張俊峰

（山西省水利建筑工程局，太原 030006）

1 工程概況

龍華口水庫位于盂縣龍華河上。壩址區(qū)河谷呈寬“U”字型，為碾壓混凝土重力壩，最大壩高66m，壩軸線長353m。壩底上游側(cè)開挖長度190.8m，寬39.04m，下游側(cè)開挖長度193.5m，寬9.9m，保護(hù)層開挖厚度約為2.0m，保護(hù)層石方開挖工程量約為1.9萬m3。壩基為黑色斜長片麻巖，巖層為斜層走向，開挖巖石較為堅硬，堅固系數(shù)等級f=8。

2 開挖方案確定

壩基預(yù)留保護(hù)層石方開挖厚度為2.0m，工程量約為1.9萬m3。傳統(tǒng)保護(hù)層開挖方法采用淺孔小炮爆破方式，分三層進(jìn)行開挖，并需預(yù)留0.2～0.3m厚的巖體進(jìn)行人工撬挖，該方法鉆爆次數(shù)多，成本高，巖體完整性得不到保證。保護(hù)層一次性爆破方法嚴(yán)格控制鉆孔質(zhì)量，保證高精度，合理選用墊層材料，采用控制爆破技術(shù)，能保證工程質(zhì)量，降低成本，加快施工進(jìn)度。根據(jù)地質(zhì)條件與壩基開挖工程量大、工期緊等特點，確定壩基采用保護(hù)層一次性開挖，直接鉆孔到基巖設(shè)計開挖線，爆破裝藥底部加柔性墊層（竹節(jié)）的保護(hù)措施，進(jìn)行微差控制爆破，保護(hù)基巖完整、穩(wěn)定。

3 爆破參數(shù)選定

保護(hù)層一次開挖爆破參數(shù)主要包括鉆孔深度、孔徑、孔距、排距及單位巖體裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、柔性墊層、網(wǎng)路形式等，采取經(jīng)驗與實際相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場試驗來確定孔距、排距、裝藥結(jié)構(gòu)等的施工爆破參數(shù)，以滿足壩基開挖質(zhì)量要求。結(jié)合本工程地質(zhì)情況擬定爆破參數(shù)如下：

（1）孔徑的確定

保護(hù)層一次開挖屬淺孔爆破，采用鉆孔機(jī)械為風(fēng)動手持式鑿巖機(jī)。

一般鉆頭的直徑為40～42mm，取d=42mm。

（2）孔距、排距的選定

根據(jù)工程地質(zhì)確定孔距a、排距b，

保護(hù)層一次性開挖?。篴=1.0m、b=1.0m。

（3）底盤抵抗線w的確定

取W=1.0m。

每次爆破前應(yīng)處理好作業(yè)面，否則因前排推不出去，影響爆破效果。

（4）單位耗藥量q

巖石的爆破性能與巖石物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，巖石越硬，越完整，風(fēng)化程度越弱，單耗越高；使用的炸藥威力越小，單耗越高。根據(jù)地質(zhì)資料，巖石的堅硬度系數(shù)f=8，選取q=0.45kg/m3。

（5）鉆孔深度H

預(yù)留保護(hù)層開挖厚度為2.0m，取H=2.0m。

（6）超鉆孔深h的選定

保護(hù)層一次性爆破開挖中鉆孔深度不得超過水平建基面。

（7）單孔裝藥量Q

計算公式如下：Q=abqH（kg）

（8）堵塞長度L

取 15～20 倍的孔徑，即 L=0.5～0.8m

（9）柔性墊層

柔性墊層材料的選擇與厚度的確定是保證建基面不受破壞的關(guān)鍵所在。用于制作柔性墊層的材料，按綜合指標(biāo)（波阻抗值小、易制作、經(jīng)濟(jì)性等）的優(yōu)劣排序為：泡沫→鋸沫→兩端帶節(jié)竹筒（或礦泉水瓶）→木材。柔性墊層厚度取小將影響建基面完整性，造成保留巖體破壞，取大將留下根坎，造成欠挖，需再次撬挖。龍華口壩基巖石較堅硬、地下水位高，各炮孔均有水，結(jié)合便于制作、就地取材與經(jīng)濟(jì)原則，選取柔性墊層材料為兩端帶節(jié)竹筒，厚度選取為20～30cm。

保護(hù)層一次性開挖爆破參數(shù)見表1。

表1 保護(hù)層一次開挖參數(shù)

4 保護(hù)層開挖施工工藝

施工工序：施工準(zhǔn)備及測量放線→鉆孔→裝藥→封堵→爆破→挖運。

（1）施工準(zhǔn)備及測量放線

在保護(hù)層石方開挖之前，先行進(jìn)行風(fēng)、水、電、路布置與安裝設(shè)備，同時根據(jù)設(shè)計對邊線、炮孔及開挖深度進(jìn)行精確測量放線。測量放線精度符合有關(guān)技術(shù)條款和水利水電工程施工測量技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。

（2）鉆孔

石方保護(hù)層開挖時，采用YT-28型手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔要求如下：

