岩塞爆破试验技术研究与应用

宋智，廖勇（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）



岩塞爆破试验技术研究与应用

宋智，廖勇
（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006）

［摘 要］岩塞爆破是整个供水工程的咽喉部位，在其后的隧洞及控制建筑物完工后实施，其修建成功与否决定着整个供水工程的成败，一旦出现问题将会产生难以估量的生命财产损失和社会影响。因此通过岩塞爆破试验技术研究确定岩塞爆破设计及施工对岩塞爆破成功具有重要意义。

［关键词］岩塞爆破；起爆网路；爆破试验数值模拟

我国从20世纪70年代开始在水利水电工程中采用水下岩塞爆破技术修建水工隧洞进水口，随着爆破技术的不断发展，越来越多的水利工程采用岩塞爆破技术。HJ隧道工程取水口位于已建水库库区，取水口中心高程与水库正常高水位差达40 m，修筑进场施工道路及围堰困难，岩塞爆破修建进水口具有节省工程投资、节省工程占地等优点。

岩塞爆破是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实施，其修建成功与否决定着整个供水工程的成败，一旦出现问题将会产生难以估量的生命财产损失和社会影响。因此通过岩塞爆破试验技术研究确定岩塞爆破设计及施工对岩塞爆破成功具有重要意义。

1 工程概况

工程岩塞体设计厚度（中心线）为11.0 m，岩塞开口断面为爆破漏斗形（倒圆台形），由上口内径13.2 m渐变至下口内径为7.3 m，岩塞中心线倾角为55°。爆破试验段位于HJ隧道工程13号支洞下游、14号支洞上游主洞。爆破试验段长度为11 m，采用双向贯通，爆破一次成型。试验段利用主洞开挖断面布置，考虑到实际岩塞为圆台形，为了能够给正式岩塞爆破提供合理的爆破参数以及积累施工经验。因此，考虑利用现有的试验条件，贯通试验段设计为孔口直径7.3 m，孔底直径8.1 m的小圆台形状。

2 试验目的

1）检验根据设计方案进行施工的爆破能否达到预期效果，为岩塞爆破选定合理的爆破参数提供依据，检验高精度雷管、电子数码雷管复复式起爆网路的可靠性；

2）通过爆破振动效应测试，监测确定适用于岩塞爆破岩体特性和爆破条件的爆破振动参数传递规律的经验公式，为调整爆破参数和控制爆破规模提供依据；

3）通过爆破破坏影响范围测试，测试爆破对爆区四周保留岩体的破坏情况，为调整周边孔爆破参数提供依据；

4）进行施工演练，总结成功经验、发现存在的问题，以便采取相应的技术措施，有利于实际岩塞爆破施工全过程的质量控制，为正式岩塞爆破积累经验。

3 岩塞爆破试验

3.1 炮孔布置

1）中心布置一个装药孔。

2）在半径为0.2 m的圆周上，布置第F圈炮孔，发散角0°，每60°布置1孔，孔口间距为0.2 m，孔底间距为0.2 m，共布置6孔。

3）在半径为0.4 m的圆周上，布置第G圈炮孔，发散角0°，每45°布置1孔，孔口间距为0.31 m，孔底间距为0.31 m，共布置8孔。

4）在半径为0.9 m的圆周上，布置第H圈炮孔，发散角0.5°，每36°布置1孔，孔口间距为0.56 m，孔底间距为0.62 m，共布置10孔。

5）在半径为1.9 m的圆周上，布置第J圈炮孔，发散角1.1°，每24°布置1孔，孔口间距为0.79 m，孔底间距为0.88 m，共布置15孔。

6）在半径为2.9 m的圆周上，布置第K圈炮孔，发散角1.7°，每20°布置1孔，孔口间距为1.01 m，孔底间距为1.12 m，共布置18孔。

7）在半径为3.65 m的圆周上，布置第L圈炮孔，发散角2.1°，每10°布置1孔，孔口间距为0.64 m，孔底间距为0.71m，共布置36孔。

3.2 装药结构

主爆孔及掏槽孔均采用ORICA公司生产的赛能系列抗水炸药，药卷直径40mm，炸药连续装药；采用双发高精度雷管起爆和双发数码电子雷管，在孔底第二节炸药内各装1发，反向起爆，在孔口第二节炸药内各装1发，正向起爆。孔口堵塞1.30 m左右，堵塞材料为锚固剂。

轮廓孔采用ORICA公司生产的赛能系列抗水炸药，药卷直径32mm炸药间隔装药，导爆索传爆；采用双发高精度雷管起爆及双发数码电子雷管，在孔底第1节炸药上各装1发，反向起爆，在孔口第1节炸药上各装1发，正向起爆。孔口堵塞1.0 m左右，堵塞材料为锚固剂。

