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水下硐室與中深孔爆破相結合在工程中的應用

2010-01-29 12

The Application of the Combination of Chamber Blasting and

Medium-deep Hole Blasting Underwater

申文勝¹ 劉少帥¹ 施國平²

(1．上海消防技術工程有限公司，上海200060；

2．中海航道疏浚工程有限公司，寧波315040)

摘自《中國爆破新技術II》

摘要： 由于本工程巖坎坡度較大，周邊地形和水文環境復雜，巖坎拆除采用水下硐室爆破與中深孔爆破相結合的方法，確保巖坎一次爆破成功，本文對爆破施工設計做了介紹。

關鍵詞：巖坎爆破；水下硐室爆破

1 概述

本工程在近海處附近開挖水下洞庫，洞庫閘門外側筑一道防護壩，壩外側為預留擋水巖坎，巖坎延伸通至水底。四周環境較好，巖坎周圍三面環山，東側一面為海域，周圍無任何構建物及海底設施，整個巖坎斷面呈三角形，一部分在水中，一部分露在空氣中�，F洞庫已基本完成，要求將預留擋水巖坎爆破拆除，同時確保水下洞庫結構的完好，周邊山體結構的基本完好。整個待爆巖坎呈不規則的梯形錐體，其坡度較陡約為50^°(具體數據見圖1、圖2)。

圖l A—A截面示意總圖

Fig.1 A—A section

本工程的地質自上而下由中�；◢弾r組成，巖體等級Ⅱ級，巖石整體性好，節理的發育好導致可鉆性差。巖坎表面基本無任何覆蓋層，水流很急，水流一般為3～4節，大潮時達到5～6節，東北方向為強風向。

2 爆破方案設計及實施

在水下部分采用硐室爆破，水上部分采用中深孔爆破，巖坎周邊采用預裂爆破，確保周邊

圖2 總平面示意圖

Fig.2 General layout

山體和洞庫受到的震動減到最小，隨后采用中深孔斜孔爆破，整個斜坡爆破后可以將I區的硐室爆破的集中藥包抵抗線減小至4m，最后采用中深孔垂直孔爆破，前期的I區的爆破給Ⅱ區提供了較大的自由面，確保整個爆破方案能按照設計順利實施。

2.1 主要設備的選擇

選擇兩種型號液壓鑿巖機，分別用于中深孔、斜孔的鉆孔(直徑為100～105mm)、小硐室巷道的鉆孔(直徑為25mm)、預裂孔(直徑為50mm)等。

2.2 爆破參數

爆破范圍見圖1，以海平面臨界點分為I、Ⅱ區。

I區在水底，則采用水下硐室爆破法，集中藥包設計參數：

(1)集中藥包最小抵抗線W≈4～7m，藥包距坡底距離約10m，在I區內放置兩個藥包即A、B藥包(圖2)。根據巖坎斜面巖石層理，集中藥包間距：

a_（A、B）=0.5( 1+n(—) )W(—) =10m (1)

式中，W(—)、n(—)為相鄰藥包的參數平均值。

(2)集中藥包藥量計算：

式中，K₂=0.1～0.6kg／m³，堅硬巖石取大值；γ=2616kg／m³，為巖石容重。經計算Q_A=

1200kg，Q_B=2000kg。

Ⅱ區基本露在水面上，由于采用中深孔爆破(見圖2)，所以：

(1)斜孔鉆孔采用單排布孔，設計參數：

孔徑d_斜=110mm，孔距a_斜=3m，主要保證斜孔在I區部分的孔距在3m左右。排距b_斜=3m，斜孔為單排孔�？咨�h_斜=33m，超深Δh_斜=0.5m，堵塞長度L_斜=3m。

(2)垂直孔鉆孔采用梅花孔布孔，主要分布在斜孔間隙中，確保不能破壞斜孔，設計參數：

孔距a_垂直=3m，排距b_垂直=3m，孔徑d_垂直=100mm，孔深h_垂直=ll~25m(總共5排)。超深Δh_垂直=1m，堵塞長度L_垂直=3m。

(3)藥量計算：

Q_中深孔=qabh (3)

