水庫爆破實驗初探

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本文作者：桑興國作者單位：安徽水安建設集團股份有限公司

1.編制依據及說明

（1）依據國家和水利部相關法規和文件。（2）根據相關文件和白虎潭水庫施工圖紙《大壩基礎開挖平面圖》、《開挖開挖縱剖面圖（3-1、3-2、3-3）》、《大壩開挖斷面圖（5-1、5-2、5-3、5-4、5-5）》及說明。（3）根據《爆破安全規范》GB6722-2003、《水利水電工程爆破施工技術規程》DL/T513-2001。

2.工程概況

白虎潭水庫壩址位于河南省靈寶市蘇村鄉坂里村南部山區，位于黃河一級支流弘農澗河一級支流段密澗河上上游。水庫規劃以靈寶市城區供水為主，兼顧防洪、灌溉、發電燈功能。水庫流域面積為116km2，設計洪標準為50年一遇，500年一遇洪水校核。水庫總庫容999萬m3，興利庫容597m3。大壩為碾壓砼重力壩，設計壩高76.3m，壩頂長度180.5m。水庫的主要建筑物由大壩（包括擋水壩段和溢流壩段）、排沙洞、供水引水管道以及下游電站組成。大壩左、右岸邊坡開挖各分十個臺階，每層臺階開挖梯段高度一般為6～12m，臺階寬度為3～15m。

3.地形地質

壩址區屬中低山侵蝕峽谷地形，“V”字行河谷，地勢起伏，高差大，地形地貌較復雜。壩區河道較順直，河谷底寬20～40m，高程654～656m，呈北東走向，河床比降約2/1000，谷底和兩側山頂相對高差150～200m。山體陡壁巖石裸露，斷裂發育；緩坡多為薄層坡積層覆蓋，植被發育；溝谷方向受斷層和裂隙控制。壩址區主要出露有中元古界熊耳群許山組流紋班巖，上覆第四紀黃土、碎石土以及砂卵石等。區內斷裂以走向近東西方向的最為發育，橫切河谷，多傾向東北，其次為近南北方向的斷裂。根據鉆探、平硐及聲波探測，壩址區基巖強風化厚度一般為5m左右，部分小于1m。微風化巖體巖面分布高程各處不一，微風化巖體中常夾有囊狀強～若風化巖體。壩址區出露的巖石主要為弱風化，局部為強風化；強風化主要呈帶狀，夾層狀，球狀等分布于斷層帶、影響帶、節理密集集中。根據《工程巖體分級標準》（GB50218-94）確定強風化巖體基本質量級別為Ⅳ級，弱風化巖體基本質量級別屬Ⅲ級偏差巖體，微風化巖體基本質量級別屬Ⅲ級偏好巖體。

4.爆破試驗

4.1爆破試驗目的

根據控制爆破要求中的有關規定，通過本次爆破試驗以獲得大規模爆破的最優爆破參數；了解爆破對周圍非開挖巖體的破壞情況和范圍；掌握爆破質點振動衰減規律，預報振動量級，通過實際監測，控制爆破規模，降低爆破振動效應，以確保爆區周圍被保護建筑物安全穩定。擬進行施工期的安全監測和爆破試驗相結合的方案，為施工提供合理的鉆爆參數、起爆方式及爆破控制參數，為工程驗收提供必要的資料。

4.2爆破試驗內容

4.2.1鉆孔設備

主要采用YQ-100B露天潛孔鉆，供風采用13立方米內燃空壓機。

4.2.2試驗地點

為了使爆破試驗選定的參數能接近或符合壩體爆破的需要，爆破試驗地點初步選定在白虎潭水庫附近與壩基地質條件相類似的區域進行爆破試驗。

4.2.3梯段爆破參數選擇

根據巖石情況及邊坡開挖的要求，此次試驗選用預裂爆破與梯段爆破相結合的方式進行爆破，選擇合適的爆破參數，為了滿足設計要求邊開挖邊支護的要求，臺階分梯段高度H=10m進行開挖。爆破參數確定如下：

（1）鉆孔直徑d

取d=100mm

（2）臺階高度H：取H=10m

（3）底盤抵抗線WdWd=HDηd150

式中：D為巖石硬度影響系數，一般取0.46～0.56，堅硬巖石取小值，松軟巖石取大值；η為臺階高度影響系數，參見表2-1確定。表2-1高度影響系數η的確定堅硬巖石Wd=3.1取3.0m，松軟巖石Wd=3.73取3.8m

