趙鵬飛

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

深水拋石圍堰巖坎及防滲體爆破設(shè)計(jì)

趙鵬飛

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽110006）

詳細(xì)介紹了在堰內(nèi)不充水情況下對(duì)圍堰堰體、防滲墻及堰下巖坎進(jìn)行一次爆破拆除的方法。同時(shí)考慮工程爆破拆除高度較大、圍堰距下游取水口閘墩較近及爆破后巖石粒徑的要求等原因，在設(shè)計(jì)時(shí)采用控制爆破技術(shù)、非電毫秒電子雷管引爆導(dǎo)爆索、監(jiān)控量測(cè)及加強(qiáng)建筑物的防護(hù)等措施。通過工程實(shí)例檢驗(yàn)，這次爆破設(shè)計(jì)對(duì)于圍堰及堰下巖坎的拆除思路是可行的，對(duì)在取水口前拆除水下圍堰具有重要的指導(dǎo)意義。

巖坎；防滲體；爆破拆除

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.032

1 工程概況

某工程進(jìn)水口施工圍堰長(zhǎng)81.70m，堰頂高程307.5m，堰頂填筑寬度13m，最大堰高31.6m（軸線處），圍堰上、下游邊坡為1∶1.3，堰體是由鉆爆法洞挖石渣料經(jīng)水下填筑而成。堰體防滲采用3排灌漿帷幕形成，排距為1.0m，上下游2排為膏狀漿液灌漿帷幕，中間1排為水泥漿液灌漿帷幕。膏狀漿液灌漿孔孔距為1.0m，泥漿液灌漿孔孔距為2.0m。圍堰軸線距取水口建筑物的距離為67.6m。

在工程取水口落閘后，需對(duì)進(jìn)口圍堰進(jìn)行拆除。目前水位為290m，圍堰拆除分為水上及水下兩部分，其中水上部分主要通過兩期圍堰瘦身工作完成，水下部分主要包括預(yù)留巖坎、堰內(nèi)防滲體及剩余堰體部分；其中水下部分拆除的難點(diǎn)主要是對(duì)預(yù)留巖坎及防滲體進(jìn)行的拆除。具體拆除過程如圖1所示。

圖1 進(jìn)口圍堰拆除示意圖

2 巖坎及防滲體拆除工藝分析

2.1 拆除難點(diǎn)

該工程爆破拆除高度最大約為29m，巖坎開挖邊坡坡比為1∶0.5，距離閘墩最近距離為56.8m，如何防止爆破后滾落的石塊或者飛石對(duì)混凝土的破壞或者堵塞攔污柵底坎是該工程的一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)此擬采用控制最大單響藥量、加強(qiáng)建筑物的防護(hù)等技術(shù)措施進(jìn)行爆破振動(dòng)控制。

2.2 采取措施

巖坎爆破水平鉆孔時(shí)，其鉆孔深度應(yīng)控制準(zhǔn)確，禁止穿過防滲體，發(fā)生涌水，對(duì)廠房等施工部位人機(jī)機(jī)械設(shè)備造成安全隱患。為此，由地質(zhì)單位對(duì)圍堰底部巖石出露線進(jìn)行重新鉆探確定。根據(jù)巖石出露線情況，確定鉆孔深度，鉆孔時(shí)在孔口設(shè)置孔口管，并安裝高壓閥門。鉆孔時(shí)檢修閘門必須下閘完成，檢查水封完好情況，具備擋水條件。對(duì)施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，設(shè)置逃生通道，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，保證施工人員安全撤離。

由于挖渣設(shè)備受到限制，所以要求爆破后巖石豎徑小于50c m，否則會(huì)造成挖渣困難，影響工程質(zhì)量和工期，如果進(jìn)行2次爆破，無疑會(huì)增加工程成本。擬采用反向起爆、逐孔爆破、分層爆破、加強(qiáng)堵塞質(zhì)量來減小巖石塊度，為后續(xù)挖渣施工創(chuàng)造便利條件。

圍堰拆除在庫區(qū)內(nèi)進(jìn)行，要減小爆破對(duì)水質(zhì)的污染，需采用環(huán)保型乳化炸藥，炸藥成分不含T N T，能有效的降低對(duì)水質(zhì)的污染，爆破前采用小炮對(duì)魚群進(jìn)行驅(qū)趕，防止魚群死亡。

2.3 工藝流程

測(cè)量控制→炮孔定位→孔口標(biāo)高測(cè)量→孔深、藥量計(jì)算→成孔作業(yè)→炮孔檢查→裝藥→炮孔填塞→起爆網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接→警戒、發(fā)預(yù)警信號(hào)→發(fā)起爆信號(hào)、起爆→測(cè)震→殘炮檢查→發(fā)警報(bào)解除信號(hào)→清渣施工。

3 巖坎及防滲體拆除爆破設(shè)計(jì)

