水库爆破实验初探

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本文作者：桑兴国作者单位：安徽水安建设集团股份有限公司

1.编制依据及说明

（1）依据国家和水利部相关法规和文件。（2）根据相关文件和白虎潭水库施工图纸《大坝基础开挖平面图》、《开挖开挖纵剖面图（3-1、3-2、3-3）》、《大坝开挖断面图（5-1、5-2、5-3、5-4、5-5）》及说明。（3）根据《爆破安全规范》GB6722-2003、《水利水电工程爆破施工技术规程》DL/T513-2001。

2.工程概况

白虎潭水库坝址位于河南省灵宝市苏村乡坂里村南部山区，位于黄河一级支流弘农涧河一级支流段密涧河上上游。水库规划以灵宝市城区供水为主，兼顾防洪、灌溉、发电灯功能。水库流域面积为116km2，设计洪标准为50年一遇，500年一遇洪水校核。水库总库容999万m3，兴利库容597m3。大坝为碾压砼重力坝，设计坝高76.3m，坝顶长度180.5m。水库的主要建筑物由大坝（包括挡水坝段和溢流坝段）、排沙洞、供水引水管道以及下游电站组成。大坝左、右岸边坡开挖各分十个台阶，每层台阶开挖梯段高度一般为6～12m，台阶宽度为3～15m。

3.地形地质

坝址区属中低山侵蚀峡谷地形，“V”字行河谷，地势起伏，高差大，地形地貌较复杂。坝区河道较顺直，河谷底宽20～40m，高程654～656m，呈北东走向，河床比降约2/1000，谷底和两侧山顶相对高差150～200m。山体陡壁岩石裸露，断裂发育；缓坡多为薄层坡积层覆盖，植被发育；沟谷方向受断层和裂隙控制。坝址区主要出露有中元古界熊耳群许山组流纹班岩，上覆第四纪黄土、碎石土以及砂卵石等。区内断裂以走向近东西方向的最为发育，横切河谷，多倾向东北，其次为近南北方向的断裂。根据钻探、平硐及声波探测，坝址区基岩强风化厚度一般为5m左右，部分小于1m。微风化岩体岩面分布高程各处不一，微风化岩体中常夹有囊状强～若风化岩体。坝址区出露的岩石主要为弱风化，局部为强风化；强风化主要呈带状，夹层状，球状等分布于断层带、影响带、节理密集集中。根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）确定强风化岩体基本质量级别为Ⅳ级，弱风化岩体基本质量级别属Ⅲ级偏差岩体，微风化岩体基本质量级别属Ⅲ级偏好岩体。

4.爆破试验

4.1爆破试验目的

根据控制爆破要求中的有关规定，通过本次爆破试验以获得大规模爆破的最优爆破参数；了解爆破对周围非开挖岩体的破坏情况和范围；掌握爆破质点振动衰减规律，预报振动量级，通过实际监测，控制爆破规模，降低爆破振动效应，以确保爆区周围被保护建筑物安全稳定。拟进行施工期的安全监测和爆破试验相结合的方案，为施工提供合理的钻爆参数、起爆方式及爆破控制参数，为工程验收提供必要的资料。

4.2爆破试验内容

4.2.1钻孔设备

主要采用YQ-100B露天潜孔钻，供风采用13立方米内燃空压机。

4.2.2试验地点

为了使爆破试验选定的参数能接近或符合坝体爆破的需要，爆破试验地点初步选定在白虎潭水库附近与坝基地质条件相类似的区域进行爆破试验。

4.2.3梯段爆破参数选择

根据岩石情况及边坡开挖的要求，此次试验选用预裂爆破与梯段爆破相结合的方式进行爆破，选择合适的爆破参数，为了满足设计要求边开挖边支护的要求，台阶分梯段高度H=10m进行开挖。爆破参数确定如下：

（1）钻孔直径d

取d=100mm

（2）台阶高度H：取H=10m

（3）底盘抵抗线WdWd=HDηd150

式中：D为岩石硬度影响系数，一般取0.46～0.56，坚硬岩石取小值，松软岩石取大值；η为台阶高度影响系数，参见表2-1确定。表2-1高度影响系数η的确定坚硬岩石Wd=3.1取3.0m，松软岩石Wd=3.73取3.8m

