水电站改建工程全排孔水下岩塞爆破施工探讨

陈湘冀

（北京市新海园林工程有限公司，北京 100089）

1 工程概况

某水电站改建工程进水口通过岩塞爆破开挖，进水口位于水库死水位以下约60 m处，包括集渣坑、连接段和岩塞体等部分。进水口岩塞段12.50 m厚，岩塞外口及岩塞底直径分别为14.60 m 和10 m；岩塞和集渣坑之间设置7 m 长、内径10 m 的连接段。爆破施工时必须沿进水口中轴线开挖直径3.50 m、深6 m的中导洞，在中导洞末端迎水侧形成直径3.50 m、厚6.50 m的小岩塞；通过起爆时间的控制，先爆破小岩塞并贯通后，再从内至外逐层爆破大岩塞。

2 爆破方式及参数

2.1 爆破方式

水下岩塞爆破施工方式主要有全排孔爆破和洞室爆破等，其中全排孔爆破施工技术与全断面钻孔爆破类似，过程安全可靠，爆破振动影响小、破裂边线易于控制、爆破产生的岩块尺寸均匀；洞室爆破则主要将炸药放置于岩塞体开挖所形成的洞室中起爆，起爆网路设置简单、装药集中，抛掷能力强，但是洞室与迎水面距离较近，爆破后孔口形状控制难度大，爆破振动影响范围广，施工过程安全性难以保证。综合考虑，该水电站改建工程采用全排孔爆破施工方式。

2.2 炮孔布置

通过YQ-100B 型潜孔钻机按照先周边孔、后主爆破孔的次序钻孔，孔径均为90 mm，为满足大岩塞体深孔装药的设计要求，应适当增大大岩塞孔直径。施钻过程中，应匀速缓慢钻进，并进行至少2次的方位角检查，如遇偏差，必须立即采取纠偏措施并调整钻孔方向。钻孔期间必须记录和标明钻杆根数，钻进至距离孔底2 m时应减缓钻速，实时观测作业面渗水量及岩性变化情况。钻深及孔底误差均应控制在10 cm以内，炮孔开口误差则不得超出5 cm。

主爆破孔应分三环布置，最外环、中间环、最内环爆破孔外倾角分别比周边孔外倾角、最外侧孔外倾角、中间环主爆破孔外倾角略小；钻孔方向则基本与周边孔、最外侧主爆破孔、中间环主爆破孔基本平行。

为保证爆破后轮廓线成型良好，还应在各周边孔设置后视点，通过后视点投影明确钻孔方向。为控制孔位，必须在钻孔时以后视样架为后视点，实时调整钻机位置。周边孔孔底、孔口间距分别为0.91 m和0.65 m，线装药密度600～1 000 g/m。

按照1.50 m设置孔底抵抗线，并结合渗水情况和地质条件适当调整孔底抵抗线，但是不得超出1.50～2 m 的范围。水下爆破施工炸药消耗量主要与正常消耗量、水深、爆破力降低程度、覆盖层厚度等有关，由于该水电站改建工程岩塞爆破施工在水下进行，钻孔偏差、渗漏水、地质条件等均影响起爆效果，为此必须增大装药量。结合《土方与爆破工程施工及验收规范》及相关工程施工经验，将单耗药量控制在2.04 kg/m3。

32个小岩塞爆破孔分别设置在第E、G、H、J圈位；6个空孔设置在第F圈位；65个大岩塞爆破孔设置在第K、L、M圈位；48个周边孔则设置在第N 圈位。具体情况详见表1，其中r 表示爆破孔孔径。见表1。

2.3 装药结构

该水电站改建工程水下岩塞爆破施工使用直径φ32 mm和φ60 mm两种赛能的防水乳化炸药，两种炸药长度分别为20 cm 和45 cm，重量为0.20 kg 和1.50 kg。该类型的乳化炸药爆破力可达到320 mL，爆破速度至少为4 500 m/s，猛度为16～18 mm，即使在60 m 深的水下持续浸泡10 d，也不影响炸药性能。为保证防水乳化炸药能安全起爆，配备爆速至少为6 000 m/s的导爆索和高精导爆管雷管与数码雷管，以上材料在水下持续浸泡10 d后均不影响性能。

周边孔中的奇数孔孔底连续装1.40 m长的φ60 mm乳化炸药后，改用直径φ32 mm乳化炸药间隔装药，总装药长度为8 m，剩下的孔段均堵塞，奇数孔装药量为10 kg/孔。偶数孔孔底连续装1 m长的双节φ32 mm乳化炸药后，再采用同样直径炸药间隔装药，总装药长度为7.50 m，剩下孔段堵塞，偶数孔装药量为6 kg/孔。

小岩塞钻孔长度共为5 m，其中包括3.15 m的连续装药段和1.85 m的堵塞段，按照10.50 kg/孔的量填装直径φ60 mm的防水乳化炸药。大岩塞钻孔长度共为11 m，主要位于K、L、M圈上，K、L、M 圈连续装药长度依次为8.10 m、9 m 和9 m，堵塞长度为2.90 m、2 m和2 m；分别按照27 kg/孔、30 kg/孔及30 kg/孔的量填装直径φ60 mm的防水乳化炸药。

孔口及孔底均设置1发高精导爆雷管和1发电子雷管，孔口处正向起爆，孔底处反向起爆。

2.4 起爆网路设置

起爆网路设置的科学性与合理性直接关系到水下岩塞爆破施工的成败，在设置时必须保证起爆次序、起爆时间标准规范，起爆网路安全稳定。具体而言，应先起爆小岩塞使中间贯通，再利用临空面起爆大岩塞，最后起爆周边孔，促进岩塞体轮廓的形成。数码雷管起爆网路设置详见图1。

图1 起爆网路设置图

3 现场监测结果分析

为进行爆破效应监测，在岩塞口到临时堵头迎水面均设置有空气冲击压力、水中冲击压力、质点振速等监测点。

根据爆心距约为31 m测点的空气冲击压力过程线（图2），期间并不存在较为集中的爆破冲击波波峰；根据实际变化过程可以看出，起爆后空气冲击压力持续过程历时780 ms，基本与岩塞起爆到主爆破孔爆破结束所需要的时长一致；此后的峰值则接近平台，到4 180 ms后开始下降。

图2 距离爆心约31 m测点的空气冲击压力过程线图

根据爆心距约为100 m测点的水中冲击压力过程线，爆破施工过程中并无集中的爆破冲击波脉冲出现；水中冲击压力在3 350 ms 时出现，到4 290 ms 时结束，持续时间约为940 ms。根据监测结果可以判断出该测点与岩塞口距离较近，冲击压力出现早；且空气冲击压力和水中冲击压力最大值的出现均明显滞后于爆破结束时间，爆破期间的波峰值也比岩塞贯通后水流引起的周期性压力波峰值小，意味着分段爆破施工有效削弱了爆破冲击力，也验证了全排孔爆破施工技术及分段设计的合理性与适用性。

4 结论

此工程爆破经验表明，逐排爆破方案对于进水口水下岩塞爆破施工切实可行，高精导爆管雷管与数码雷管的应用为保证水下岩塞爆破施工的成功起到了重要的辅助作用。