数码电子雷管在大直径竖井开挖中的应用

周 刚,杨 俊

中国葛洲坝第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

在国家有关部门的推动下,数码电子雷管应用已在逐步取代传统非电子雷管。目前数码电子雷管在土石方明挖及洞室开挖施工中较为常见,而大直径竖井开挖由于其结构特点,施工难度大、安全风险高,同时具有一次爆破方量大、使用炸药多等特点,如何在大方量爆破下,减小爆破对大直径竖井结构和开挖的影响,保证爆破粒径,满足施工要求是十分重要的。本文就数码电子雷管在大直径竖井开挖中的应用进行了全面分析,对后期类似工程具有指导意义。

1 工程概况

江苏句容抽水蓄能电站位于江苏句容市,电站枢纽工程主要建筑物由上水库、输水系统和地下厂房、地面开关站及下水库等组成,装机容量为1 350 MW。其中输水系统中引水调压室布置在引水上平洞末端,3条引水隧洞分别对应布置3个调压室。调压室采用阻抗式,由大井和阻抗井组成。1～3#调压室大井Ⅲ类围岩开挖直径为20.1 m,Ⅳ～Ⅴ类围岩开挖直径为20.3 m,系统挂网喷C30混凝土,系统锚杆以Ø28 mm、长度12 m或9 m的间隔布置,Ⅳ围岩采用锚喷和18 cm×18 cm钢格栅支护,Ⅴ类围岩采用锚喷钢格栅和超前小导管支护。1#和2#调压室阻抗孔开挖直径为7.1 m,3#调压室阻抗孔开挖直径为5.8 m,阻抗孔随机挂网喷C25混凝土,系统锚杆Ø22 mm、长度为3 m。引水调压室竖井项目特性见表1。

2 调压室大井开挖施工方法

调压室开挖先进行反井施工,形成Ø2.4 m导井,然后再采用正井法方式扩挖,爆破产生的石料通过导井出渣,采用2.3 m3侧卸装载机配20 t自卸汽车在竖井底部引水上平段内装渣。

调压竖井井口布置(10+3) t移动式龙门吊,用于竖井段扩挖支护以及后期压力钢管安装、混凝土施工时的人员、材料和设备运输;龙门吊处于井口正上方,且平行移动不超过井口端范围2 m,爆破施工中产生的振动和飞石不能损坏设备,破坏井壁结构面。现场导井及龙门吊如图1、2所示。

图1 现场导井

图2 现场井口龙门吊

2.1 施工难点

1)大井直径较大,Ⅲ类围岩开挖直径为20.1 m,Ⅳ～Ⅴ类围岩开挖直径为20.3 m。工期要求紧张。

2)爆破粒径控制要求较高,爆破产生的粒径须符合相关要求,一般最大块体不能超过导井直径的1/3,否则容易堵塞导井。

3)爆破环境复杂,调压竖井井口布置有(10+3) t移动式龙门吊,龙门吊位于井口正上方,且平行移动不超过井口端范围2 m,爆破施工中须控制飞石,防止设备损坏。

4)调压竖井围岩以Ⅲ1～Ⅲ2类为主,围岩整体稳定性较差,局部易产生塑形变形,且在断层带及溶洞发育段为Ⅳ～Ⅴ类。爆破施工中如何控制爆破振动,避免破坏竖井井壁结构是个技术难题。

2.2 施工措施

根据开挖方案,从原来的大井开挖分为Ⅰ区、Ⅱ区开挖调整为全断面开挖,这样大大缩短了施工工期。原大井扩挖方法见图3。

注:图中单位为m;调压大井扩挖分为Ⅰ区、Ⅱ区钻孔进尺为2 m,Ⅱ区扩挖滞后Ⅰ区一个循环,支护跟进。

对于进口段下方20 m范围采取减少循环进尺、多打孔、少装药的控制措施,同时增加分段,严格控制最大一段起爆药量,减少爆破震动。增加安全防护措施,采取在作业面顶部覆盖炮被等措施,以减少爆破飞石。

例5：在后期剪辑时，有时候需要复制延长视频，或者制作循环画面视频。比如在制作历史剧时，发现母子遥望片段时长不够，又不便重拍。直接复制粘贴延长后发现，观看时在连接处有跳跃感。这时候可以勾选第二段视频的“反转视频”选项，播放时画面平滑过渡，没有停顿感，不会让观众产生不连续的感觉。

利用数码电子雷管代替传统的导爆管雷管。起到了提高二次挤压效果,减少爆破粒径,降低爆破震动,减少爆破飞石等爆破次生灾害。

3 数码电子雷管在大直径竖井开挖中的应用

3.1 数码电子雷管的优点

1)延时范围广、延时精度高。数码电子雷管延期时间间隔为1 ms,总延期时长高达21 000 ms,因此可设置21 000个延期时间点,传统HS(半秒)雷管单位时间间隔差为500 ms,上规时间与下规时间的差值高达500 ms。数码电子雷管延时精度:延时时间不大于150 ms,误差为1 ms;延时时间大于150 ms,存在2%的误差。传统导爆管雷管延时段位越高,精度越差,例如15段导爆管雷管名义延时为880 ms,实际误差约60 ms,传统HS(半秒)雷管实际误差更大。