（4）孔長L和超鉆深度△H：

△H=（0.15～0.35）Wd式中系數在臺階高度大、巖石堅硬時取大值，堅硬巖石△H=1.05取L=1.0m，松軟巖石L=0.574取L=0.6m

孔長L：L=（H+△H）/sina式中a與臺階坡面角相同，根據設計圖紙邊坡開挖系數1:0.2推算α=78.7°

堅硬巖石L=11.22取L=11.2m，松軟巖石L=10.81取L=10.8m

（5）孔距a和排距b：

孔距a=mWdm=1.0～2.0

軟巖a=3.8～7.6取值a=4.5m

硬巖a=3.0～6.0取值a=4.0m

按排距間孔呈等邊三角形布置b=asin60°=0.886a

硬巖a=4.0mb=3.987m取b=3.5m

軟巖a=4.5mb=4.873m取b=4m

（6）堵塞長度L1：深孔臺階爆破的堵塞長度可供參考以下式確定：

L1≥0.75WdL1=（20～30）dL1=（0.2～0.4）L堅硬巖石L1=3.36取L=3.4m，松軟巖石L=3.24取L=3.2m

（7）單孔裝藥量：

前排炮孔的單孔裝藥量：Q=qaW1H:

后排炮孔的單孔裝藥量：Q=qabH

q值為深孔臺階爆破單耗，一般軟巖0.15～0.3kg/m3，中硬巖0.3～0.45kg/m3，硬巖0.45～0.6kg/m3。

前排炮孔的單孔裝藥量

堅硬巖石Q=0.5*4.0*3.5*10=70kg

松軟巖石Q=0.25*4.5*4.0*10=45kg

4.2.4預裂爆破參數的選擇

（1）坡面角根據設計圖紙邊坡開挖系數1:0.2來推算=78.7°。

（2）根據現場情況取D=100mm，孔間距a=0.9m，單孔裝藥量280g/m。

（3）堵塞長度L1：0.6~2.0取L1=1.2m，底部0.5~1.5m孔底裝藥增加2~3倍，頂部1~3m的線裝藥量適當減少。裝藥示意圖如下：（略）。

（4）鉆孔深度L預裂爆破的臺階高度10m，超鉆深度為0.4~1.0m取h=0.6m鉆孔深度L=10.6m

4.2.5孔距的平面布置圖和剖面布置圖如下：（略）。

5.現場爆破試驗

5.1測量放樣

用儀器精確地測量出上邊坡線的位置，作好標記，按設計的光爆參數進行布孔，確定鉆孔的位置，用紅油漆作上標記。

5.2鉆孔

按按設計的炮孔位置和角度進行鉆孔作業，指派專人負責鉆孔的定位和確定的角度及方向。

5.3裝藥

各鉆孔驗收合格后，進行裝藥。首先綁扎藥卷，本工程使用的炸藥為直徑32mm、長15cm、每卷重150g的乳化炸藥，根據線裝藥密度和裝藥長度，將炸藥綁扎在竹片上，藥卷緊靠導爆索。對于硬巖炮孔底部2m連續捆綁10卷炸藥，其他地段平均每米捆3卷炸藥；對于軟巖炮孔底部2m連續捆綁8卷炸藥，其他地段平均每米捆2.5卷炸藥；竹片靠向保留邊坡側。爆前認真檢查，確定施工無誤且安全措施就位后，方可起爆。

5.4堵塞

預裂爆破孔口留有1.2米堵塞段、梯段爆破留有2.2米堵塞段。堵塞時先用木棍將塑料袋或紙團送入孔內至裝藥處，這樣可以防止回填物下落至炮孔底部，影響光爆效果，然后再用鉆孔粉渣回填。

5.5起爆

預裂孔先于主爆孔50ms起爆，其時間差要保證人造斷層的形成，在保證主藥包網路安全準爆的前提下，其間隔時間越大，人造斷層層面形成效果越好，其邊坡的成型效果也就越好。起爆網絡見下圖，（圖略）。

6.安全爆破

6.1安全爆破施工準備

（1）臨建住房和機械設備要運離爆破區、保證居住人員的安全。（2）修好便道直通爆破區，滿足運輸施工要求。（3）炸藥庫建立在無人、蓄、物區和運離爆破區。

6.2安全爆破組織及人員配置

組織機構及人員配置，爆破關系到施工人員及周圍人、蓄、物的生命、財產安全。為此，爆破組織機構及人員配置致關重要，專門建立強有力的領導機構。項目部成立以項目經理掛帥、副經理和總工程師主、工程部、安質部具體實施的爆破安全領導小組。