3.3 起爆网路

起爆网路为复复式，为高精度雷管起爆网路、数码电子雷管起爆网路。

1）高精度雷管起爆网路

贯通爆破试验共有6圈炮孔。岩塞孔内装延时时间为600 ms高精度非电起爆雷管，同圈间采用延时时间为9 ms高精度非电雷管间隔，岩塞圈间采用延时时间为100 ms高精度非电雷管间隔。

贯通爆破试验各圈炮孔孔外网路如下：

第E圈：1个孔，孔内雷管与起爆雷管拉到一起起爆，延时时间0 ms。

第F圈：6个空孔。

第G圈：8个孔，分4段起爆，段间采用延期时间为9 ms高精度非电雷管做孔外接力雷管。延期时间分别为109，118，127，136 ms。

第H圈：10个孔，分5段起爆，段间采用延期时间为9 ms高精度非电雷管做孔外接力雷管。延期时间分别为209，218，227，236，245 ms。

第J圈：15个孔，分5段起爆，段间采用延期时间为9 ms高精度非电雷管做孔外接力雷管。延期时间分别为309，318，327，336，345 ms。

第K圈：18个孔，分6段起爆，段间采用延期时间为9 ms高精度非电雷管做孔外接力雷管。延期时间分别为409，418，427，436，445，454 ms。

轮廓光面孔共36孔，4孔一段，共分9段，段间采用延期时间为9 ms高精度非电雷管做孔外接力雷管。延期时间分别为509，518，527，536，545，554，563，572，581 ms。

不论是孔内雷管还是孔外雷管，均采用双发，形成复式起爆网路。

2）数码电子雷管起爆网路

贯通爆破试验共有6圈炮孔，数码电子雷管起爆网络的起爆时间与高精度导爆管起爆网路一致。各圈炮孔延期时间如下：

第E圈：1个孔，延期时间为600 ms。

第F圈：6个空孔。

第G圈：8个孔，分4段起爆，延期时间分别为709，718，727，736 ms。

第H圈：10个孔，分5段起爆，延期时间分别为809，818，827，836，845 ms。

第J圈：15个孔，分5段起爆，延期时间分别为909，918，927，936，945 ms。

第K圈：18个孔，分6段起爆，延期时间分别为1 009，1 018，1 027，1 036，1 045，1 054 ms。

轮廓光面孔共36孔，4孔一段，共分9段，延期时间分别为1 109，1 118，1 127，1 136，1 145，1 154，1 163，1 172，1 181 ms。

孔内雷管均采用双发，形成复式起爆网路。

3.4 爆破试验数值模拟

参考水源工程岩塞爆破试验相关工程资料及M.L.Taylor等的研究成果，岩体的物理参数及损伤模型的相关参数：密度为2 500 kg/m3，动弹性模量为50 GPa，泊松比0.225，动抗拉强度3.5 MPa，损伤参数：k=2.33×1 024 m=7，KIC=1.05 MN/m3/2，损伤系数λ=0.000 5 kg/J。

图1和图2分别给出了计算模型以及为方便分析结果所选取的部分断面。

图1 模型整体图

图2 分析断面选取标示图

图3给出了沿隧洞轴向不同断面的损伤云图。

计算结果表明，整个区域基本实现了贯穿，但明显可以看出靠近洞径为8.1 m端面的部分岩体贯穿效果较好。从两个临空面的损伤分布来看，断面直径对贯穿效果影响明显。

3.5 爆破成果

1）轮廓面成型好，半孔明显，半孔率高。说明轮廓面光面爆破参数合理。

2）爆破渣堆分在爆破区域两侧80 m范围内。渣堆最厚位置位于爆破区域，最大厚度5.8 m。渣堆高度由爆破区域向两侧逐渐降低，13号洞一侧堆渣量大于14号洞一侧堆渣量。此次爆破石渣粒径较为均匀，无特大块巨石，说明贯通爆破试验参数合理。

图3 不同断面的损伤云图

3）贯通试验成功贯通，说明大断面隧洞环境下岩塞爆破试验获得成功，可以为正式岩塞爆破提供可靠的依据。

4）围岩松动圈范围以外平均波速在5.089～5.210 km/s之间，说明测试部位整体地质条件较好。

4 结论

1）在不影响引水隧洞正常开挖的条件下，岩塞爆破试验选择引水隧洞的一段待开挖部位进行，没有专门开挖试验洞，保护了当地的自然环境，节约了工程投资。

2）通过数值模拟反演分析确定了大断面隧洞环境下全排孔爆破在贯通试验段的爆破参数，实现了试验段的贯通。

3）通过岩塞爆破试验确定了爆破器材、装药结构、联网设计等参数。为正式岩塞爆破提供了宝贵的爆破参数。

［参考文献］

［1］GB6722-2011，爆破安全规程［S］.

［中图分类号］TV554+.1

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0055－03

[收稿日期]2016-02-16