巖塞爆破試驗技術研究與應用

2016-08-04 09:57:58宋智廖勇遼寧省水利水電勘測設計研究院遼寧沈陽110006

東北水利水電 2016年6期

宋智，廖勇（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110006）

巖塞爆破試驗技術研究與應用

宋智，廖勇
（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110006）

［摘要］巖塞爆破是整個供水工程的咽喉部位，在其后的隧洞及控制建筑物完工后實施，其修建成功與否決定著整個供水工程的成敗，一旦出現(xiàn)問題將會產(chǎn)生難以估量的生命財產(chǎn)損失和社會影響。因此通過巖塞爆破試驗技術研究確定巖塞爆破設計及施工對巖塞爆破成功具有重要意義。

［關鍵詞］巖塞爆破；起爆網(wǎng)路；爆破試驗數(shù)值模擬

我國從20世紀70年代開始在水利水電工程中采用水下巖塞爆破技術修建水工隧洞進水口，隨著爆破技術的不斷發(fā)展，越來越多的水利工程采用巖塞爆破技術。HJ隧道工程取水口位于已建水庫庫區(qū)，取水口中心高程與水庫正常高水位差達40 m，修筑進場施工道路及圍堰困難，巖塞爆破修建進水口具有節(jié)省工程投資、節(jié)省工程占地等優(yōu)點。

巖塞爆破是HJ隧道工程的咽喉部位，在其后的隧洞及控制建筑物完工后實施，其修建成功與否決定著整個供水工程的成敗，一旦出現(xiàn)問題將會產(chǎn)生難以估量的生命財產(chǎn)損失和社會影響。因此通過巖塞爆破試驗技術研究確定巖塞爆破設計及施工對巖塞爆破成功具有重要意義。

1 工程概況

工程巖塞體設計厚度（中心線）為11.0 m，巖塞開口斷面為爆破漏斗形（倒圓臺形），由上口內(nèi)徑13.2 m漸變至下口內(nèi)徑為7.3 m，巖塞中心線傾角為55°。爆破試驗段位于HJ隧道工程13號支洞下游、14號支洞上游主洞。爆破試驗段長度為11 m，采用雙向貫通，爆破一次成型。試驗段利用主洞開挖斷面布置，考慮到實際巖塞為圓臺形，為了能夠給正式巖塞爆破提供合理的爆破參數(shù)以及積累施工經(jīng)驗。因此，考慮利用現(xiàn)有的試驗條件，貫通試驗段設計為孔口直徑7.3 m，孔底直徑8.1 m的小圓臺形狀。

2 試驗目的

1）檢驗根據(jù)設計方案進行施工的爆破能否達到預期效果，為巖塞爆破選定合理的爆破參數(shù)提供依據(jù)，檢驗高精度雷管、電子數(shù)碼雷管復復式起爆網(wǎng)路的可靠性；

2）通過爆破振動效應測試，監(jiān)測確定適用于巖塞爆破巖體特性和爆破條件的爆破振動參數(shù)傳遞規(guī)律的經(jīng)驗公式，為調(diào)整爆破參數(shù)和控制爆破規(guī)模提供依據(jù)；

3）通過爆破破壞影響范圍測試，測試爆破對爆區(qū)四周保留巖體的破壞情況，為調(diào)整周邊孔爆破參數(shù)提供依據(jù)；

4）進行施工演練，總結(jié)成功經(jīng)驗、發(fā)現(xiàn)存在的問題，以便采取相應的技術措施，有利于實際巖塞爆破施工全過程的質(zhì)量控制，為正式巖塞爆破積累經(jīng)驗。

3 巖塞爆破試驗

3.1 炮孔布置

1）中心布置一個裝藥孔。

2）在半徑為0.2 m的圓周上，布置第F圈炮孔，發(fā)散角0°，每60°布置1孔，孔口間距為0.2 m，孔底間距為0.2 m，共布置6孔。

3）在半徑為0.4 m的圓周上，布置第G圈炮孔，發(fā)散角0°，每45°布置1孔，孔口間距為0.31 m，孔底間距為0.31 m，共布置8孔。

4）在半徑為0.9 m的圓周上，布置第H圈炮孔，發(fā)散角0.5°，每36°布置1孔，孔口間距為0.56 m，孔底間距為0.62 m，共布置10孔。

5）在半徑為1.9 m的圓周上，布置第J圈炮孔，發(fā)散角1.1°，每24°布置1孔，孔口間距為0.79 m，孔底間距為0.88 m，共布置15孔。

6）在半徑為2.9 m的圓周上，布置第K圈炮孔，發(fā)散角1.7°，每20°布置1孔，孔口間距為1.01 m，孔底間距為1.12 m，共布置18孔。

7）在半徑為3.65 m的圓周上，布置第L圈炮孔，發(fā)散角2.1°，每10°布置1孔，孔口間距為0.64 m，孔底間距為0.71m，共布置36孔。

3.2 裝藥結(jié)構

主爆孔及掏槽孔均采用ORICA公司生產(chǎn)的賽能系列抗水炸藥，藥卷直徑40mm，炸藥連續(xù)裝藥；采用雙發(fā)高精度雷管起爆和雙發(fā)數(shù)碼電子雷管，在孔底第二節(jié)炸藥內(nèi)各裝1發(fā)，反向起爆，在孔口第二節(jié)炸藥內(nèi)各裝1發(fā)，正向起爆?？卓诙氯?.30 m左右，堵塞材料為錨固劑。

