河口村水库石方明挖爆破工艺设计及安全验算

□申 志 □孙鲁予 □赵文博

（1河南省河川工程监理有限公司；2河南省河口村水库工程建设管理局）

河口村水库石方明挖爆破工艺设计及安全验算

□申 志1□孙鲁予1□赵文博2

（1河南省河川工程监理有限公司；2河南省河口村水库工程建设管理局）

石方明挖采取的爆破工艺是一项成熟的石方开挖技术，但在不同的工程施工中，应根据不同的岩性强度、岩层分布及风化情况等地质条件，根据不同的山势、地形及不同的设计开挖线的要求，制定适合的爆破工艺设计，并对其进行安全验算，满足开挖的经济性、可实施性及安全性等要求。文章简要介绍了河口村水库大电站厂房边坡爆破开挖施工的爆破设计及安全验算，重点阐述了爆破参数的确定及安全验算对周边环境的影响，从而体现出在石方爆破开挖中爆破工艺设计及安全验算的重要性。

石方开挖；爆破工艺设计；安全验算

1 工程概况及地质条件

工程共设有2个地面式明厂房，边坡开挖高程分别为EL179.80 m和EL215.67 m，均坐落在基岩层上面。厂房区地层岩性上层为坡积碎石土及阶级堆积的砂卵石层为主的坡积物，下部基岩为太古界登封群（Ard）变质岩系，岩性为花岗片麻岩、花岗岩等。根据前期勘察资料揭露，厂房区覆盖层厚度在8.00～26.30 m，基岩面出露高程195.47～173.68 m，基岩面整体东高西低，向河床倾斜。

2 爆破工艺设计

2.1 爆破施工方法及主要程序

施工程序：场地清理、施工测量、边坡清理、设备及材料的准备、钻孔、装药、爆破（残破处理）、爆碴清理。厂房边坡开挖选用深孔预裂爆破法，首先人工清除表面覆土及强风化岩石至基岩。爆破开挖采取自上而下，分梯段爆破，逐层剥离的施工方法。基岩明挖自上而下分层进行，爆碴由挖掘机清理，弃至指定渣场。各工作队、工作面尽量流水作业，充分发挥机械化施工速度快、效率高的优势。爆碴采用PC220反铲进行清理出新的钻孔平台，开挖面爆碴由挖掘机装车运至业主指定渣场。

2.2 爆破材料

炸药：2#岩石乳化炸药；雷管：工业非电雷管（毫秒1-9段）；起爆材料：瞬发电雷管、连接线、导爆索。

2.3 爆破设计

2.3.1 基岩开挖爆破设计

基岩爆破开挖主要采用梯段预裂爆破的爆破方法，梯段高度5～10 m，开挖坡度1：0.30，KSZ-100型支架式潜孔钻钻孔，孔径90 mm，每次爆破开挖宽度约20 m（或危岩体横剖面宽度）；石方边坡上层狭窄不能形成钻孔施工平台，采用YT—28手风钻人工凿孔梯段浅孔松动爆破，梯段高度1.50～2 m，YT—28手风钻钻孔，孔径42 mm。每次爆破开挖长度控制在20 m左右，临近设计高程时预留保护层。

2.3.2 梯段深孔预裂爆破参数确定

根据现场踏勘岩体地质情况，本次爆破参数的设计根据岩体地质情况并参照在厂区孤石与11#公路明挖工程经验，保证岩体成功爆破的情况下降低炸药单耗。为此，厂房边坡石方爆破分三阶段进行。第一阶段，先进行一次爆破试验，根据试验情况调整爆破参数；第二阶段，深孔梯段爆破；第三阶段，处理可能因爆破不彻底产生的二次解爆，按照孤石解爆法处理。

2.3.2.1 第一阶段：试验确定爆破参数

爆破试验为下一步的深孔梯段爆破作技术准备。爆破梯段高度5 m，KSZ-100型支架式潜孔钻钻孔，孔径90 mm，每次爆破开挖宽度20 m。

主爆孔爆破参数确定见表1。

预裂孔爆破参数确定：

炮孔间距a＝（0.70～1.20）D＝0.90×0.09＝0.81m；不偶合系数Dd＝D/d＝90/32＝2.81，其中D为钻孔直径、d为药卷直径。线装药密度Qx＝200 g/m；孔底装药增加值（3～5）Qx＝4×200＝800 g/m；主爆区最后一排孔与预裂孔的间距＝（0.75～0.90）a/2=0.87×2.86/2＝1.24 m。

表1 主爆孔爆破参数计算表

2.3.2.2 第二阶段：确定梯段深孔预裂爆破参数

对爆破试验取得的爆破参数进行适当的调整，梯段开挖高度为10 m，QZJ-100B支架式潜孔钻钻孔，孔径90 mm，每次爆破开挖宽度20 m。第一，主爆孔爆破参数确定。

