摘  要：循环泵房进水口岩塞爆破其周边环境复杂，如何确保本工程在实施过程中，避免对已建的一、二期工程及其周围民房产生不利影响，如何保证岩塞爆破后，取水口过水断面满足设计要求，本文重点介绍了岩塞爆破的设计与施工。

关键词：岩塞；控制爆破；震动速度；止水灌浆

1、工程概况

本工程开挖工程项目主要包括：前池、引水隧洞、进水口三部份。

引水隧洞全长38.4m，进水口段长约10m，圆型断面直径D=5.2m，洞轴线向瓯江抬升35º角，洞身段呈城门洞型长约9m，断面尺寸6.4×6.1m，顶拱半径R=3.2m，与进水口衔接，下游通过2.25m渐变与出口段衔接，出口段长约21m，圆型断面，开挖直径D=5.8m，衬砌后断面直径D=4.6m。洞身及出口段呈底坡I=0.22向前池抬升。

取水口位于瓯江入海口水位以下高程-7.53m，多年平均低潮位-1.98m，属不规则半日潮，平均涨潮历时5.5个小时，平均落潮历时7小时。本期工程取水口，东面与一、二期取水口毗邻，水平距离45m，南面瓯江，水域宽广，西北面相距80余m是磐石渡口排水闸门，北面54m有三期进水闸门。

2、爆破环境及设计要求

2.1爆破环境

本期工程岩塞位于瓯江水位线以下约13m左右（按6月上旬高潮位计），水下地形平缓，上覆岩层单一，且较完整，岩石工程地质状况较好，可爆性良，爆破后不会形成不稳定边坡，但是外部开口尺寸容易过大。

由于一、二期工程已投入运行，其取水口，水工建筑物，地面钢筋砼框架厂房与本期岩塞爆破距离较近，厂房内有大量的电气控制设备，这些控制设备对震动影响较为敏感，因此，必须对岩塞爆破单响最大起爆药量加以。另外，距爆源附近有航运船只过往，爆破产生的瞬时鼓包作用，将形成波浪，由于压力的传递会对船泊，潜水作业，鱼类造成安全威胁，需按爆破规程设置警戒范围。

2.2设计要求

本期岩塞开口尺寸，里端直径D=520cm，外端直径D≥520cm。岩塞爆破设计实施效果如下：

（1）岩塞一次性爆通进水，过流断面满足使用要求。

（2）取水口不发生较大坍塌，取水口上部略成喇叭状。

（3）有效保护一、二期循环泵房的正常运输及其水工程建筑物安全。

（4）对周围建（构）筑物不产生结构性破坏。

（5）爆破岩碴85%进入岩塞后面的积碴坑，7～8%落入江中，5%存留在隧洞内，2～3%在高压水流挟裹下进入前池。

3、岩塞形状尺寸的确定

岩塞形状尺寸直接关系到施工安全、排孔布置、装药量的大小和爆破效果，是岩塞爆破设计中的重要问题。

3．1 岩塞开口尺寸的确定

岩塞开口尺寸要满足设计泄量和过水断面要求，并结合考虑最大泄量时，进水口的控制流速不大于隧洞洞脸处岩石的抗冲刷流速，尽量使水流平顺，避免冲刷岩塞的周壁和上部边坡。对于泄渣方案，岩塞口下部和泄空隧洞的过渡连接段，断面要适当扩大而曲线平滑，以利爆破石渣顺畅下泄。在上述条件满足的情况下，尽量减少岩塞尺寸，以减轻爆破的振动影响和排孔炮钻孔的工作量。根据隧洞衬砌的直径为d=4.6m，选定岩塞体平均开口直径为D=5.2m。

3．2 岩塞厚度H值确定

岩塞厚度的选定是确保施工安全和设计合理的主要影响因素。对于排孔爆破而言，预留岩塞越薄，可以减少钻孔的工作量和爆破用药量，也减轻了爆破振动的影响，但是岩塞越薄，塞体部位节理、裂隙、地下水及塞体上部水压力对造孔影响越大，装药施工有时会很困难，孔中的水压力可能会把炸药冲出孔外，影响爆破效果。

