拦河坝工程基础开挖爆破工艺及参数选择

拦河坝工程基础开挖爆破工艺及参数选择

缪晟

(福建省宁德市水利电力工程局，福建 宁德352100)

【摘要】在宁德市金溪一级水电站拦河坝工程中，根据工程岩石特性与实际施工特点，通过现场生产性试验，有针对性地提出相应的爆破施工参数和爆破方法，取得了理想的工程爆破效果。说明爆破技术在拦河坝工程中有巨大作用，对周围地区的爆破施工具有一定的参考意义，为之后类似的爆破工程累积了经验。

【关键词】水电站；基础开挖；预裂爆破；微差爆破

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.09.018

中图分类号：TV542

Barrage project foundation excavation blasting technology and

parameter selection

MIAO Sheng

(FujianNingdeWaterConservancyElectricPowerEngineeringBureau,Ningde352100,China)

Abstract:Corresponding blasting parameters and blasting methods are proposed in a targeted mode through spot productive test according to engineering rock characteristics and practical construction features in Ningde Jinxi Stage Ⅰ Hydropower Station barrage project. Ideal engineering blasting effects are obtained. It is obvious that the blasting technology has a huge role in barrage project. It has certain reference significance on blasting construction in surrounding areas, and helps to accumulate experience for similar blasting projects in the future.

Key words: hydropower station; foundation excavation; pre-splitting blasting; millsecond blasting

当前，爆破技术在各个领域中应用越来越广泛，特别是大型水利水电工程施工中，爆破是土石方开挖的主要技术手段。目前深孔爆破、预裂爆破、微差爆破等爆破技术主要适用于露天条件下大规模、大高差、高强度石方开挖施工。

深孔爆破指炮孔孔径大于75mm、深度在5m以上，采用延长药包的爆破方式，分为拉槽深孔爆破、台阶深孔爆破；预裂爆破是针对设计开挖截面进行有效控制的爆破方法，沿爆破开挖区设计轮廓或边坡，以较小间距合理布置一排相互平行钻孔，在孔内采用间歇或不耦合装药，并在开挖主爆破之前或之后同时起爆，获得符合设计轮廓、光滑平整和稳定性好的边坡面；微差爆破是将群药包以毫秒级时间间隔分组，按照一定顺序起爆，也叫作毫秒爆破。本文以宁德市金溪一级水电站拦河坝工程为例，研究拦河坝工程基础开挖爆破工艺与参数设置。

1工程简介

宁德市金溪一级水电站拦河坝工程，位于宁德市金涵乡菇洋港头村上游约200m处。菇洋港头村距宁德市区17km，拦河坝为砌石重力坝，坝高36.7m。金溪一级水电站拦河坝坝址河谷呈不对称V字形，左岸地形较缓，右岸陡峻，坝址出露地层为侏罗系上统小溪足下段硅质砂岩、粉砂岩，坝址两岸上部岩体风化强烈。整个工程大坝基础开挖土石方约20778m3，完成工期为120个日历天。

2爆破技术应用

2.1爆破设计依据资料

a. 《爆破安全规程》(GB 6722—2003)。

b.工程建设标准强制性条文(水利工程部分)。

c. 《水工建筑物岩石基础开挖工程技术规范》(SL 47—94)。

d.《宁德市金溪一级水电站拦河坝工程设计文件》。

2.2爆破设计原则

a.技术可行。选择的爆破方案及爆破参数应是可行的，爆破效果应能满足现有施工设备的生产能力和块度等方面的要求。

b.安全可靠。选择的方案要保证附近永久及临时建筑物、人员的安全，有效控制危害，保证基础及边坡的稳定。

c.经济合理。选择的爆破方案要尽可能做到投资省、进度快、成本低。

d.施工方便。应考虑爆破后爆堆集中、无根底、地板平整，便于形成流水作业，保证施工进度。

2.3施工爆破设计

在施工过程中，根据工程实际和生产进度等方面的要求，设计对拦河坝的坝基与边坡采用小孔径浅孔台阶光面爆破技术，一次开挖成型。为了减少爆破对岩体的破坏，拦河坝的坝基与边坡采用小孔径浅孔台阶光面爆破技术，工程计划选用气腿式风动凿岩机YT28型，成孔直径38~42mm。选用与孔径相匹配的32mm的2号岩石的硝铵炸药。边坡石方爆破时，为确保边坡稳定，防止塌方，也应采用预裂爆破的方式预先形成一条预裂缝。坝基开挖按照先两岸边坡后河床、自上而下分层梯段开挖的方法。爆破设计如下：

2.3.1炸药选用

炸药选用2号岩石乳化炸药，药卷直径32mm，采用毫秒微差电雷管。

2.3.2炮孔装药设计

炮孔间距a暂定为0.6~0.8m，炮孔排距b为0.6~0.8m，光面爆破线密度采用松动爆破药量计算公式Qx=qW确定，光面爆破的单位炸药消耗量为q=0.3~0.35kg/m3。

2.3.3起爆方式

因该工程起爆工作面及单段允许最大炸药量限制，宜采用排间分区顺序起爆，采用塑料导爆管毫秒微差配合导爆索起爆。

2.3.4爆破参数选择

a.抵抗线长度：

Wp=HDgd/150

(1)

式中d——炮孔直径，mm，一般取38~42mm;

H——阶梯高度，m；

D——岩石硬度影响系数，一般取0.46~0.56；

g——阶梯高度系数。

b.炮孔深度:

(2)