輪廓孔采用ORICA公司生產(chǎn)的賽能系列抗水炸藥，藥卷直徑32mm炸藥間隔裝藥，導爆索傳爆；采用雙發(fā)高精度雷管起爆及雙發(fā)數(shù)碼電子雷管，在孔底第1節(jié)炸藥上各裝1發(fā)，反向起爆，在孔口第1節(jié)炸藥上各裝1發(fā)，正向起爆?？卓诙氯?.0 m左右，堵塞材料為錨固劑。

3.3 起爆網(wǎng)路

起爆網(wǎng)路為復復式，為高精度雷管起爆網(wǎng)路、數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路。

1）高精度雷管起爆網(wǎng)路

貫通爆破試驗共有6圈炮孔。巖塞孔內(nèi)裝延時時間為600 ms高精度非電起爆雷管，同圈間采用延時時間為9 ms高精度非電雷管間隔，巖塞圈間采用延時時間為100 ms高精度非電雷管間隔。

貫通爆破試驗各圈炮孔孔外網(wǎng)路如下：

第E圈：1個孔，孔內(nèi)雷管與起爆雷管拉到一起起爆，延時時間0 ms。

第F圈：6個空孔。

第G圈：8個孔，分4段起爆，段間采用延期時間為9 ms高精度非電雷管做孔外接力雷管。延期時間分別為109，118，127，136 ms。

第H圈：10個孔，分5段起爆，段間采用延期時間為9 ms高精度非電雷管做孔外接力雷管。延期時間分別為209，218，227，236，245 ms。

第J圈：15個孔，分5段起爆，段間采用延期時間為9 ms高精度非電雷管做孔外接力雷管。延期時間分別為309，318，327，336，345 ms。

第K圈：18個孔，分6段起爆，段間采用延期時間為9 ms高精度非電雷管做孔外接力雷管。延期時間分別為409，418，427，436，445，454 ms。

輪廓光面孔共36孔，4孔一段，共分9段，段間采用延期時間為9 ms高精度非電雷管做孔外接力雷管。延期時間分別為509，518，527，536，545，554，563，572，581 ms。

不論是孔內(nèi)雷管還是孔外雷管，均采用雙發(fā)，形成復式起爆網(wǎng)路。

2）數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路

貫通爆破試驗共有6圈炮孔，數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)絡的起爆時間與高精度導爆管起爆網(wǎng)路一致。各圈炮孔延期時間如下：

第E圈：1個孔，延期時間為600 ms。

第F圈：6個空孔。

第G圈：8個孔，分4段起爆，延期時間分別為709，718，727，736 ms。

第H圈：10個孔，分5段起爆，延期時間分別為809，818，827，836，845 ms。

第J圈：15個孔，分5段起爆，延期時間分別為909，918，927，936，945 ms。

第K圈：18個孔，分6段起爆，延期時間分別為1 009，1 018，1 027，1 036，1 045，1 054 ms。

輪廓光面孔共36孔，4孔一段，共分9段，延期時間分別為1 109，1 118，1 127，1 136，1 145，1 154，1 163，1 172，1 181 ms。

孔內(nèi)雷管均采用雙發(fā)，形成復式起爆網(wǎng)路。

3.4 爆破試驗數(shù)值模擬

參考水源工程巖塞爆破試驗相關工程資料及M.L.Taylor等的研究成果，巖體的物理參數(shù)及損傷模型的相關參數(shù)：密度為2 500 kg/m3，動彈性模量為50 GPa，泊松比0.225，動抗拉強度3.5 MPa，損傷參數(shù)：k=2.33×1 024 m=7，KIC=1.05 MN/m3/2，損傷系數(shù)λ=0.000 5 kg/J。

圖1和圖2分別給出了計算模型以及為方便分析結(jié)果所選取的部分斷面。

圖1 模型整體圖

圖2 分析斷面選取標示圖

圖3給出了沿隧洞軸向不同斷面的損傷云圖。

計算結(jié)果表明，整個區(qū)域基本實現(xiàn)了貫穿，但明顯可以看出靠近洞徑為8.1 m端面的部分巖體貫穿效果較好。從兩個臨空面的損傷分布來看，斷面直徑對貫穿效果影響明顯。

3.5 爆破成果

1）輪廓面成型好，半孔明顯，半孔率高。說明輪廓面光面爆破參數(shù)合理。

2）爆破渣堆分在爆破區(qū)域兩側(cè)80 m范圍內(nèi)。渣堆最厚位置位于爆破區(qū)域，最大厚度5.8 m。渣堆高度由爆破區(qū)域向兩側(cè)逐漸降低，13號洞一側(cè)堆渣量大于14號洞一側(cè)堆渣量。此次爆破石渣粒徑較為均勻，無特大塊巨石，說明貫通爆破試驗參數(shù)合理。