攔河壩工程基礎(chǔ)開挖爆破工藝及參數(shù)選擇

繆晟

(福建省寧德市水利電力工程局，福建 寧德352100)

【摘要】在寧德市金溪一級(jí)水電站攔河壩工程中，根據(jù)工程巖石特性與實(shí)際施工特點(diǎn)，通過現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，有針對(duì)性地提出相應(yīng)的爆破施工參數(shù)和爆破方法，取得了理想的工程爆破效果。說(shuō)明爆破技術(shù)在攔河壩工程中有巨大作用，對(duì)周圍地區(qū)的爆破施工具有一定的參考意義，為之后類似的爆破工程累積了經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】水電站；基礎(chǔ)開挖；預(yù)裂爆破；微差爆破

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.09.018

中圖分類號(hào)：TV542

Barrage project foundation excavation blasting technology and

parameter selection

MIAO Sheng

(FujianNingdeWaterConservancyElectricPowerEngineeringBureau,Ningde352100,China)

Abstract:Corresponding blasting parameters and blasting methods are proposed in a targeted mode through spot productive test according to engineering rock characteristics and practical construction features in Ningde Jinxi Stage Ⅰ Hydropower Station barrage project. Ideal engineering blasting effects are obtained. It is obvious that the blasting technology has a huge role in barrage project. It has certain reference significance on blasting construction in surrounding areas, and helps to accumulate experience for similar blasting projects in the future.

Key words: hydropower station; foundation excavation; pre-splitting blasting; millsecond blasting

當(dāng)前，爆破技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是大型水利水電工程施工中，爆破是土石方開挖的主要技術(shù)手段。目前深孔爆破、預(yù)裂爆破、微差爆破等爆破技術(shù)主要適用于露天條件下大規(guī)模、大高差、高強(qiáng)度石方開挖施工。

深孔爆破指炮孔孔徑大于75mm、深度在5m以上，采用延長(zhǎng)藥包的爆破方式，分為拉槽深孔爆破、臺(tái)階深孔爆破；預(yù)裂爆破是針對(duì)設(shè)計(jì)開挖截面進(jìn)行有效控制的爆破方法，沿爆破開挖區(qū)設(shè)計(jì)輪廓或邊坡，以較小間距合理布置一排相互平行鉆孔，在孔內(nèi)采用間歇或不耦合裝藥，并在開挖主爆破之前或之后同時(shí)起爆，獲得符合設(shè)計(jì)輪廓、光滑平整和穩(wěn)定性好的邊坡面；微差爆破是將群藥包以毫秒級(jí)時(shí)間間隔分組，按照一定順序起爆，也叫作毫秒爆破。本文以寧德市金溪一級(jí)水電站攔河壩工程為例，研究攔河壩工程基礎(chǔ)開挖爆破工藝與參數(shù)設(shè)置。

1工程簡(jiǎn)介

寧德市金溪一級(jí)水電站攔河壩工程，位于寧德市金涵鄉(xiāng)菇洋港頭村上游約200m處。菇洋港頭村距寧德市區(qū)17km，攔河壩為砌石重力壩，壩高36.7m。金溪一級(jí)水電站攔河壩壩址河谷呈不對(duì)稱V字形，左岸地形較緩，右岸陡峻，壩址出露地層為侏羅系上統(tǒng)小溪足下段硅質(zhì)砂巖、粉砂巖，壩址兩岸上部巖體風(fēng)化強(qiáng)烈。整個(gè)工程大壩基礎(chǔ)開挖土石方約20778m3，完成工期為120個(gè)日歷天。

2爆破技術(shù)應(yīng)用

2.1爆破設(shè)計(jì)依據(jù)資料

a. 《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)。

b.工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文(水利工程部分)。

c. 《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程技術(shù)規(guī)范》(SL 47—94)。

d.《寧德市金溪一級(jí)水電站攔河壩工程設(shè)計(jì)文件》。

2.2爆破設(shè)計(jì)原則

a.技術(shù)可行。選擇的爆破方案及爆破參數(shù)應(yīng)是可行的，爆破效果應(yīng)能滿足現(xiàn)有施工設(shè)備的生產(chǎn)能力和塊度等方面的要求。

b.安全可靠。選擇的方案要保證附近永久及臨時(shí)建筑物、人員的安全，有效控制危害，保證基礎(chǔ)及邊坡的穩(wěn)定。

c.經(jīng)濟(jì)合理。選擇的爆破方案要盡可能做到投資省、進(jìn)度快、成本低。

d.施工方便。應(yīng)考慮爆破后爆堆集中、無(wú)根底、地板平整，便于形成流水作業(yè)，保證施工進(jìn)度。

2.3施工爆破設(shè)計(jì)