6.3爆破安全保證措施

（1）爆破作業地點有下列情況之一時，禁止進行爆破工作。1）邊坡滑落危險。2）爆破參數或施工質量不符合設計要求。3）炮眼溫度異常。4）危及設備或建筑物安全，無有效防護措施。5）危險區邊界上未設警戒。6）光線不足或無照明。7）未嚴格按《爆破安全規程》（GB6722－2003）和《水工工程施工安全技術規程》的要求做好準備工作。

（2）裝藥工作必須遵守下列規定：1）裝藥前應對炮眼進行驗收和清理，對剛打成的炮眼應待其冷卻后裝藥，濕炮眼應擦干后才能裝藥。2）嚴禁煙火和明火照明，無關人員應撤離現場。3）禁止使用凍結的或解凍不完全的硝化甘油炸藥。4）應用木質炮棍裝藥，嚴禁使用金屬器皿裝藥，深孔裝藥出現堵塞時，在未裝入雷管，起爆藥柱前，可采用銅和木制長桿處理。5）裝好的爆藥柱和硝化甘油類炸藥，嚴禁投擲或沖擊。

（3）填塞工作必須遵守下列規定：1）禁止使用無填塞爆破。2）禁止使用石塊和易燃材料填塞炮孔。3）禁止搗固直接接觸藥包的填塞材料或用填塞材料沖擊起爆藥包。4）禁止在深孔裝入起爆藥包后直接用木楔填塞。5）填塞炮眼時不得破壞起爆線路。6）禁止拔出或硬拉起爆藥包或藥柱中的導火線、導爆索或電雷管腳線。7）爆破時，應數清爆炸與裝炮數是否相符，要兩個人以上核準。8）嚴禁在殘眼上打孔。

7.控制爆破的安全保證

爆破安全是衡量深孔爆破效果的重要標志，而深孔控制爆破多在較復雜環境條件下進行，如何保證爆破安全具有十分重要的意義。

7.1爆破飛石控制

7.1.1爆破飛石產生的原因

從理論上講一個好的石方控制爆破設計，應能夠控制飛石影響，但在實際施爆時仍會出現飛石飛出的現象，其原因如下：（1）巖石構造影響：巖石不均勻，在斷層、裂縫、層理面、軟弱夾層等薄弱面爆轟產生的氣體集中沖出形成飛石。地質結構是飛石產生的主要因素，也是設計和施工中最難發現和解決的問題。（2）深孔臺階坡面不平順，局部地段最小抵抗偏小。（3）裝藥量偏大。（4）填塞質量（填塞長度、填塞材料和搗固密實度），未能達到設計要求。（5）設計的孔網參數與具體條件不吻合，操作工藝不按施工要求等人為因素。

7.1.2控制飛石的方法

（1）改變臨空面控制飛石方向。飛石主要沿最小抵抗線方向飛出，當爆區各個方向安全距離不同時，應當選擇周圍環境較有利的一側作為主臨空面，使其它方向的建筑物不受飛石危害。（2）控制裝藥量是減少和避免飛石產生的關鍵。（3）合理的裝藥結構和良好的填塞質量是防止飛石飛出的重要技術措施。當地形地質條件發生變化時，或遇到斷層、夾層等軟弱面時，應適當調整裝藥結構。（4）個別飛散物安全距離：爆破（拋擲爆破除外）時，個別飛散物對人員的安全距離不得小于表六的規定。注：沿山坡爆破時，下坡方向的安全距離應比表內數值增大50%；裸露爆破裝藥量不大于20kg。

7.2爆破沖擊波安全距離計算

露天裸露爆破時，一次爆破的炸藥量不得大于20kg，并應按確定空氣沖擊波對掩體內避炮作業人員的安全距離。Rk＝25×Q1/3=300m式中：Rk－空氣沖擊波對掩體人員的最小安全距離m；Q－一次爆破的炸藥量kg，秒延期爆破時，Q按各延期段中最大藥量計算，毫秒延期爆破時,Q按一次爆破的總炸藥量計算。

7.3炸藥庫庫區外部安全距離

炸藥庫至各種被保護對象的距離，應按下列條件確定：（1）外部距離的起算點是庫房的外墻墻根，藥堆的邊緣；（2）確定外部距離時，可不考慮炸藥的性質；（3）爆破器材貯存區內有一個以上倉庫或藥堆時，應按每個倉庫或藥堆分別核定外部距離。