（4）孔长L和超钻深度△H：

△H=（0.15～0.35）Wd式中系数在台阶高度大、岩石坚硬时取大值，坚硬岩石△H=1.05取L=1.0m，松软岩石L=0.574取L=0.6m

孔长L：L=（H+△H）/sina式中a与台阶坡面角相同，根据设计图纸边坡开挖系数1:0.2推算α=78.7°

坚硬岩石L=11.22取L=11.2m，松软岩石L=10.81取L=10.8m

（5）孔距a和排距b：

孔距a=mWdm=1.0～2.0

软岩a=3.8～7.6取值a=4.5m

硬岩a=3.0～6.0取值a=4.0m

按排距间孔呈等边三角形布置b=asin60°=0.886a

硬岩a=4.0mb=3.987m取b=3.5m

软岩a=4.5mb=4.873m取b=4m

（6）堵塞长度L1：深孔台阶爆破的堵塞长度可供参考以下式确定：

L1≥0.75WdL1=（20～30）dL1=（0.2～0.4）L坚硬岩石L1=3.36取L=3.4m，松软岩石L=3.24取L=3.2m

（7）单孔装药量：

前排炮孔的单孔装药量：Q=qaW1H:

后排炮孔的单孔装药量：Q=qabH

q值为深孔台阶爆破单耗，一般软岩0.15～0.3kg/m3，中硬岩0.3～0.45kg/m3，硬岩0.45～0.6kg/m3。

前排炮孔的单孔装药量

坚硬岩石Q=0.5*4.0*3.5*10=70kg

松软岩石Q=0.25*4.5*4.0*10=45kg

4.2.4预裂爆破参数的选择

（1）坡面角根据设计图纸边坡开挖系数1:0.2来推算=78.7°。

（2）根据现场情况取D=100mm，孔间距a=0.9m，单孔装药量280g/m。

（3）堵塞长度L1：0.6~2.0取L1=1.2m，底部0.5~1.5m孔底装药增加2~3倍，顶部1~3m的线装药量适当减少。装药示意图如下：（略）。

（4）钻孔深度L预裂爆破的台阶高度10m，超钻深度为0.4~1.0m取h=0.6m钻孔深度L=10.6m

4.2.5孔距的平面布置图和剖面布置图如下：（略）。

5.现场爆破试验

5.1测量放样

用仪器精确地测量出上边坡线的位置，作好标记，按设计的光爆参数进行布孔，确定钻孔的位置，用红油漆作上标记。

5.2钻孔

按按设计的炮孔位置和角度进行钻孔作业，指派专人负责钻孔的定位和确定的角度及方向。

5.3装药

各钻孔验收合格后，进行装药。首先绑扎药卷，本工程使用的炸药为直径32mm、长15cm、每卷重150g的乳化炸药，根据线装药密度和装药长度，将炸药绑扎在竹片上，药卷紧靠导爆索。对于硬岩炮孔底部2m连续捆绑10卷炸药，其他地段平均每米捆3卷炸药；对于软岩炮孔底部2m连续捆绑8卷炸药，其他地段平均每米捆2.5卷炸药；竹片靠向保留边坡侧。爆前认真检查，确定施工无误且安全措施就位后，方可起爆。

5.4堵塞

预裂爆破孔口留有1.2米堵塞段、梯段爆破留有2.2米堵塞段。堵塞时先用木棍将塑料袋或纸团送入孔内至装药处，这样可以防止回填物下落至炮孔底部，影响光爆效果，然后再用钻孔粉渣回填。

5.5起爆

预裂孔先于主爆孔50ms起爆，其时间差要保证人造断层的形成，在保证主药包网路安全准爆的前提下，其间隔时间越大，人造断层层面形成效果越好，其边坡的成型效果也就越好。起爆网络见下图，（图略）。

6.安全爆破

6.1安全爆破施工准备

（1）临建住房和机械设备要运离爆破区、保证居住人员的安全。（2）修好便道直通爆破区，满足运输施工要求。（3）炸药库建立在无人、蓄、物区和运离爆破区。

6.2安全爆破组织及人员配置

组织机构及人员配置，爆破关系到施工人员及周围人、蓄、物的生命、财产安全。为此，爆破组织机构及人员配置致关重要，专门建立强有力的领导机构。项目部成立以项目经理挂帅、副经理和总工程师主、工程部、安质部具体实施的爆破安全领导小组。