在施工過程中，根據(jù)工程實(shí)際和生產(chǎn)進(jìn)度等方面的要求，設(shè)計(jì)對(duì)攔河壩的壩基與邊坡采用小孔徑淺孔臺(tái)階光面爆破技術(shù)，一次開挖成型。為了減少爆破對(duì)巖體的破壞，攔河壩的壩基與邊坡采用小孔徑淺孔臺(tái)階光面爆破技術(shù)，工程計(jì)劃選用氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)YT28型，成孔直徑38~42mm。選用與孔徑相匹配的32mm的2號(hào)巖石的硝銨炸藥。邊坡石方爆破時(shí)，為確保邊坡穩(wěn)定，防止塌方，也應(yīng)采用預(yù)裂爆破的方式預(yù)先形成一條預(yù)裂縫。壩基開挖按照先兩岸邊坡后河床、自上而下分層梯段開挖的方法。爆破設(shè)計(jì)如下：

2.3.1炸藥選用

炸藥選用2號(hào)巖石乳化炸藥，藥卷直徑32mm，采用毫秒微差電雷管。

2.3.2炮孔裝藥設(shè)計(jì)

炮孔間距a暫定為0.6~0.8m，炮孔排距b為0.6~0.8m，光面爆破線密度采用松動(dòng)爆破藥量計(jì)算公式Qx=qW確定，光面爆破的單位炸藥消耗量為q=0.3~0.35kg/m3。

2.3.3起爆方式

因該工程起爆工作面及單段允許最大炸藥量限制，宜采用排間分區(qū)順序起爆，采用塑料導(dǎo)爆管毫秒微差配合導(dǎo)爆索起爆。

2.3.4爆破參數(shù)選擇

a.抵抗線長(zhǎng)度：

Wp=HDgd/150

(1)

式中d——炮孔直徑，mm，一般取38~42mm;

H——階梯高度，m；

D——巖石硬度影響系數(shù)，一般取0.46~0.56；

g——階梯高度系數(shù)。

b.炮孔深度:

(2)

式中L——炮孔深度，m，一般取1.0~2.0m；

ΔH——超深鉆孔，m，一般取(0.12~0.3)Wp。

炮孔應(yīng)打垂直孔，在岸坡靠近基面處打與岸坡坡度一致的傾斜孔。

c.炮孔間距(孔距)：

a=0.6~0.8Wp

(3)

d.炮孔排距：

b=0.6~0.8m

(4)

e.炮孔最小的堵孔長(zhǎng)度Lmin不小于Wp。

按照以上計(jì)算公式，經(jīng)過爆破試驗(yàn)調(diào)整，最終確定的抵抗線長(zhǎng)度為

Wp=HDgd=0.6~0.8

(5)

2.3.5單孔裝藥量

a.排孔爆破或多排爆破的第一排孔的單孔裝藥量計(jì)算：

Q=qawh

(6)

b.多排孔爆破時(shí)，從第二排起以后各排孔的彈孔裝藥量按下試計(jì)算：

Q=Kqabh

(7)

上二式中q——單位炸藥消耗量，kg/m3；

a——孔距，m；

w——最小抵抗線，m；

h——炮孔深度，m；

b——排距，m；

K——考慮受前面各排孔的礦巖阻力作用的增加系數(shù)，取1.1~1.2。

該工程取a=0.6m，b=0.6m，k=1.1kg/m3，h=1.5m，q=0.3kg/m3，故

Q=1.1×0.6×0.6×1.5×0.3=0.178kg

2.3.6保護(hù)層開挖的參數(shù)選擇

鄰近水平建基面的基礎(chǔ)及坡度緩于1∶0.5的邊坡面預(yù)留1.5m厚的保護(hù)層開挖。

孔徑d=38~42mm；孔深L=0.60~0.90m；孔距a=0.5~0.6m；排距b=0.5~0.6m；抵抗線w=0.5~0.6m；單位炸藥消耗量q=0.2~0.25kg/m3

2.3.7延遲時(shí)間控制

為保證爆區(qū)前后排起爆順序，應(yīng)特別注意前后排對(duì)應(yīng)炮孔的起爆時(shí)間差不宜太大，以免影響破碎效果，除使大塊率增加的缺陷外，還存在先爆孔破壞后爆網(wǎng)絡(luò)(見下圖)的弊端；延時(shí)短會(huì)導(dǎo)致爆眼向上運(yùn)動(dòng)，而非水平推出，按規(guī)定一般抵抗線小于4m時(shí)，排間起爆時(shí)差應(yīng)小于75ms，按經(jīng)驗(yàn)取25~50ms，因此該工程以用1~6段毫秒雷管為合適。