采取堰內(nèi)不充水爆破方式，爆破網(wǎng)路采用非電毫秒復(fù)式網(wǎng)路，炸藥使用乳化炸藥，2根防水型導(dǎo)爆索入孔，孔內(nèi)安裝2發(fā)高段位雷管延時(shí)，孔外用雙發(fā)低段位導(dǎo)爆管雷管接力，先起爆預(yù)留巖坎爆破網(wǎng)路，后起爆防滲體爆破網(wǎng)路，2個(gè)網(wǎng)路起爆時(shí)間間隔不大于110m s（用5段雷管延時(shí)）。為了便于后期水下挖碴作業(yè)，降低爆碴大塊率，鉆孔適當(dāng)加密，單位耗藥量適當(dāng)加大。

3.1 炸藥單耗

防滲體抗壓強(qiáng)度約為100MP，防滲體以下巖石為花崗巖抗壓強(qiáng)度約為100MP，即防滲體與下部巖體普氏系數(shù)f=10，根據(jù)爆破巖石普氏系數(shù)f與單位炸藥單耗K值對(duì)照表，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，一般取K=0.6kg/m3；預(yù)留巖坎巖體普氏系數(shù)f=10～12，參考取值為K=0.6～0.7kg/m3，由于巖坎巖體上部存在堰體壓渣，壓渣可折算為抵抗線，K應(yīng)加大取值，取K=1.0kg/m3；

3.2 炮孔及炸藥直徑

由于采取100B型輕型鉆機(jī)鉆孔，孔深較大，考慮裝藥難度，炮孔直徑適當(dāng)加大，取Φ 100m m。采取防水性能好的乳化炸藥，由于炮孔中有水，為了便于裝藥，施工使用Φ 70的藥卷，炸藥密度＞1×103kg/m3，Φ 70的藥卷延米重量為4kg/m3。

3.3 炮孔間排距

根據(jù)公式Q=K×a×b變形后計(jì)算鉆孔間排距。

式中：Q——延米裝藥量，這里取Q=4 kg/m3；

K——單位耗藥量，這里取K=1.0kg/m3；

h——單位鉆孔長(zhǎng)度，即h=1m。

則a×b=4/1=4 m2，取a=b，即a=b=2m。

通過上述計(jì)算可確定：炮孔間排距為2m× 2m，即采取正方形布孔方式。

3.4 最大單響藥量

由于爆區(qū)緊鄰取水塔混凝土，應(yīng)嚴(yán)格控制最大單響藥量，根據(jù)相關(guān)規(guī)范及薩道夫公式Q=R3（V/ K）3/α，計(jì)算最大單響藥量。

式中：Q——最大單響藥量；

R——保護(hù)對(duì)象離爆點(diǎn)距離，藥柱中心至取水塔最近距離為61m；

V——保護(hù)對(duì)象允許安全振速，取水塔安全允許振動(dòng)速率8c m/s；

K——地形條件系數(shù)，取K=120；

α——地質(zhì)條件系數(shù)，巖坎巖石屬堅(jiān)硬巖，取α=1.3。

將上述數(shù)據(jù)代入Q=R3（V/K）3/α=438kg

即最大允許單響藥量為Q=438kg，本次爆破防滲體最大單孔裝藥量為108kg，即防滲體最多允許4孔齊發(fā)；本次爆破巖坎最大單孔裝藥量為55kg，即巖坎最多允許7孔齊發(fā)。

3.5 裝藥結(jié)構(gòu)

采取Φ 70藥卷連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，2根防水型導(dǎo)爆索入孔底，導(dǎo)爆索不伸出孔外，長(zhǎng)度超出外側(cè)藥卷50c m，端頭綁扎雙發(fā)m s 10段非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，置于孔內(nèi)，孔口用粘土細(xì)砂混合物堵塞，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

3.6 爆破孔參數(shù)

考慮明渠邊坡成型困難，邊坡上不布置預(yù)裂孔（或光爆孔），沿設(shè)計(jì)開挖邊坡布置主爆孔，鉆孔參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)與其它爆破孔相同。爆破孔參數(shù)見表1。

表1 爆破孔參數(shù)表

3.7 爆破器材的選用

（1）炸藥。選用威力大、抗水性能好、爆轟感度高而機(jī)械感度小、環(huán)保型2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑32m m，密度為1.15～1.20g/c m3，爆速為≥3200m/s，爆力為260m l，猛度為12m m，保質(zhì)期限180d。

（2）高能導(dǎo)爆索?？變?nèi)不連續(xù)裝藥，用高能導(dǎo)爆索將各個(gè)小藥卷串聯(lián)在一起，并用導(dǎo)爆索將各孔導(dǎo)爆索連接。

（3）用非電毫秒電子雷管引爆導(dǎo)爆索。注意在使用前要對(duì)其進(jìn)行外觀檢查，導(dǎo)爆管不允許有破損、拉細(xì)、進(jìn)水、斷藥、塑化不良、封口不嚴(yán)等情況，防止影響其傳爆性能造成拒爆。

（4）起爆器。采用Y J G N_1000C型起爆器起爆。

4 爆破安全監(jiān)測(cè)