2)操作安全性、准爆性高。相比导爆管雷管,数码电子雷管具有质量状态随时可查的特性:入孔前逐发检测,保证下孔数码电子雷管质量;装药后填塞前,进行孔内检测,若存在问题,应重新加起爆药包,保证起爆;联网后,对起爆网络安全进行检查,及时更正漏联、错联的炮孔;公安民爆网络授权起爆,确保电子雷管使用状态可查,防止遗失、丢失。以上特性不仅有利于数码电子雷管监管,更保证了调压竖井爆破施工安全进行,实现“零盲炮、零事故”。

3)网络安全性能高。与导爆管网路相比,数码电子雷管在环境中有外电存在情况下仍可应用于施爆现场,因为电子雷管有抗交直流、抗射频、抗静电、抗杂散电流等性能,不存在早爆、误爆的危险。由于数码电子雷管不受段位影响,在大规模爆破工程中,不存在重段现象,能实现微差逐孔起爆进而有效降低单响起爆药量,且网路设计简单易行。此外,所有的数码电子雷管是以并联的方式连接的,施工过程中不存在支路电阻不匹配问题,只要待充电程序完成,就能起爆。

4)组网方便和可检查性,与非电导爆管网路相比,数码电子雷管的优势主要体现在爆破网路组网方便及数码电子雷管具有可检查性。不仅如此,当起爆网路连接好后,所有的施工人员撤离到安全距离以外,可通过专用设备对爆破网路连接的可靠性进行“一键检测”,对连接不可靠的雷管进行准确定位,既安全又高效。此外,数码电子雷管的卓越性能还体现在微差时间可编程和它的高精度上,可根据现场的地形、地貌、岩石状况、地质条件、钻孔方向等进行微差设计和编程,减少冲击波对网络后爆孔的影响。

综合上述,数码电子雷管的优点可归纳为:通过微差爆破可实现真正意义的抗干扰降振;良好的同步性保证了光爆和预裂效果;通过逐孔(几孔)起爆的方法可创造多个自由面并控制单次起爆药量,提高单次起爆规模,减少单位钻孔量;通过在线设置微差时间,充分利用岩石爆炸产生的应力,改善破碎效果;数码电子雷管及其起爆系统,推动了爆破技术水平革新,在复杂的爆破环境下,改善了爆破效果并减少爆破有害效应对周围环境的影响;使用数码电子雷管起爆系统和控制软件不仅降低了数码电子雷管布网时间,其操作过程安全可靠、简单明了还提高了工作效率,且当排间微差(或孔间微差)间隔时间与抗干扰时间相一致时,降低了爆破振动速度的峰值,起到保护围岩、建(构)筑物的目的。

3.2 数码电子雷管实际应用效果

针对句容抽水蓄能电站调压室大井开挖的特点,对比了HS(半秒)雷管与数码电子雷管的特点,确定采用数码电子雷管进行调压室大井开挖施工,确保了现场安全、质量、进度要求。数码电子雷管在调压室大井开挖中应用情况如下。

前期受现场相关生产条件影响,爆破施工中只使用了8个不同段位的导爆管雷管,这样造成爆破挤压效果差,容易出现因重段、单响药量大引起爆破振动大、飞石远等安全隐患。后根据试验数据,引水调压室使用电子雷管进行爆破施工,延时范围选取100～990 ms,崩落孔4孔一响,有效地控制了爆破振动和飞石。半秒雷管扩挖钻爆设计图见图4,数码电子雷管扩挖钻爆设计图见图5,爆破效果见图6～7。

注:图中单位为cm;HS为半秒雷管。

注:图中尺寸单位为cm;时间单位为ms。

图6 半秒雷管扩挖爆破效果图

图7 数码电子雷管爆破效果图

调压室大井开挖利用数码电子雷管的优异特性,精确延时,每隔20 ms设置一段延时,减小了爆破施工的单响药量,有效地控制了爆破振动。半秒雷管扩挖方法与数码电子雷管扩挖方法主要指标对比如表2所示。由表2可知,在综合单耗较为接近的情况下,数码电子雷管扩挖法减少了钻孔数量,增加了循环进尺,减少了爆破震动及飞石,缩短了工期,取得较好的经济效益。

表2 半秒雷管扩挖方法与数码电子雷管扩挖方法主要指标对比

3.3 起爆注意事项

大直径竖井井口往下20 m区段应适当减小循环进尺,加强炮被覆盖,减少爆破振动和飞石。

大直径竖井正式开挖前应针对不同围岩类别进行现场生产性试验,以确定不同围岩类别炮孔间排距、循环进尺、延期时间、单耗等指标。

利用数码电子雷管精度高的特点,合理设置延期时间,不断优化爆破参数,以提高二次爆破挤压效果,降低爆破料大块率。

现场爆破坚持做到“一炮一设计,一炮一申请,一炮一评估,一炮一小结”。根据现场岩石情况及时调整爆破孔网参数,确保爆破效果。

4 结束语

调压室大直径竖井开挖是句容抽水蓄能电站地下工程开挖施工过程中施工难度大、安全风险高的项目。首先通过优化开挖方案,从原来的大井扩挖分为2个区开挖调整为全断面开挖,大大缩短了施工工期。此外,优化爆破施工工艺,利用数码电子雷管的优点,做到了控制爆破振动,减少爆破飞石,同时缩短了工期。句容抽水蓄能电站调压室大直径竖井在项目部技术人员的共同努力下取得了较好的开挖效果,为句容抽水蓄能电站顺利投产发电提供了可靠的保障。