浅析深孔预裂爆破在某水电站扩机工程进水口施工中的应用

来源：职称驿站所属分类：电力论文
发布时间：2012-11-05浏览：32次

　　摘要：本文主要以某水电站扩机工程进水口开挖为例，并从预裂爆破参数的选择和施工质量控制等方面进行了阐述，为今后进行类似工程提供了参考。

　　关键词：扩机工程,进水口,深孔预裂爆破,控制措施

　　1　工程概述

　　本案水电站工程由一个128米高的混凝土双曲拱坝、进水口、引水洞、地下厂房、尾水洞、地面主变压器和开关站构成。该工程是对原有水电站的进水口、引水洞、尾水洞、地下厂房和开关站等进行扩建。

　　2　爆破参数的选择

　　爆破参数的选择直接影响着预裂爆破的效果，是预裂爆破工程设计的重要内容。预裂爆破参数设计计算有公式计算法、经验类比法和直接试验法等;无论应用哪种方法，应综合考虑岩石特性和工程地质、现场机械设备情况及施工工艺等。

　　1)最大单响药量的确定(Qm)

　　进水口施工过程中，为了防止爆破地震波对原有发电进水口产生的不利影响，必须对地震波的振速进行控制，即以实测质点振速小于或等于允许质点振速来判断。而在起爆区距离被保护对象距离一定的情况下，爆破最大单响药量可按允许质点振速V推求。因爆破而引起的质点振动速度可按萨道夫斯基公式计算：

　　式中: V ──介质质点振动速度，cm/s;

　　Q ──同段起爆的最大药量，Kg;

　　R ──爆心距，即测点至爆源的距离，m;

　　K ──介质性质系数，与介质性质、爆破方法等因素有关;

　　α──地震波衰减系数，与地质条件有关。

　　根据经验数据，K、α值与爆破区的岩性有关，爆破区不同岩性的K、α值如表1：

　　根据上述公式，参考进水口多次岩石爆破实际监测结果和爆破振动测试，K值取176、α值取1.745。

　　由于进水口爆破区距原有进水口最近距离为44m，所以取R=44m;

　　根据业主对施工区内允许的最大爆破振速规定，安全允许振速为1.5cm•s-1，所以取Vm=1.5cm•s-1;

　　现将Vm、R、K和α代入允许质点振速V的计算公式，反算出Qm=23.584Kg

　　预裂爆破的炮孔直径大小对于在孔壁上留下预裂孔残孔率有直接影响，而残孔率的多少是反映预裂爆破效果的一个重要指标。一般孔径越小，残孔率就越高。而炮孔直径的确定直接关系到施工的效果和成本，应综合考虑岩石特性、炸药的性能、现场机械设备情况及工程具体要求进行选择。一般情况下，主要依据爆破现场和钻孔机具确定。故在一些大中型露天矿专门使用潜孔钻机钻预裂炮孔。但是在本工程的进水口爆破施工中，为了提高钻孔速度，以加快施工进度，采用Atlas D7全液压钻为预裂孔钻孔设备，故预裂孔孔径为89mm。

　　3)不耦合系数(k)

　　预裂爆破不耦合系数(不耦合系数k=D孔/D药)以2～5为宜。本工程中预裂孔装药选用直径为ø32的岩石乳化炸药，故不耦合系数为2.78。

　　4)线装药密度(Δx)

　　线装药密度是指炮孔装药量对不包括封堵部分的炮孔长度之比，单位是g/m。采用合适的线装药密度可以控制爆炸能对岩体的破坏。该值可通过试验法或经验公式确定，还可以通过类似工程的经验数据在爆破过程中调整而取得。在本工程中，线装药密度就是类比同类工程而得，初步取Δx=450g/m。在爆破过程中，随着岩石特性的变化，最后调整为Δx=550 g/m。通过爆破后残孔率和孔壁的损坏情况，Δx=550 g/m时为比较合理的线状药密度。

　　5)孔距

　　预裂爆破的实质是使炮孔之间产生贯通裂隙，以沿着设计开挖轮廓线形成规整的断裂面。因此，炮孔间距对形成贯通裂缝有着非常重要的作用。而预裂孔孔距的选择与岩石特性、炸药性质、装药情况、缝壁平整度和孔径大小有关，一般选为8～12倍的孔径大小，岩石坚固时取小值。所以本工程预裂孔孔距选为80cm和100cm两种，岩石坚硬时取80cm，岩石风化时取100cm。

　　6)预裂孔孔深

　　确定预裂孔孔深的原则是不留根底和不破坏台阶底部岩体的完整性。因此，要根据爆破工程的实际情况来选取孔深，即主要根据孔底爆破效果来确定超深值。根据工程施工情况，预裂孔孔深确定为11m和17m两种，超深值取0.5m。

　　7)装药结构

　　预裂爆破要求炸药在炮孔内均匀分布，故通常采用分段间隔不耦合装药，孔内药卷采用导爆索捆绑组成的药包串。为克服岩石对孔底的夹制作用，孔底采用加强药包，其装药量为线装药密度的4～5倍。

　　8)封堵长度

　　良好的孔口封堵是保持孔内高压爆炸气体所必需。封堵过短而装药过高，有造成孔口炸成漏斗状的危险;过长的封堵而装药过低，则难以使顶部形成完整的预裂缝。填塞长度与炮孔直径有关，通常可取炮孔直径的12～20倍。因此，本工程中取封堵长度为120cm～150cm。用不大于5mm的砂子封堵，在砂子与药包之间用废弃尼龙袋子作为隔离层隔开，以保证孔内药包与孔壁间有环状空隙，从而达到更好的爆破效果。

　　3　确保预裂爆破质量的控制措施

　　影响预裂爆破效果的因素很多，如工程地质条件、爆破参数选择、施工工艺等。对此，必须充分考虑各种影响因素，有针对性地采取措施。

　　3.1 钻孔质量的控制

　　预裂爆破要获得“一光二稳”的效果，除掌握、处理好预裂爆破各有关参数外，精心施工也是爆破成功的又一重要因素。减小炮孔定位误差和钻孔角度误差，按设计的装药结构装药，保证不耦合系数，都有利于达到理想的爆破效果。

　　根据工程实践经验的总结，预裂爆破对钻孔质量的控制可以归纳为“准、直、齐、平”。

　　所谓准就是钻孔位置要准，孔距、孔位要按设计要求严格布置，一般不得轻易变更孔位，开孔位置偏差不得大于3cm。直主要是指钻孔要直。齐就是各炮孔孔底要落在同一铅垂面上，以使爆出的断面整齐，便于后续作业的进行。平就是各炮孔之间要相互平行，以确保开挖轮廓整齐、美观。为了取得较好的预裂效果，在施工过程中，预裂孔的孔位、孔深和钻孔角度全程有全站仪进行控制。根据Atlas D7全液压钻的凿岩机工作特点，钻孔越深，则钻孔误差就会越大，但是爆破完成后，预裂面的不平整度控制在30cm以内。

　　3.2 装药结构的控制

　　一般情况下，预裂孔的装药结构须通过试验来调整线装药密度，调整预裂孔装药结构，可以使预裂面得到更好的效果。装药结构的合理与否，通过预裂缝面的最小张开宽度和预裂面上的残留半孔率来判断。根据经验合理装药结构数据为：裂缝面的最小张开宽度应在0.5～1cm之间。残留的半孔率：对坚硬岩石不小于85%，中等岩石不小于70%，软弱岩石不小于50%。下表(表2)为线装药密度与张开缝宽度、半孔率的几组数据表。