該工程爆破監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)和水中沖擊波壓力峰值監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)儀器采用T C_4850型數(shù)據(jù)采集儀，4850型地震傳感器，N M_3C型非金屬超聲檢測(cè)分析儀，閘門變形監(jiān)測(cè)采用電子應(yīng)變片。對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出對(duì)爆破具有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)、結(jié)論，從而進(jìn)一步調(diào)整爆破參數(shù)，指導(dǎo)施工，確保建筑物的安全。在施工過程中要對(duì)工程重點(diǎn)部位，特別是閘門、閘墩等部位要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，每次爆破即對(duì)重要部位進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格按照爆破安全規(guī)程規(guī)定的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.1 爆破安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

參照《爆破安全規(guī)程》（G B6722_2014），爆破震動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)見表2。

4.2 儀器設(shè)備

監(jiān)測(cè)儀器采用T C_4850型數(shù)據(jù)采集儀，4850型地震傳感器，N M_3C型非金屬超聲檢測(cè)分析儀，閘門變形監(jiān)測(cè)采用電子應(yīng)變片。

表2 爆破震動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

4.3 監(jiān)測(cè)方法及現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)

在現(xiàn)場(chǎng)閘門墩距爆破源最近距離布設(shè)振動(dòng)傳感器，在現(xiàn)場(chǎng)檢修閘門距爆破源最近距離布設(shè)振動(dòng)傳感器和應(yīng)力傳感器，在現(xiàn)場(chǎng)閘墩基礎(chǔ)距爆破源最近距離布設(shè)振動(dòng)傳感器各1～3只。

4.4 數(shù)據(jù)分析及反饋

根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，參照《水利建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（D L/T 5389_2007）中的規(guī)定，研究水下爆破沖擊波能量的傳遞規(guī)律，依據(jù)聲波發(fā)射及接收儀器的測(cè)量誤差及一般巖體破壞規(guī)律，對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域頻域分析，研究得出圍堰拆除爆破對(duì)圍堰帷幕灌漿區(qū)及取水口建（構(gòu)）物的影響，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，從而保證各監(jiān)測(cè)目標(biāo)的安全性和穩(wěn)定性。

5 防護(hù)施工

5.1 控制最大單響藥量

在保證爆破效果和安全值條件下，降低單孔炸藥使用量，采用逐孔起爆減小爆破頻數(shù)，從而有效的減小爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響。

5.2 利用集渣坑作為減震溝

巖坎及防滲體拆除爆破在圍堰底部集渣坑施工完成后進(jìn)行，集渣坑形成后可以有效的防止爆破過程中產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)。改變傳播介質(zhì)，削弱振動(dòng)波。

5.3 設(shè)置隔離墻和壓孔防護(hù)

集渣坑開挖爆破距離進(jìn)水塔最近，爆破施工時(shí)在進(jìn)水塔前沿設(shè)置防護(hù)墻，并對(duì)所有炮孔采用編織袋裝砂進(jìn)行壓孔防護(hù)，對(duì)炮區(qū)采用竹夾板及被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)網(wǎng)利用在炮區(qū)周邊巖體上設(shè)置插筋進(jìn)行加固。

防滲體爆破時(shí)采用編織袋裝砂進(jìn)行壓孔防護(hù)，并及時(shí)對(duì)炮區(qū)塊石進(jìn)行清理，防止爆破飛石破壞進(jìn)水塔混凝土表面。

5.4 微差爆破

即以毫秒級(jí)時(shí)差順序起爆各個(gè)藥包，把爆破的總炸藥能量分割為多數(shù)較小的能量，采取合理的裝藥結(jié)構(gòu)，最佳的微差間隔時(shí)間和起爆順序，為每個(gè)藥包創(chuàng)造多面臨空條件，將最大量藥包產(chǎn)生的地震波變成一長(zhǎng)串小幅值的地震波，同時(shí)各藥包產(chǎn)生的地震波相互干涉，從而降低地震效應(yīng)，把爆破振動(dòng)控制在允許值以內(nèi)。

6 結(jié)語

該工程于2015年4月對(duì)圍堰巖坎及防滲體進(jìn)行爆破拆除，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)及施工完成了預(yù)期的拆除任務(wù)，且通過對(duì)周圍混凝土建筑物進(jìn)行有效的防護(hù)，使爆破飛石造成的危害控制在允許的范圍以內(nèi)。選擇合理的炸藥單耗、爆破最大單響藥量、炮孔直徑、炮孔間距、爆破器材是深水圍堰巖坎及防滲體控制爆破的核心。重視安全監(jiān)測(cè)在爆破設(shè)計(jì)中的作用，對(duì)修正爆破參數(shù)及建筑物的防護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］D L/T 5135_2013.水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］D L/T 5389_2007.水利建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］G B6722_2014.爆破安全規(guī)程［S］.

［4］王小平，馬海鵬，崔偉峰.不同預(yù)留巖坎爆破拆除方案比較研究［J］.采礦技術(shù)，2009，9（05）：84_86.

［5］石學(xué)厚，馮秋生，郭潔雯.施工爆破影響處理應(yīng)對(duì)措施探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（01）：65_67.

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1008_1305（2015）06_0085_03

趙鵬飛（1984年—），男，工程師。