水下岩塞爆破在某引水工程中的应用

【摘要】针对某市引水工程中竖井式分层取水塔下部取水口岩塞爆破施工，介绍了岩塞设计要点，通过岩塞体地质条件分析、具体的设计参数选择等方面详细介绍了引水工程中水下岩塞爆破的设计。

【关键词】岩塞爆破；地质条件；岩塞体设计

1 、工程概况

某市引水工程是该市政府为解决台州市水资源短缺、供需矛盾，实现该市整体发展部署要求的重点工程。工程包括取水工程、原水输水工程、净水厂工程、清水输配水工程、南北应急互备工程等。隧洞取水口位于水库北侧，溢洪道北部山体，采用竖井式分层取水塔方式，分上下两层，取水口高程按“确保水量、兼顾水质，尽可能多取优质水”的原则确定上层取水口底高程为23.00m，采用在预留岩体后期控制爆破方案，下层取水口底高程为13.00m，采用水下岩塞爆破。水下岩塞爆破特点是在施工时在进水口处预留一定厚度的岩石（即岩塞），待工程其它部位施工完成后，再将预留岩塞体一次爆除。因无须修筑施工围堰，工程施工期不受季节影响，优越性明显，但是对岩塞体所处地形、地质及岩塞体设计及爆破要求较高。

2、 岩塞设计要点

进行水下岩塞体设计时须充分掌握水下岩塞爆破影响范围内的地形、地质资料，要有足够进度的水下地形图及与进水口洞轴线平行和正交的纵横断面图。岩塞位置应尽量选择在20°～45°山坡处。当基岩地形坡度变化很大时，应选择在完整的山坡处。岩塞应尽量选择在岩体完整、岩性单一、覆盖层薄、地质构造简单、顺坡节理不发育和透水性较小的地质条件处。

3、下层取水口岩塞设计

3.1地质条件

取水口所在山坡为凸岸，高程50m以下山坡坡度约为50°，高程50m以上山坡坡度约为24°，属白垩系下统朝川组（K1c）紫红色块状砂砾岩、砂岩、流纹质角砾凝灰岩、凝灰质粉砂岩、粉砂岩等；取水口高程40.0m～27.0m，基岩裸露；高程40.0m以上山坡覆盖层为第四系全新统残破堆积层（el-dlQ4）含碎石粉质粘土，厚3.0m；高程27.0m以下分布近代堆积层，以淤泥为主，最大厚度约1.60m。基岩为白垩系下统朝川组（K1c）紫红色块状流纹质角砾凝灰岩，新鲜岩石致密坚硬。水库回水线附近基岩受重力和水位升落的影响，表层岩石较破裂。岩石全风化带厚度达1.0m，强风化带厚约0.4m～1.4m，弱风化带厚约3.9m～11.3m。

3.2岩塞体设计

3.2.1岩塞底部断面积计算

式中： —岩塞底部断面积，m2；—隧洞设计最大流量，m3/s； —闸前段流速，m/s；或岩塞段围岩的抗冲刷流速，两者取小值计算。—断面扩大系数，一般（小断面岩塞取大值，大断面岩塞取小值）。

根据台州引水隧洞设计最大流量等计算结果见表1。

3.2.2岩塞厚度计算

通常岩塞厚度与岩塞底部直径之比为1：1～1：1.5，岩塞体厚度取为5m。

3.3岩渣处理方式选择

岩塞爆破后对爆后岩渣处理主要有集渣和泄渣两种方式。两种处理方式优缺点及适用条件见表2。

3.4集渣坑容积设计

式中

—集渣坑容积，指集渣坑下游边与洞身底部交点高程以下的体积，m3；

—岩塞爆破设计爆出的石方体积与预计坍塌石方体积之和（不含覆盖层体积），m3；

—石渣松散系数，一般取1.5～1.7；

—渣坑容积利用系数，一般取0.65～0.8。

本次设计取K1=1.7、K2=0.65，经计算求得集渣坑容积：。

4、岩塞爆破设计

岩塞爆破有洞室爆破、排孔爆破及洞室排孔组合爆破三种方式。洞室爆破是在开挖洞室用集中药包将岩塞爆通成型，适用于岩塞直径大于6m的大中型断面，适应力强、炸药用量小但药室及导洞开挖量和堵塞量大、施工条件差。排孔爆破采用潜孔钻机在岩塞底部钻孔，利用中心多孔作为集中药包揭顶掏槽，适用于岩塞直径小于6m的中、小型岩塞断面，无须开挖药室、施工简单、速度快但对地形地质要求高，用药量较大。洞室排孔组合爆破是在岩塞中部用一个集中药包把岩塞爆通，然后排孔爆破扩大成型，适用于岩塞直径4～8m的中小型岩塞断面，药室及网路布置较简单，对地形地质有一定的适应性，但施工需两套钻孔设备。

综合比较三种爆破方式的优缺点并结合工程实际情况以及参考同类工程岩塞爆破工程试验，改引水工程岩塞爆破拟采用排孔爆破掏槽，周边孔扩大成型，排孔布孔，采用带中心空孔的柱形掏槽，然后根据要求的爆岩块度每隔50～100cm布置一圈爆破孔，孔数分布按装药结构依次递增，排孔布置力求均匀，并根据岩塞形状适当加密或减稀。

5、结论

（1）认真调查研究岩塞体所在的地形地质情况，尽可能的充分掌握水下岩塞爆破影响范围内的地形、地质资料。

（2）岩塞体底部断面面积、厚度计算须精确、岩渣处理方式的选取须结合工程实际尽量合理选择。

（3）水下岩塞爆破须保证一次爆破成功，故岩塞爆破方案选取须慎重，必须具有较好的水力学条件且能保证爆破后洞脸及时支护、满足水工隧洞长期正常运行要求。

参考文献：

[1] 康世荣，陈东山.水利水电工程施工设计手册第二卷 施工技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，2008.

[2] 杨建红.岩塞爆破技术在水利水电工程中的应用[J].电力学报，2003（63）：107-110.

[3] 刘美山，童克强，余强，赵根，张正宇.水下岩塞爆破技术及在塘寨电厂取水工程中的应用 [J].长江科学院院报，2011（10）：156-160.