摘要：介绍了新疆某水电站进水口高边坡开挖时，在复杂的周边条件下实施控制爆破的技术措施和实践经验。通过爆破参数的合理选取、逐孔起爆、调整爆破方向、地表覆盖和设置挡渣坎等措施，确保了对爆破飞散物、空气冲击波及爆破振动的有效控制，使爆区周边建筑物得到保护。
关键词：复杂条件；高边坡；控制爆破
1 工程概况
新疆某枢纽工程由混凝土拱坝、水垫塘及二道坝，导流洞、发电引水系统（包括进水塔、引水隧洞、生态放水洞、调压室、压力管道）、发电厂房、进场道路、过鱼建筑物等工程。
进水塔位于隧洞进口处，边坡最大开挖高度约为100m，自然边坡坡度50°~65°，地层主要为石炭系C2dnb-3巨厚层、厚层灰岩，岩体风化卸荷强烈，裂隙发育，边坡石方开挖32.2万方。
2 周边施工条件
爆破开挖区域周边需保护的对象有：导流洞进口闸室、支洞进口、1#营地、2#营地等，具有爆破区与被保护对象之间距离近、保护对象位于爆破区下方且高差大的特点，周边条件较为复杂。各保护对象与爆区的距离和高差见表1，爆破区域周边环境平面图见图1。
表1 保护对象与施工部位距离表
图1 爆破区域周边环境平面图
3 爆破方案
3.1 工程地质情况
隧洞进水口处边坡开挖高差约100m，地面高程约890m～747m，自然边坡坡度50°～65°，地层岩性主要为石炭系C2dnb-3巨厚层、厚层灰岩，普氏坚固性系数为f=5~7左右。岩体风化卸荷强烈，裂隙发育，存在1#不稳定岩体，位于进口上方，边坡稳定条件较差。
3.2 爆破分层
根据设计的相邻两个马道之间的高度确定石方开挖分层，同时综合考虑边坡稳定和出渣道路布置等因素。由于马道之间高度大部分为15m，因此分层原则上按照15m一层，预裂爆破一次到底，每层分两个爆破梯段，梯段高度为7m~8m。建筑物水平建基面及马道建基面均采用预留保护层，保护层厚度初定2m。进水口边坡开挖分层断面见图2。
图2 进水口边坡开挖分层断面图
3.3 爆破设计
3.3.1 设计原则
鉴于爆区周边施工条件的复杂性，进水口边坡开挖采取控制爆破措施，重点从爆破振动、爆破飞散物、爆破滚石、空气冲击波等方面进行控制。遵循“碎而不抛”、“碎而不散”、“碎而不落”的原则；将爆破振动、空气冲击波、爆破飞散物和爆破滚石的危害控制在允许范围内。
3.3.3 设计参数
（1）梯段爆破
1）单耗：爆破岩性为厚层灰岩，其岩石坚固性系数f=5~7，查表并结合附近采石场爆破参数，单耗取值为0.55kg/m3，结合类似工程相关资料，实际施工时按标准抛掷爆破的60%取值，取K=0.33kg/m3。
2）孔径：采取ROC460PC钻孔，孔径为Ф105；
3）炸药：采用Φ80乳化炸药，连续装药。不耦合系数K=D/d=105/80=1.3；
4）孔深：主爆孔8.0m；
5）堵塞长度：L1=（20~30）D=105×25=2.6m，取堵塞长度为L1=2.5m；
6）延米装药量：Q1=πd2/4×ρ
式中：Q1为延米装药量，kg/m；
d为药卷直径，mm，d=80；
ρ为炸药密度。乳化炸药密度取 ρ=1.0g/cm3
Q1=πd2/4×ρ=3.14×802/4×1.0=5024g，取Q1=5.0kg
7）孔间距选取：在单位装药量和炸药单耗一定的前提下，单孔炸药承担的爆破面积可以用下面公式计算：S=Q1/q=5.0/0.33=15.1m2
钻孔按矩形布置，钻孔密集系数取n=a/b=1.3，S=a×b=1.3×b2=15.1，经计算b=3.4m。取a=1.3，b=4.4m，实际施工中，取a=4.0m，b=3.5m；
（2）预裂爆破
1）预裂孔：采用100B潜孔钻施工，孔径Φ90；孔深L=15/sinα计算，其中α为坡面角，坡比为1：0.3，取α=73°；孔距取a=0.9m，孔深L=15/sinα=15.7m。线装药密度取△线=400g/m，采取Ф32药卷间隔装药。
2）缓冲孔：孔径Φ90；采用Ф50药卷，孔底距预裂孔的距离不小于2.0m，孔距取a=3.0m，孔深L=4.00m。延米装药量Q2=πd2/4×ρ=3.14×502/4×1.0=1.96kg，取Q2=2.0kg/m。Ф50药卷连续装药。
3.3.4 爆破设计图
（1）钻孔布置图
爆破设计以EL.860~EL.845层为例，每一爆块尺寸按30m×20m设计。其它部位爆破设计与之类似。爆破钻孔布置图见图3，钻孔参数表见表2。
图3 钻孔布置图
表2 钻孔参数表
（2）爆破网路图
爆破采取逐孔起爆技术：孔内放置高段位毫秒延期雷管，地表用高精度低段位毫秒延期雷管接力的微差起爆网络，周边孔采取预裂爆破，爆破网路设计见图4，爆