1）布孔：根據(jù)爆破設(shè)計，依據(jù)測量放線，按孔距、排距由專人負(fù)責(zé)。

2）鉆孔：按設(shè)計深度鉆孔，保護(hù)層開挖時鉆孔不得深入基巖面。

3）炮孔保護(hù)：鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，經(jīng)檢查合格后，吹凈孔內(nèi)殘渣，用編織袋或木塞將孔口塞緊，蓋土封頂。

（3）裝藥、堵塞

1）裝藥結(jié)構(gòu)：為了保護(hù)基巖，保護(hù)層一次開挖的裝藥底部加柔性墊層（20～30cm竹筒）的保護(hù)措施，以保護(hù)保留巖體不受破壞，保護(hù)層開挖裝藥結(jié)構(gòu)見圖1。

2）裝藥與堵塞：裝藥時，將孔內(nèi)的粉渣及積水用吹風(fēng)管吹沖干凈后，先按要求加入設(shè)計厚度的柔性墊層，然后按照設(shè)計裝藥量和堵塞長度進(jìn)行裝藥、封堵。

（4）爆破網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路是能否達(dá)到爆破效果的關(guān)鍵，設(shè)計起爆網(wǎng)路時，應(yīng)充分考慮對建基面的影響及飛石影響，保護(hù)層開挖采用毫秒延時分段起爆技術(shù)，控制單響藥量，避免對被保護(hù)物體造成破壞。起爆網(wǎng)路設(shè)計為非電毫秒導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)延時孔外微差控制爆破，孔外毫秒雷管采用導(dǎo)爆索連接起爆，段與段之間相差50～75ms起爆，搭接傳爆采用MS3非電雷管，起爆采用電雷管。

圖1 保護(hù)層開挖裝藥結(jié)構(gòu)圖

（5）石渣挖運

采用2m3反鏟挖掘機(jī)挖裝，配合20t以上的自卸汽車通過石方開挖施工道路直接運往棄渣場，TY160推土機(jī)進(jìn)行散料。

5 爆破安全

一個成功的爆破，保障安全是必要的條件，安全也是爆破工程永恒的主題，因此在進(jìn)行爆破設(shè)計時，必須進(jìn)行安全設(shè)計。按爆破安全規(guī)程需從爆破飛石、沖擊波、振動等方面進(jìn)行安全設(shè)計。

（1）飛石安全距離

目前常用下述公式計算飛石安全距離：

式中：Rf——飛石安全允許距離，m；

n——爆破作用指數(shù)，按加強(qiáng)拋擲爆破計，n=1.5；

W——最小抵抗線，單位為米，根據(jù)爆破設(shè)計，W=1.0m；

Kf——安全系數(shù)，通常取1.0、1.5，風(fēng)大順風(fēng)時，拋擲正方向取1.5，山坡下方向取1.5、2.0，按現(xiàn)場情況取Kf=2.0。

（2）爆破沖擊波安全距離

爆破沖擊波作用下的安全距離主要與爆炸藥量有關(guān)，一般可用下式計算：

式中；Rk——空氣沖擊波對掩體人員最小允許距離，m；

Q——爆破的炸藥量，毫秒延時爆破按一次爆破的總藥量計算，kg。

（3）爆破安全震動

采用地面質(zhì)點震動速度公式：

R=（K/V）1/αQ1/3

V=K（Q1/3/R）α

式中：R——爆破振動安全距離，m；

V——保護(hù)對象所在地質(zhì)點振動安全允許速度，cm/s；

Q——炸藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；

K、a——與爆破點至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)。

大壩爆區(qū)遠(yuǎn)離村莊，爆區(qū)范圍內(nèi)沒有重要及保護(hù)建筑物，保護(hù)層開挖采用嚴(yán)格控制單響藥量的毫秒微差爆破技術(shù)，爆破沖擊波與爆破安全震動在此不進(jìn)行計算，因此只計算飛石安全距離，按公式計算飛石安全允許距離Rf=90m，但根據(jù)爆破安全規(guī)程，露天巖土爆破飛石安全距離取300m。

6 結(jié)論

爆破完成后，經(jīng)機(jī)械清渣，設(shè)計及監(jiān)理共同對保護(hù)層一次爆破開挖質(zhì)量進(jìn)行檢查驗收。由于設(shè)計孔距、排距較小，鉆孔時嚴(yán)格控制孔底高程，選取柔性墊層為兩端帶節(jié)竹筒，厚度為20～30cm，采用孔間微差控制爆破技術(shù)。清面后經(jīng)測量統(tǒng)計，平均不平整度基本在15cm內(nèi)，局部最大不平整度接近25cm。炮根處殘孔清晰可見，未見輻射狀爆破裂隙，個別巖脈經(jīng)過處的裂隙稍有擴(kuò)張，通過鑿除完全可以滿足基礎(chǔ)建基面的要求。保護(hù)層一次開挖爆破方法取得了良好的效果，同時縮短工程工期、降低工程造價，還能保證建筑物的安全可靠運行，可在水利、水電等建基面保護(hù)層施工中廣泛應(yīng)用。