根据表1（主爆孔爆破参数计算表）计算，确定第二阶段、梯段深孔预裂爆破参数如下：梯段高度H=10 m，孔深L= 11.25 m，孔距a=2.85 m，Qd=8.10 kg，柱状装药量Q2=21.98 kg，每孔装药量Q2=30.08 kg，单位耗药量q=0.36 kg/m3。第二，预裂孔爆破参数确定。炮孔间距a＝（0.70～1.20）D＝0.90× 0.09＝0.81 m，D为钻孔直径。不偶合系数Dd＝D/d＝90/32＝2.81；线装药密度Qx＝200 g/m；孔底装药增加值（3～5）Qx＝4×200＝800 g/m。主爆区最后一排孔与预裂孔的间距＝0.87×2.85/2＝1.24 m。第三，布孔及装药结构。

为了减少爆破飞石的损坏，爆破采用从一端或两端纵向分梯段开挖和爆破。为充分利用炸药爆能作功，提高爆破效果和减少大块率，所有深孔爆破炮孔布置均采用小排距、大孔距、梅花形布孔方案。另外采用沙袋、土袋、铅丝网等措施覆盖爆破区。孔位布孔见图1。

图1 开挖断面爆破孔布置示意图

为提高爆破效果，主爆孔倾角a适当调整，以减少底板抵抗线W1，主爆孔均采用塑料导爆管系统实施逐排微差爆破。每次爆破炮孔排数较多（＞5排）时采用孔外延时相结合，实施逐排等间隔微差起爆；每次爆破排数较少时（＜5排），采用孔内延时微差爆破。在施工进行的过程中，先取20 m开挖段为爆破试验，通过爆破的实际效果，对爆破方案和爆破参数进行适当调整，以达到最优效果。

3 安全验算

工程大电站边坡开挖距离引沁电站约250 m，为了验算爆破对该电站的影响程度，需进行空气冲击波超压值计算与爆破振运安全允许距离等方面的安全验算。

爆破采用的是深孔梯段爆破，毫秒延时爆破。钻孔深度为12 m，总装药量约6 t，共分为6个段位，单段最大装药量为1 t。

3.1 空气冲击波超压值计算

通过计算得出空气冲击波超压值，并根据建筑物的破坏程度与超压关系进行对比分析，确定破坏程度。

式中：△P—空气冲击波超压值，单位Pa；K,a—经验系数和指数，一般梯段爆破K=1.48，a=1.60；Q—一次爆破的梯恩梯炸药当量，单位kg，岩石型乳化炸药梯恩梯当量为0.71；R—药包至危害对象的距离，取250 m。

按所得空气冲击波超压值，根据建筑物的破坏程度与超压关系表进行分析，属于基本无破坏。

3.2 爆破震动安全允许距离

根据爆破安全允许距离计算公式，计算安全允许距离，并根据现场作业点与建筑物实际距离对比分析是否满足安全距离的要求。

式中：R—爆破安全允许距离；V—建筑物安全允许振速，根据国家爆破安全规程的爆破振动安全允许标准水电站及发电厂中心控制室设备安全允许振速为0.50 cm/s，见表2（爆破振动安全允许振速标准表）；Q—炸药量，单位Kg，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量。

K值、a值根据爆区岩性不同进行选取，标准见表2。

表2 爆破振动安全允许振速标准表

坚硬岩石：K=50～150，a=1.30～1.50

中硬岩石：K=50～150，a=1.30～1.50

软岩石：K=50～150，a=1.30～1.50

根据地质资料，大电站厂区岩石为花岗岩，硬度较硬，衰减系数K取较小值。同时沁河是个天然的减震沟，河道较宽，深度较大，对爆破的震动衰减作用非常明显，可以减弱一半以上。因此，震动衰减系数K值取50，衰减指数取1.50。

为减少单段装药量，光爆孔分成两个段位进行爆破，减少了单段最大装药量，单段最大装药量控制在1 000 kg之内。则引沁水电站中心控制设备爆破安全允许距离R为：

引沁电站距离爆破点250 m，＞218 m，满足爆破振动安全允许距离的要求。

4 爆破效果

根据爆破设计及爆破验算实施大电站爆破施工，山体破碎程度基本具备直接开挖条件，光面爆破半孔率达到95%以上，坡面形成情况不错，而且通过多次爆破，均未对附近建筑物造成破坏。通过对爆破效果的分析，说明以前所做的爆破设计与爆破验算是合适的、适应的。

5 结语

综上所述，文章以河口村水库工程大电站厂房边坡爆破开挖为例，详细介绍了爆破工艺设计及爆破验算的过程，并在工程实施中得到了检验，从而说明了石方开挖爆破施工前的爆破设计的重要性，以及爆破验算的必要性。

编辑：左英勇

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2016-11-12