6.3爆破安全保证措施

（1）爆破作业地点有下列情况之一时，禁止进行爆破工作。1）边坡滑落危险。2）爆破参数或施工质量不符合设计要求。3）炮眼温度异常。4）危及设备或建筑物安全，无有效防护措施。5）危险区边界上未设警戒。6）光线不足或无照明。7）未严格按《爆破安全规程》（GB6722－2003）和《水工工程施工安全技术规程》的要求做好准备工作。

（2）装药工作必须遵守下列规定：1）装药前应对炮眼进行验收和清理，对刚打成的炮眼应待其冷却后装药，湿炮眼应擦干后才能装药。2）严禁烟火和明火照明，无关人员应撤离现场。3）禁止使用冻结的或解冻不完全的硝化甘油炸药。4）应用木质炮棍装药，严禁使用金属器皿装药，深孔装药出现堵塞时，在未装入雷管，起爆药柱前，可采用铜和木制长杆处理。5）装好的爆药柱和硝化甘油类炸药，严禁投掷或冲击。

（3）填塞工作必须遵守下列规定：1）禁止使用无填塞爆破。2）禁止使用石块和易燃材料填塞炮孔。3）禁止捣固直接接触药包的填塞材料或用填塞材料冲击起爆药包。4）禁止在深孔装入起爆药包后直接用木楔填塞。5）填塞炮眼时不得破坏起爆线路。6）禁止拔出或硬拉起爆药包或药柱中的导火线、导爆索或电雷管脚线。7）爆破时，应数清爆炸与装炮数是否相符，要两个人以上核准。8）严禁在残眼上打孔。

7.控制爆破的安全保证

爆破安全是衡量深孔爆破效果的重要标志，而深孔控制爆破多在较复杂环境条件下进行，如何保证爆破安全具有十分重要的意义。

7.1爆破飞石控制

7.1.1爆破飞石产生的原因

从理论上讲一个好的石方控制爆破设计，应能够控制飞石影响，但在实际施爆时仍会出现飞石飞出的现象，其原因如下：（1）岩石构造影响：岩石不均匀，在断层、裂缝、层理面、软弱夹层等薄弱面爆轰产生的气体集中冲出形成飞石。地质结构是飞石产生的主要因素，也是设计和施工中最难发现和解决的问题。（2）深孔台阶坡面不平顺，局部地段最小抵抗偏小。（3）装药量偏大。（4）填塞质量（填塞长度、填塞材料和捣固密实度），未能达到设计要求。（5）设计的孔网参数与具体条件不吻合，操作工艺不按施工要求等人为因素。

7.1.2控制飞石的方法

（1）改变临空面控制飞石方向。飞石主要沿最小抵抗线方向飞出，当爆区各个方向安全距离不同时，应当选择周围环境较有利的一侧作为主临空面，使其它方向的建筑物不受飞石危害。（2）控制装药量是减少和避免飞石产生的关键。（3）合理的装药结构和良好的填塞质量是防止飞石飞出的重要技术措施。当地形地质条件发生变化时，或遇到断层、夹层等软弱面时，应适当调整装药结构。（4）个别飞散物安全距离：爆破（抛掷爆破除外）时，个别飞散物对人员的安全距离不得小于表六的规定。注：沿山坡爆破时，下坡方向的安全距离应比表内数值增大50%；裸露爆破装药量不大于20kg。

7.2爆破冲击波安全距离计算

露天裸露爆破时，一次爆破的炸药量不得大于20kg，并应按确定空气冲击波对掩体内避炮作业人员的安全距离。Rk＝25×Q1/3=300m式中：Rk－空气冲击波对掩体人员的最小安全距离m；Q－一次爆破的炸药量kg，秒延期爆破时，Q按各延期段中最大药量计算，毫秒延期爆破时,Q按一次爆破的总炸药量计算。

7.3炸药库库区外部安全距离

炸药库至各种被保护对象的距离，应按下列条件确定：（1）外部距离的起算点是库房的外墙墙根，药堆的边缘；（2）确定外部距离时，可不考虑炸药的性质；（3）爆破器材贮存区内有一个以上仓库或药堆时，应按每个仓库或药堆分别核定外部距离。