破参数见表3。
表3 爆破参数表
图4 爆破网路图
4 控制爆破措施
4.1 爆破飞散物
（1）个别飞石安全距离计算
台阶爆破飞石计算公式：S=100.K1.K2.r3/W3
式中：K1---炮孔密集（邻近）程度系数，按照爆破设计取值K1=1.3；
K2---炸药爆破能量与抵抗线相关系数，查表取值K2=0.65；
r---深孔半径，按照爆破设计取r=5.25cm；
W---最小抵抗线，按照爆破设计取W=3.5m。
代入S=100.K1.K2.r3/W3计算可得，S=219m，即爆破个别飞散物的最大距离为219m。
根据计算结果并对照表1可知，被保护对象均在爆破个别飞散物的最大距离范围内。
（2）个别飞石控制措施
1）由于正向自由面容易产生朝向保护对象的飞散物，爆破时将爆破方向调整为侧向（见图4）。
2）对爆区地表采用炮被全面覆盖，覆盖范围超出爆破区2m。限制飞石沿自由面射出，实现对飞散物的约束。
3）清理地表的浮石和松动岩块，尤其将炮孔孔口附近的石块清理干净。
4）采取松动爆破，降低单耗，做到“碎而不抛”或“碎而不散”；
5）采取逐孔起爆网路，降低单响药量，并使爆破能量充分分散。
6）在设计开挖线上的爆破孔采取预裂爆破，必要时预裂爆破提前进行，使保留岩体在梯段爆破时得到保护。
7）对飞石可能抛掷到的部位采取覆盖、迁移等措施进行预先保护。
4.2 爆破落石
由于爆破区位于保护对象上方，且高差较大，为防止个别爆破落石滚下，堵塞河道或砸坏保护对象，采取以下措施：
1）在自由面正前方预留高度不小于5m的挡渣岩坎，岩坎在下一循环爆破前松动爆破拆除，并形成下一层爆破的岩坎。（见图5）
2）爆破前将施工机械提前停靠在河道附近，一旦堵塞河道及时疏通。
3）将保护对象可移动的材料、设备提前转移至安全区域。
图5 爆破区环境及挡渣岩坎
4.3 爆破振动
（1）根据《爆破安全规程》GB6722-2014中13.2.2之表2规定，结合被保护对象特性，确定振动安全允许标准见表4。
表4 保护对象爆破振动安全允许标准
（2）根据萨道夫斯基公式Q=R3（V/k）3/α，最大允许齐爆药量计算见表4。从表5中可以看出，最大允许齐爆药量最小的部位为进口闸室，允许齐爆药量73.5kg。
表5 最大允许齐爆药量计算表
（3）由于采取了逐孔起爆技术，设计最大齐爆药量为27.5kg，远小于最大允许齐爆药量73.5 kg，因此爆破振动对保护对象影响极小，为确保爆破振动对导流洞进口闸室新浇混凝土的影响，在每次爆破时进行爆破振动监测。
4.4爆破空气冲击波
（1）爆破冲击波安全距离计算
爆破空气冲击波可根据经验公式Rk=25Q1/3计算。
式中：Rk：空气冲击波对掩体内人员的安全距离，m；
Q：一次爆破的炸药量，毫秒延期爆破时，Q按一次爆破的总炸药量计算，本次爆破总装药量为4340kg。代入公式计算：Rk=25×43401/3=408m。
从计算结果可以看出，被保护对象均位于爆破冲击波安全距离之内。
（2）预防措施
1）爆破前需将各部位人员需全部撤出，为防止营地门窗受空气冲击波破坏，爆破前应打开门窗，并对其门窗进行加固保护。
2）对预裂孔裸露导爆索进行覆盖，以减少空气冲击波的危害。
3）保证堵塞长度和堵塞质量，避免出现冲炮。
4）必要时堆砌成阻波墙或阻波堤，以削弱空气冲击波的强度。
5 结语
通过成功实施新疆某枢纽工程进水口高边坡控制爆破，表明在复杂的周边条件下，采取控制爆破措施，通过爆破参数的合理选取、逐孔起爆、调整爆破方向、地表覆盖和挡渣岩坎等方法，对爆破飞散物、爆破落石、空气冲击波及爆破振动能够有效控制，进而实现对爆区周边建筑物保护的目的。
参考文献：
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[4]占时春.孔间微差预裂爆破试验研究[J].矿业工程，2005，2（3）：39～40
作者简介：
1.甄运涛（1973-），男，汉族，陕西人，工程师，中国水利水电第三工程局新疆某工程项目经理。
2.王 刚（1969-），男，汉族，陕西人，正高级工程师，从事水利水电工程施工工作。
3.刘绪斌（1988-），男，汉族，陕西人，工程师，从事水利水电工程施工工作。
论文作者:甄运涛1,王刚2,刘绪斌3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：药量论文; 冲击波论文; 对象论文; 炸药论文; 钻孔论文; 空气论文; 距离论文; 《基层建设》2019年第26期论文;