岩塞厚度的选取与地质条件、岩塞尺寸、上复水深度等因素有关。根据隧洞开挖已揭示的地质情况表明，本工程围岩等级为Ⅱ～Ⅲ类，局部有一条断层穿过岩塞面，中心处夹层宽约10cm，横贯穿整个岩塞面与外面瓯江相通，涌水情况较严重。

根据有关资料表明，当D（直径）/H（厚度）值从1.0渐减为0.75做破环试验，结果塞体稳定性并未受到影响。所以岩塞厚度选取范围可以为H＜1.0D。

由于本工程拟采用排孔爆破，加之水头不深（＜13m），故岩塞厚度可适当减小。取岩塞平均厚度为：H=4.2m。岩塞剖面形状详见图（1）：

4、爆破方案设计

由于本期工程周边环境复杂，质点震动速度控制要求高的特点，加之预留岩塞厚度较小，爆破方量不大，因此采用峒室爆破方案不适合本工程，故确定采用钻孔排炮，水力冲碴爆破方案。

4．1钻孔参数确定

根据洞身段开挖所揭露的岩石地质状况看，岩石属水工分类Ⅱ～Ⅲ类围岩，平均岩石炸药单耗K=2.0 kg/m3，岩塞爆破使用防水性能好，适合水下爆破工程的非电雷管和防水导爆索以及ML-1型岩石乳化炸药，药卷密度为1.10g/cm3，爆速≥3200m/s，猛度≥12mm。

岩塞爆破孔确定如下：

（1）钻孔直径：

中心导向空孔：  1个， Ф110 mm

掏   槽   孔：  6个， Ф90 mm

主   爆   孔：  60个，Ф40 mm

周 边 预 裂 孔：41个，Ф40 mm。

（2）孔位布置：

中心导向孔：布置在圆断面的圆心上；

掏  槽  孔：布置在半径r=30 cm的圆周上，间距32cm；

主爆孔一环：布置在半径r=90 cm的圆周上，间距47cm，孔数12个；

主爆孔二环：布置在半径r=160cm的圆周上，间距50cm，孔数20个；

主爆孔三环：布置在半径r=220cm的圆周上，间距49cm，孔数28个；

周边预裂孔：布置在半径r=260cm的圆周上，间距40cm，孔数41个；

(以上钻孔：中心穿空孔、掏槽孔采用YQ-100型潜孔钻钻孔，其余采用手风钻钻孔)

炮孔布置图详见图（2）、图（3）：

4．2 爆破参数计算

4.2.1掏槽孔爆破参数计算

单位岩石炸药耗用量K=2.2 kg/m3。按抛掷率60%计，爆破作用指数n=1.4。

将装药掏槽孔按一定密度集合，直径比≤8，同时起爆，其作用效果与集中药包相近。（CW.利文斯顿，A.鲍尔试验，及中国矿业学院试验成果）

掏槽孔延长药包平均长度为240cm，布置在直径为60cm的圆周上，长径比240/60=4<8，故按鲍式集中药包抛掷爆破公式计算。上部抵抗线按W上=170cm，下部W下=200cm，W下/W上=1.18。 

（1）总装药量计算：

由于水头压力作用，在上部抵抗线170cm 基础上增加20%的长度计算装药量，以保证药包能上、下爆通岩塞，并将抛掷方向设定为向上向江里。

按抵抗线W=204cm计算如下：

式中：Q——集中药包药量kg  

  n——爆破作用指数，取n=1.4

   K——单位岩石炸药耗用量kg/m3，K=2.2kg/m3

W上——上部抵抗线（ m ） ，W上=2.04m

经计算得： Q = 38kg

（2）爆破方向：

由于本工程上部爆破作用指数为1.4，而经计算下部作用指数n=1.14。可见岩塞上部发生加强抛掷时，下部方向发生标准抛掷，爆破方向向上，可以爆通岩塞，形成上下漏斗。

 （3）掏槽孔单孔装药量计算：

式中： D——药卷直径（cm）D=60mm(4×32mm 药卷孔内填装)