式中L——炮孔深度，m，一般取1.0~2.0m；

ΔH——超深钻孔，m，一般取(0.12~0.3)Wp。

炮孔应打垂直孔，在岸坡靠近基面处打与岸坡坡度一致的倾斜孔。

c.炮孔间距(孔距)：

a=0.6~0.8Wp

(3)

d.炮孔排距：

b=0.6~0.8m

(4)

e.炮孔最小的堵孔长度Lmin不小于Wp。

按照以上计算公式，经过爆破试验调整，最终确定的抵抗线长度为

Wp=HDgd=0.6~0.8

(5)

2.3.5单孔装药量

a.排孔爆破或多排爆破的第一排孔的单孔装药量计算：

Q=qawh

(6)

b.多排孔爆破时，从第二排起以后各排孔的弹孔装药量按下试计算：

Q=Kqabh

(7)

上二式中q——单位炸药消耗量，kg/m3；

a——孔距，m；

w——最小抵抗线，m；

h——炮孔深度，m；

b——排距，m；

K——考虑受前面各排孔的矿岩阻力作用的增加系数，取1.1~1.2。

该工程取a=0.6m，b=0.6m，k=1.1kg/m3，h=1.5m，q=0.3kg/m3，故

Q=1.1×0.6×0.6×1.5×0.3=0.178kg

2.3.6保护层开挖的参数选择

邻近水平建基面的基础及坡度缓于1∶0.5的边坡面预留1.5m厚的保护层开挖。

孔径d=38~42mm；孔深L=0.60~0.90m；孔距a=0.5~0.6m；排距b=0.5~0.6m；抵抗线w=0.5~0.6m；单位炸药消耗量q=0.2~0.25kg/m3

2.3.7延迟时间控制

为保证爆区前后排起爆顺序，应特别注意前后排对应炮孔的起爆时间差不宜太大，以免影响破碎效果，除使大块率增加的缺陷外，还存在先爆孔破坏后爆网络(见下图)的弊端；延时短会导致爆眼向上运动，而非水平推出，按规定一般抵抗线小于4m时，排间起爆时差应小于75ms，按经验取25~50ms，因此该工程以用1~6段毫秒雷管为合适。

起爆网络示意图

3爆破公害及安全控制

在完成岩石爆破破碎的同时，爆破作业必然会带来爆破飞石、地震波、空气冲击波和噪音等负面效应，即爆破公害。因此，在爆破作业中，需研究爆破公害的产生原因、公害强度的分布与衰减规律，通过科学的爆破设计，采用有效的施工工艺措施，以确保保护对象(包括人员、设备及邻近的建筑物或构筑物等)的安全。

3.1爆破公害

岩石爆破中一般产生爆破地震、爆破空气冲击波、爆破飞石三种较为明显的爆破公害。在该工程中，由于爆区周围没有重要的设施、管线、文物、军事设施等，因此不考虑爆破空气冲击破及毒气危害。着重考虑爆破地震波及个别飞散物的危害。爆破地震主要考虑一、二期围堰，爆破飞散物主要考虑现场施工人员和电气设施。

3.2爆破地震

(8)

式中K、a——与爆破点至计算保护对象间的地形地质条件有关的系数和衰减指数；

v——保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；

R——爆破安全允许距离，m；

Q——炸药量齐发爆破为总药量，单发为最大一次药量，kg。

该爆区围堰距坝址最近距离约15m，按地质岩性查表取：K=150；a=1.5；v=3cm/s。可计算出单段允许最大药量为Q=1.35kg。

在坝基爆破施工中，进行多段次分区爆破时，每个单段最大炸药使用量不超过以上的校核量，以确保围堰的安全。

3.3爆破个别飞散物

爆破个别飞散物是主要危害之一，对人员、设备和建筑物造成威胁。根据《爆破安全规程》 (GB 6722—2003)中的规定，一般露天岩土爆破中浅孔爆破、浅孔药壶爆破的最小安全允许距离不小于300m。

4安全控制

爆破公害的控制与防护可以从检测措施、爆源、公害传播途径以及保护对象四方面采取措施。

4.1建立健全爆破检测措施

及时合理地设置相关的检测措施，建立沉降观测机制，每次爆破后及时进行观测及数据整理，及时调整装药参数，减小危害。

4.2在爆源控制公害强度

a.合理采用爆破参数、炸药单耗和装药结构。

b.采用深孔台阶微差爆破技术。

c.合理布置岩石爆破中最小抵抗线方向。

d.保证炮孔的堵塞长度与质量、针对不良地质条件采取相应的爆破控制措施对消减爆破公害的强度也是非常重要的。

4.3在传播途径上削弱公害强度

a.在爆区的开挖线轮廓进行预裂爆破或开挖减震槽，可有效降低传播至保护区岩体中的爆破地震波强度。

b.对爆区临空面进行覆盖、架设防波屏可削弱空气冲击波强度，阻挡飞石。

4.4保护对象的防护

a.对保护对象的直接防护措施有防震沟、防护屏以及表面覆盖等。

b.严格爆破作业的规章制度，对施工人员进行安全教育也是保证安全施工的重要环节。

5结语

采用上述爆破技术，水电站基础开挖施工进度和质量都得到了保障，受到了业主的好评，部分工程还被评为样板工程。水电工程爆破施工是一项技术含量较高的综合性作业，必须结合实际情况，具体情况具体分析，根据具体的施工条件、施工设备、整体施工安排进行设计施工，通过爆破试验不断优化爆破参数，对加快工程进度、保证工程质量和施工安全都具有重要意义。并且根据此工程的经验得出，在未来的拦河坝工程中进一步推广和应用新的爆破技术，也是一项长期而重要的任务。

参考文献

[1]DL/T 5135—2001.水利水电工程爆破施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2002.

[2]刘应忠，杨仕春.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2003.

[3]SDJ 211—83.水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，1983.

[4]王森，徐庆河.水工工程师使用计算手册[M].郑州：黄河水利出版社，2008.