起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

3爆破公害及安全控制

在完成巖石爆破破碎的同時(shí)，爆破作業(yè)必然會(huì)帶來(lái)爆破飛石、地震波、空氣沖擊波和噪音等負(fù)面效應(yīng)，即爆破公害。因此，在爆破作業(yè)中，需研究爆破公害的產(chǎn)生原因、公害強(qiáng)度的分布與衰減規(guī)律，通過科學(xué)的爆破設(shè)計(jì)，采用有效的施工工藝措施，以確保保護(hù)對(duì)象(包括人員、設(shè)備及鄰近的建筑物或構(gòu)筑物等)的安全。

3.1爆破公害

巖石爆破中一般產(chǎn)生爆破地震、爆破空氣沖擊波、爆破飛石三種較為明顯的爆破公害。在該工程中，由于爆區(qū)周圍沒有重要的設(shè)施、管線、文物、軍事設(shè)施等，因此不考慮爆破空氣沖擊破及毒氣危害。著重考慮爆破地震波及個(gè)別飛散物的危害。爆破地震主要考慮一、二期圍堰，爆破飛散物主要考慮現(xiàn)場(chǎng)施工人員和電氣設(shè)施。

3.2爆破地震

(8)

式中K、a——與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；

v——保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s；

R——爆破安全允許距離，m；

Q——炸藥量齊發(fā)爆破為總藥量，單發(fā)為最大一次藥量，kg。

該爆區(qū)圍堰距壩址最近距離約15m，按地質(zhì)巖性查表?。篕=150；a=1.5；v=3cm/s?？捎?jì)算出單段允許最大藥量為Q=1.35kg。

在壩基爆破施工中，進(jìn)行多段次分區(qū)爆破時(shí)，每個(gè)單段最大炸藥使用量不超過以上的校核量，以確保圍堰的安全。

3.3爆破個(gè)別飛散物

爆破個(gè)別飛散物是主要危害之一，對(duì)人員、設(shè)備和建筑物造成威脅。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》 (GB 6722—2003)中的規(guī)定，一般露天巖土爆破中淺孔爆破、淺孔藥壺爆破的最小安全允許距離不小于300m。

4安全控制

爆破公害的控制與防護(hù)可以從檢測(cè)措施、爆源、公害傳播途徑以及保護(hù)對(duì)象四方面采取措施。

4.1建立健全爆破檢測(cè)措施

及時(shí)合理地設(shè)置相關(guān)的檢測(cè)措施，建立沉降觀測(cè)機(jī)制，每次爆破后及時(shí)進(jìn)行觀測(cè)及數(shù)據(jù)整理，及時(shí)調(diào)整裝藥參數(shù)，減小危害。

4.2在爆源控制公害強(qiáng)度

a.合理采用爆破參數(shù)、炸藥單耗和裝藥結(jié)構(gòu)。

b.采用深孔臺(tái)階微差爆破技術(shù)。

c.合理布置巖石爆破中最小抵抗線方向。

d.保證炮孔的堵塞長(zhǎng)度與質(zhì)量、針對(duì)不良地質(zhì)條件采取相應(yīng)的爆破控制措施對(duì)消減爆破公害的強(qiáng)度也是非常重要的。

4.3在傳播途徑上削弱公害強(qiáng)度

a.在爆區(qū)的開挖線輪廓進(jìn)行預(yù)裂爆破或開挖減震槽，可有效降低傳播至保護(hù)區(qū)巖體中的爆破地震波強(qiáng)度。

b.對(duì)爆區(qū)臨空面進(jìn)行覆蓋、架設(shè)防波屏可削弱空氣沖擊波強(qiáng)度，阻擋飛石。

4.4保護(hù)對(duì)象的防護(hù)

a.對(duì)保護(hù)對(duì)象的直接防護(hù)措施有防震溝、防護(hù)屏以及表面覆蓋等。

b.嚴(yán)格爆破作業(yè)的規(guī)章制度，對(duì)施工人員進(jìn)行安全教育也是保證安全施工的重要環(huán)節(jié)。

5結(jié)語(yǔ)

采用上述爆破技術(shù)，水電站基礎(chǔ)開挖施工進(jìn)度和質(zhì)量都得到了保障，受到了業(yè)主的好評(píng)，部分工程還被評(píng)為樣板工程。水電工程爆破施工是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的綜合性作業(yè)，必須結(jié)合實(shí)際情況，具體情況具體分析，根據(jù)具體的施工條件、施工設(shè)備、整體施工安排進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，通過爆破試驗(yàn)不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，對(duì)加快工程進(jìn)度、保證工程質(zhì)量和施工安全都具有重要意義。并且根據(jù)此工程的經(jīng)驗(yàn)得出，在未來(lái)的攔河壩工程中進(jìn)一步推廣和應(yīng)用新的爆破技術(shù)，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期而重要的任務(wù)。

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