       L——装药长度（cm）    L=240cm 

  △——炸药密度（ g/cm3 ）△=1.10g/cm3

经计算得：Q单= 7.46kg

掏槽孔布置6个孔，总装药量实际取值为：Q总=6×7.46=44.76 kg

4.2.2 主爆孔爆破参数计算

主爆孔单孔药量按：

并根据各孔孔深进行计算，计算结果详见下表1。

4.2.3 周边预裂孔爆破参数计算

为减少爆破震动对围岩的不必要破坏，控制成型断面，保护周围建筑物安全，在半径R=260cm的岩塞设计轮廓线上布置一排预裂孔，钻孔直径d=40 mm，钻孔间距a=40cm，总孔数41个，使用Ф22mm的药卷装药，则不偶合系数η=1.6。

预裂孔线装药密度使用下式计算：

式中：极限抗压强度σ压=1500(kg/cm2)（二期泵房应用参数）

a——孔间距    a=40cm     

d——钻孔直径  d=40mm

经计算得：q线==345g/m

总装药量为313.73kg，岩塞爆破炸药单耗3.69 kg/m3。以上各孔钻爆参数见表（1）。

4.3爆破网络设计

4.3.1爆破网络形式选择

本岩塞爆破采用双复式非电起爆网络起爆，由二组电雷管引爆，41个预裂孔使用导爆索作为起爆体，主导爆索端部使用复式双发非电雷管联网。其余66个爆破孔，使用复式双发非电雷管和导爆索作为起爆体，组成双回路分别与击发电雷管联接，最后与起爆器电源联接。本网路除预裂孔使用孔外延时首先起爆外，其它孔均采用孔内延时。

4.3.2爆破次序及间隔时间的确定

本工程采用毫秒微差爆破，使爆破后的岩块互相碰撞进行补充破碎。从爆孔爆破岩石的爆破过程分析认为，排孔爆破合宜间隔时间应以后组炮孔在前组炮孔爆破后，岩面已开始形成裂缝、破碎，但尚未抛出时的爆炸最为合适，据此，本工程毫秒爆破时间间隔选择在≤60ms。

4.3.3 爆破次序设计

根据本工程各保护对象对爆破振动的控制要求，经多次次验算，取最大单响起爆药量≤60kg以内。结合本工程的施工特点，起爆次序设计为7段，各段起爆药量及间隔时间详见表（1）：

表（1）爆破参数

预裂孔导爆索由2段非电雷管起爆，形成两组共4发，掏槽孔、主爆孔每只孔均装4发毫秒微差雷管起爆，组成双复式起爆网络（即二簇回路），每簇联线由2发电雷管联接引爆。爆破网络见图（4）。

5、爆破安全验算

5.1 质点振动安全速度的确定

根据《爆破安全规程》规定及有关专家的安全评估认证，本工程爆破振动安全允许标准见表（2）：

表（2）各测点安全质点振动速度

我国通常采用以下公式计算爆破振动安全允许速度：

式中   V——保护对象所在地面质点振动速度，cm/s；

       Q——单响最大起爆装药量，kg；

       R——爆心至观测点的距离，m；

       K、a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数；根据本工程前池开挖的爆破振动监测结果经分析取：K=156，a=1.77

经计算，各保护对象的爆破质点振动速度分析见表（3）：

表（3）爆破振动速度速验算

5.3 爆破冲击波对周围建筑的影响

根据民用爆破安全规程，水深小于30m的水域内进行水下爆破水中冲击波，最小安全警戒线距离应遵守下列规定:

对人员潜水不小于900m，人员游泳不小于700m。

对船泊：非施工船泊位于爆破点上游1000m，位于爆破点下游或静水区时1500m，爆破前渡口船舶应离开渡口，同时在上下水域500m内设置警戒，临时封堵过程船只。

三期进水口闸门，并在闸门前面搭设一排钢管架，钢管架上绑扎木板或毛竹片，用于保护闸门。

6、岩塞爆破施工

6．1水下清淤

清淤范围为进水口直径的5倍，采用178m3的抓泥船进行清淤。

6．2水下地形测量

采用GPS全球卫星定位仪及声纳测量手段，对岩塞出口水下地形进行了测绘，依据观测资料使用计算机进行平面绘制取水口水下地形测量平面图。

6．3水下探摸及水文地质

为确保水下地形资料的准确性，2004年6月19日和20日两次进行水下探摸，以岩塞中心为基准，探摸半径为5m和3m。探摸结果表明，地形情况基本与测量结果相吻合，探摸情况分析，水下地形没有较大起伏，渗水较大的部位，属于贯穿裂缝渗水。

根据引水隧洞开挖钻爆结果分析，岩塞岩性为凝灰岩，岩体呈弱风化，有少量渗水。

6．4火工材料试验

爆破用的火工材料选用乳化炸药、毫秒非电雷管及电雷管。在爆破之前，针对所选择的爆破火工材料全部进行了抽样试验，其内容包括：仿真1：1电雷管及非电雷管网络连接起爆试验，乳化炸药性能试验和防水试验（防水试验将乳化炸药浸水12小时和24小时两种情况分别进行）。

6．5岩塞面上探孔布置

为保证岩塞厚度的准确性，在岩塞面上共布置了8只探孔，具体位置见探孔布置图（5）：

探孔深度见表（4）：

表（4）

由于施工中掌子面及集碴坑需搭设平台施工，因此在撤除架子时需对网络连接线进行保护，为防止破坏,孔内非电雷管装好后上部先联线,然后撤除掌子面上的架子,再进行下部及孔外联线，在集碴坑右侧边用电钻钻3-4只孔，插入φ6或φ8钢筋，联好的网络线穿在φ100PVC管内挂在集碴坑右侧壁钢筋上，用细铁丝绑好至渐变段，等集碴坑脚手架拆完后再进行最后与电雷管的联接。

6．7岩塞体渗水处理

岩塞面修至岩塞设计厚度时，有一条断层穿过岩塞面，中心处夹层宽长约10cm，横贯穿整个岩塞面与外面瓯江相通，在进行安全撬挖时出现严重漏水。漏水采用灌浆进行处理，具体措施如下：

（1）在漏水处下方50cm至100cm处钻4只孔进行分流，钻孔采用直径42cm孔径，以利堵塞，孔内装4分铁管带三通。

（2）漏水流至集碴坑，采用一台4寸5.5KW排污泵排至前池集水坑，再抽排至瓯江内。

（3）分流后漏水处用旧的棉花絮、20cm左右竹签进行封堵，封堵完成后再最靠近漏水处的分流孔内进行灌浆。灌浆机采用我局自制的立式双缸灌浆机，灌浆材料采用纯水水泥，水泥采用诸暨八方普硅42.5。

（4）灌浆采用0.6:1浓浆，不打压力，当浆液在封堵处渗出时，停止灌浆进行待凝24小时，将棉花絮、竹签等挖除深20cm左右，用掺速凝剂的水泥砂浆将夹层面封住，待凝24小时后再进行灌浆，由于夹层与外面瓯江相通，因此灌注一定浓浆后即可停止灌浆，本次漏水灌浆处理共消耗水泥2T，从以后岩塞体钻孔情况看，灌浆处理效果显著，基本上没有渗水。

7、岩塞控制爆破评价

岩塞控制爆破得到了较好控制，经爆破振动监测结果表明，各测点的地面质点振动速度均控制在设计的安全范围内。整个施工过程均未造成温州电厂的正常运转。

岩塞爆破完成后，由潜水员水下检查进水口边坡、引水洞衬砌段、前池岩碴情况，并对进水口断面进行测量，从检查情况看，进水口断面与设计轮廓线吻合，边坡稳定，引水洞衬砌段无岩碴，在前池两侧有少量岩碴需进行清理。

本次爆破受复杂环境条件，施工过程中克服了许多困难，整个过程中做了大量细致的基础工作，从爆破效果检查情况看，本次岩塞爆破非常成功。下载本文