船闸工程深基坑深浅孔爆破施工参数设计研究

张 恺

(广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523000)

1 工程概况

本工程区域地质构造位于南岭纬向构造带的中南段，北有粤北山字形构造前缘弧和贵东—蕉岭断裂带，中有东西向清远—安流、丰良—佛岗断裂带和高要—清远 S 形断裂构造通过，南邻新生代三水构造盆地是多种构造复合的地区。工程主要是拆除重建一线船闸主体结构上下游闸首、闸室及部分引航道围堰基坑石方爆破工程，有效尺寸600.0 m×39.8 m×16.0 m，爆破规模约11.7万m3。爆破区域分为A爆区和B爆区。A爆区南侧75 m处为新建二线船闸航道，北侧40 m处为防洪堤。B爆区北侧20 m处为白石窑泄水闸集控楼，距白石窑枢纽泄水闸27 m。北侧310 m处为运行中的水电站及发电厂中心控制室设备[1-5]。

2 爆破设计

本项目是针对北江航道扩能升级工程白石窑枢纽船闸基坑爆破工程做的专项设计。设计内容主要为：①施工过程中的深孔爆破参数包括深孔爆破施工工艺，以及爆破安全技术，爆破有害效应的控制措施、爆破警戒与信号的规定、爆后检查和盲炮处理等进行设计。②对开槽爆破、道路开拓、台阶修整爆破时的浅孔爆破进行爆破参数设计[6]。

2.1 爆破方案

爆区主要为基坑爆破，由于基坑深度较深，周边环境较复杂，爆破时应尽量减少飞石、震动等爆破有害效应。综合考虑上述因素，本爆破工程分为A、B两个爆区。A爆区选用的爆破方法为深孔梯段毫秒延期松动控制爆破，单孔单响起爆技术。先选取适当位置(地势低洼或岩层较软地段)进行开槽爆破，为基坑爆破创造临空面，当形成台阶工作面后以台阶形式向前推进；地连墙附近石方采用预裂爆破技术，有效控制主爆区对保留区的振动影响，防止破裂缝伸向保留区；为进一步减小爆破振动对地连墙的影响和对已形成预裂面的破坏，并有效解决预裂面挂边问题，拟在梯段爆破孔与预裂孔之间设缓冲孔爆破，缓冲孔与梯段孔同时爆破。B爆区选用浅孔松动控制爆破，最大限度地减小爆破振动对重要保护设施的影响，严格控制可能产生的飞石对人员、建(构)筑物及设备造成的危害[7]。

2.2 石方爆破设计

(1)浅孔爆破技术参数设计计算。对爆区表层的剥离、运输道路开拓、平台修整爆破及开挖深度5 m内区域，主要采用浅孔控制爆破施工工艺，浅孔爆破钻孔直径为φ40～φ42 mm。台阶高度通常不超过4 m，依据具体情况合理灵活选择台阶高度。

药量计量中单孔药量可按式(1)计算：

Q=q·a·b·H

(1)

式中：Q为药量计量中单孔药量，kg；q为单位体积耗药量，取0.35 kg/m3；a为孔间距，取1.4 m；b为排间距及抵抗线，取1.2 m。H为台阶高度，取4.0 m。

经计算Q=2.33 kg。装药及堵塞采用连续装药，堵塞长度L≥宽度W。

起爆方式在孔内使用电子数码雷管，采用单孔单响逐孔起爆方式进行起爆，拟定孔间延时9 ms，排间延时17～25 ms。浅孔爆破相关孔网参数可参照表1。浅孔爆破装药结构见图1。