式中，Q_中深孔為炮孔裝藥量，kg；q為炸藥單耗，kg／m³；a、b、h分別為孔距、排距、孔深，m。經計算，Q_中深孔深孔為：30.8～92.4kg。

2.3 炸藥與起爆網路

根據工程特點選用TNT炸藥，并根據不同孔徑選用相應的PVC管(ф100mm、ф20mm、ф14mm)裝藥，同時使用瀝青封口，確保炸藥防水。

采用電雷管網路，選用防水的毫秒延期電雷管共分瞬發、1～7段四個段別，每個起爆體內裝2發并聯雷管，中深孔內再加入相應長度的導爆索以保證傳爆。其中預裂孔裝瞬發電雷管，斜孔用2段，集中硐室藥包用3段，垂直孔裝4～8段，用瞬發電雷管同時起爆。

3 爆破震動及其防護

3.1 爆破荷載分析

本工程被爆巖坎一面是空氣自由面，-一面是接觸水體并受數十米水深靜壓作用，實施時要求一次將巖坎爆通，不留根底，一般單耗藥量較大，但又不得破壞洞內已建的閘門設施、襯砌等。通過對有關資料的分析，當實施爆破時，由于巖坎有自由面(即鉆孔、裝藥的作業面)，所以炸藥能量沖入水中以水中沖擊波形式耗散的所占份額較小，一般僅占水中爆炸時的10％～20％左右，因此水中沖擊波的影響不是主要的。本工程在確定水下硐室與中深孔爆破方案時，其主要爆破荷載是地震波，綜合考慮其爆源、傳播介質、巖坎的巖石性質、地形及水文條件等因素，通過技術論證采用預裂孔爆破和微差爆破減震措施。

3.2 預裂孔爆破設計

爆破預裂孔主要設置在巖坎兩側山體、防護壩、水下洞庫閘門前，設計參數：

孔距a_預裂=0.5m，孔徑d_預裂=50mm，孔深h_預裂=33m、2m、2m(山體、防護壩、閘門前)。本工程預裂孔爆破的孔徑孔距已確定，故預裂孔裝藥將采用不耦合裝藥，不耦合系數為m=d_預裂／d_裝藥=4，所以將炸藥裝在ф14mm PVC用瀝青封口后放入預裂孔中。

3．3采用微差爆破降低地震波

微差爆破的先爆孔可為后爆孔增加新的自由面，爆炸產生應力波的相互作用和巖塊之問的碰撞作用，使被爆巖體獲得良好的破碎，并使地震波在時間和空間上分散，可有效地降低地震波。

微差間隔時間按經驗公式：

△t=K_pW_底 (24-f)

式中，△t為微差間隔時間，ms；K_p為巖石裂隙系數，對于裂隙少的巖石K_p=0.5，對于中等裂隙巖石K_p=O.75，對于裂隙發育的巖石K_p=0.9；W_底為臺階底盤抵抗線，m；f為巖石堅固系數，次巖石堅固系數為4～10。

本工程中采用了硐室、斜孔和垂直孔爆破工藝，取W_底=3.5m，K_p=0.5，f=9，按上式計算得△t =26.5ms。本工程微差間隔時間取25ms。

4 爆破安全防護設計

4.1 震動控制

進口巖坎爆破前，在巖坎與水下洞庫、防護壩問，巖坎兩側與山體相連處，在巖坎爆破的同期采用預裂爆破、微差爆破，這些措施可以起到一定的減震和止裂作用。

4.2 爆破飛石

飛石問題在巖坎爆破時顯得最為突出，因此，必須對水下洞庫閘門槽、閘門表面混凝土等采取防護措施。閘門槽的防護采用草袋充填堆壘方法，其他部位的表面混凝土和設施采用懸掛廢舊皮帶簾和鋪蓋砂袋、木板等的方法。

5 結語

施工過程中，由于設計技術人員與施工技術人員相互緊密配合，嚴格執行爆破規程和防護措施，爆破效果良好。巖坎完全破碎，無根底且爆破塊度較小，防護壩和水下洞庫未受損傷，周邊山體壁面較為完好，整個工程的爆破施工是安全成功的。

參考文獻

[1] 陸遐齡．水域內爆破時沖擊波特性與結構安全防護[A]．見：第三屆全國工程結構防護學術會議論文集[C]．北京，2000．

[2] 伊左林，等．近距離水下鉆孔爆破的防護技術[J]．中國港灣建設，2005，(6)：17～19

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