乳化炸药，底部1.5m为加强段，线装药密度为正常段的2～3倍，封堵长度1.5m。

4.6 炮眼装药及回填堵塞

装药前先将炮眼中的粉渣排除干净，量测孔深调整装药量。装药时按炮孔的药量编号进行装药，以免装错。炮眼除装药外全部用土回填堵塞，回填堵塞材料选取一定湿度的黏土，边回填边用炮棍捣固坚实。回填捣固时，注意避免导爆管线的扯动与破损，以免造成起爆网路拒爆。回填堵塞后的炮孔外管线应圈好，放在炮孔上便于网路连接工作，避免漏接。为防止个别飞石，每个炮眼口要用三个装土的编织袋压牢。

5 注意事项

对于高边坡和有设计要求的部位，采取以下控制措施确保边坡的稳定和设计结构:

a.靠近边坡进行爆破时，控制每次爆破规模。

b.采用多段微差接力(孔内微差，孔外接力)网络，控制最大段起爆药量为单孔药量，同时改变起爆方式和方向(避免起爆方向垂直于边坡方向)。

c.采取预裂爆破形成预裂缝隔离边坡，在孔数较多的情况下，分段起爆，减小爆破震动对该处边坡稳定所带来的影响。

d.对特殊部位进行小炮多次爆破，满足设计要求。

6 安全控制和管理

由于工期紧、任务重，加之爆破危险性大、现场的施工人员和施工机械多，综合考虑了以上各种不利因素，结合现场实际，安排爆破施工在上午上班前和下午下班后进行。为保障爆破万无一失，爆破前必须进行有效的安全防护，发布安全告示，要求非工作人员撤至指定的安全区域。爆破由施工项目部统一协调，设专人指挥。每次爆破前在进出施工区域的所有交通路口均安排专职安全警戒员，爆破员和安全员全程参与和监督。对炸药和雷管的管理原则是按需领用，当天未用完的炸药严禁私自存放，必须交回炸药仓库统一保管。炸药仓库应远离施工区，对仓库设置警戒区域，警戒区内严禁烟火，设专人看护。爆破过后采取喷水降尘，防止灰尘飞散减少污染。爆破施工安全作业流程见图5。

图5 爆破施工安全作业流程

7 结 语

对坚硬土层采用浅孔松动控制爆破开挖，可避免机械开挖成本大、效率低的劣势，有效控制飞石，降低对附近建筑物及建基面的扰动，保证工程的质量，缩短工期。实践证明，浅孔松动控制爆破能使爆破体破碎而不飞，从而保障施工安全。

Application of shallow hole loose blasting in hard soil layer excavation: a case study of Wangjiawan Reservoir

TONG Gang
(Qingyang Major Water Conservancy Project Construction Administration，Qingyang 745000，China)

Shallow hole loose blasting excavation is adopted on hard soil layer in Gansu Qingyang Wangjiawan Reservoir Risk Removal Reinforcing Project newly-constructed spillway foundation pit excavation．Disadvantages of high cost and low efficiency in mechanical excavation are avoided，thereby lowering disturbance in nearby buildings and building surface，ensuring project quality and shortening construction period．In the paper，application of shallow hole loose blasting technique in earthwork project construction requirements，shallow hole loose blasting technical parameter design，safety design and other aspects are analyzed，thereby providing certain reference for similar projects．

shallow hole loose blasting;hard soil layer;excavation;Wangjiawan Reservoir

TV551.4

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1005-4774(2015)05-0007-04