表1 浅孔爆破参数

图1 浅孔爆破炮孔平面布置图与剖面图

(2)开槽爆破技术参数设计计算。在基坑适当位置(地势低洼或岩层较软地段)首先进行开槽爆破，为后续深孔松动爆破创造台阶工作面，设计开槽宽度4～8 m，布置3～5排孔。依据被保护物的距离和试爆效果选择合适的炸药单耗。孔网参数：孔径d为90 mm；孔深H为6～8 m；孔间距a为2.5 m；排间距及抵抗线b为2 m；采用梅花形布孔。药量计量同式(1)，其中单位体积耗药量本设计中计算时取0.50 kg/m3。计算出Q为20 kg。装药及堵塞采用连续装药，堵塞长度L≥3 m。起爆方式采用电子数码雷管起爆网络，单孔单响逐孔起爆技术进行起爆。设计孔间延时17 ms，排间延时42 ms。爆破相关设计参数可参照表2选取[8]。开槽爆破装药结构见图2。

表2 开槽爆破参数

图2 开槽爆破平面布置图及起爆网路

(3)深孔爆破技术参数设计计算。φ90 mm深孔爆破技术基本参数包括：深孔爆破炮孔的直径d=90 mm；钻孔超深h=(0.08～0.12)H；炮孔深度L=H+h。底盘抵抗线计算如式(2)：

W≤Hcotα+B

(2)

式中：W为底盘抵抗线，m；H为台阶高度，m；α为台阶坡面角，本工程中约为85°；B为从钻孔中心至坡顶线的安全距离，m，对大型钻机，B≥2.0～3.0 m。

经计算本工程取W=2.5 m。孔距a、排距b计算如式(3)、式(4)：

a=(1.0～1.2)W

(3)

b=(0.8～1.0)a

(4)

本设计单耗q取0.35 kg/m3，单个药包药量Q为31.5 kg。

φ115 mm深孔爆破技术基本参数包括：深孔爆破炮孔的直径d=115 mm；钻孔超深h=(0.08～0.12)H；炮孔深度L=H+h；

底盘抵抗线计算同式(2)，台阶坡面角在本工程中约为85°；从钻孔中心至坡顶线的安全距离，对大型钻机，B≥2.0～3.0 m；经计算本工程取W=3 m。此外，孔排距a=3.5 m，b=3.0 m，炸药单耗q=0.35 kg/m3。单个药包药量计算为44.1 kg。图3为数码电子雷管装药结构图，图4为台阶深孔爆破炮孔布置剖面图。

图3 数码电子雷管装药结构

图4 台阶深孔爆破炮孔布置剖面图

(4)预裂爆破技术参数设计计算。本工程中预裂爆破适用于需严格控制坡度和平整度且岩体较硬的情况。根据工程类比法，预裂爆破参数取值见表3。主爆孔和预裂孔布置如图5。钻孔前按设计孔、排距布置孔位，技术人员可根据现场条件在一定范围内调整，孔位调整以均匀分散、保证平整的开挖轮廓面为原则。现场技术人员根据效果进行适当调整[9-14]。

表3 预裂爆破参数

图5 炮孔布置平面及剖面图

(5)装药结构。主爆区深孔和浅孔均采用连续(耦合)装药，预裂孔采用不耦合间隔装药结构，如图6所示。预裂孔不耦合间隔装药作业的工艺为：①装药前计算好装药量，把加工好的药卷均匀牢固地与导爆索绑在一起，再固定在竹片上，形成药串。②药串放入炮孔内，竹片一侧靠近轮廓线的外沿。③底部为加强装药段，长度相当于填塞段，中部为正常装药段，顶部为减弱装药段。

图6 装药结构

3 结 论

本文以白石窑枢纽船闸工程为例，从爆破施工工艺流程、深浅孔爆破技术参数设计等方面对船闸基坑爆破工程施工进行了研究。研究方法主要对施工过程中的深浅孔爆破的爆破参数，以及开槽爆破、道路开拓、台阶修整爆破时的浅孔爆破进行爆破参数设计。设计方法能够对类似水利爆破工程中起爆网、装药量、装药结构等参数设计起到一定借鉴作用。技术人员可根据施工现场条件在一定范围内进行调整，以达到最优爆破参数，保证基坑爆破效率和安全。