丁跃顺
中国葛洲坝集团市政工程有限公司 湖北宜昌 443000
摘 要：本文对博斯坦水库的地质条件与围岩类型进行了分析，通过具体的计算，确定了台阶爆破与洞室爆破的各项爆破参数，提出了具体施工的方式方法，并给出了相应的质量、安全保障措施，指导顺利实施。
关键词：博斯坦水库；台阶爆破；洞室爆破；施工技术
1 工程概况
博斯坦水库工程是一座承担灌溉任务的水利工程。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型，水库特征值如下：坝址以上集水面积263km2，控制年径流量5742万m3，水库正常蓄水位3048m，相应库容742万m3，死水位3007m，死库容116万m3，调节库容626万m3，设计洪水位3049.80m，校核洪水位3050.35m，水库总库容797万m3，工程建成后多年平均年供水量为3521万m3。
爆破作业所处位置主要为挡水坝，泄洪建筑物进、出口洞脸及道路工程的石方明挖和泄洪建筑物及灌浆平洞的石方洞挖。
2 工程地形地质条件
左坝段岸坡较陡，坡度约 55～60°，岸坡基岩裸露，岩性为华力西期侵入花岗岩，青灰色，岩体较完整，块状结构，岩块干密度2.74g/cm3，饱和抗压强度70MPa。河谷宽约 100m，现代河床位于河谷右岸，主河道宽5～10m。河床覆盖层岩性为砂卵砾石，最大厚约35m，地表零星可见粒径1～4m的大漂石；基岩以华力西期侵入花岗岩为主，花岗岩呈青灰色，块状结构，岩体完整性较好。
右坝段为一突出山梁，山梁底部宽度100m左右，顶部宽度10～20m，正常蓄水位时宽度60m左右，山梁岸坡坡度约50°，坡度较陡，岸坡大部基岩裸露，右岸基岩岩性为华力西期侵入花岗岩，青灰色，岩体较完整，块状结构，岩块干密度2.74g/cm3，饱和抗压强度70MPa。
3 施工环境
本工程石方钻爆施工部位为坝基和右岸洞室群部分，爆破区域周边可能受影响的建筑物主要为本工程施工的临时建筑物，出口泄槽及消力池下游300m为连接左右岸交通的1#临时钢架桥。距离爆破点100m范围内的建筑物有右岸2#变压器、左岸空压机站；距离爆破点150m范围内的建筑物有左岸1#变压器。距离爆破点500m范围内无村居民区等永久建筑物。爆破环境不复杂。
4 爆破设计
4.1 爆破设计要求
预裂爆破Ⅳ类围岩残孔率不低于60%，Ⅲ类围岩残孔率不低于85%。光面爆破Ⅳ类围岩残孔率不低于 60%，Ⅲ类围岩残孔率不低于 85%。
4.2 爆破方法
根据本工程相关特性，钻爆施工采用台阶松动爆破的方法，结构轮廓线采用预裂爆破，边坡马道采用光面爆破。洞挖采用周边孔、辅助孔和掏槽孔全断面开挖，周边孔光面爆破的施工方法。
4.3 爆破器材选择
（1）炸药：采用岩石膨化硝铵炸药。洞挖和解爆采用直径φ32mm标准药卷。明挖主爆孔采用直径φ80mm标准药卷，缓冲孔采用直径φ32mm标准药卷。
（2）雷管：采用毫秒电雷管，导爆管雷管。
（3）其他：预裂、光面爆破采用导爆索起爆。
4.4 钻孔设备选择
预裂深孔爆破钻孔设备采用100潜孔钻机钻孔，孔径90mm。台阶深孔爆破孔孔径105mm。缓冲孔采用100潜孔钻机钻孔。洞室、保护层浅孔和马道水平光面爆破钻孔采用手风钻钻孔，孔径42mm。
4.5 钻孔形式与布孔方式
分层台阶爆破一般采用倾斜孔，倾斜角度取75°。预裂或光面爆破钻孔应与轮廓线方向相同。
台阶爆破采用为多排、梅花形布孔方式钻孔。预裂或光面爆破为单排、一字型布孔方式钻孔。
4.6 爆破参数确定
本工程计划爆破台阶高度为5～10m。根据设计要求及现场情况，选择台阶高度为8m进行爆破设计，其它施工部位的台阶爆破设计，其设计参数选择与计算方法采取同样方法，只是台阶高度和相应参数计算的结果不同。爆破参数的确定主要是采用经验公式和类似项目已经成熟的经验来进行确定，还需通过现场试验最终确定，在实际施工中可进行适当的调整。
4.6.1台阶爆破参数的确定
（1）台阶爆破参数确定
1）抵抗线W=（20～40）D = 25×105 = 262.5cm ；取W = 250cm。
2）孔距a = mW =1.4×2.5 = 3.5 m；式中m为密集系数，取1.4。
3）排距b = W = 2.5m；
4）孔深L =8/sin75°= 8.3m；
5）超深L1 岩石为强风化下线，岩石强度较低取0.5m；
6）炸药单耗q：q =（0.25～0.35）kg/m3，取0.3kg/m3；
7）单孔装药量Q：
第一排孔的单孔装药量: Q = qaWH = 0.3×2.5×3.5×8 = 21kg；
多排爆破的第二排孔起的单孔装药量:Q = 1.15qabH = 24.15 kg；
8）堵塞长度：L2 = (1.0～1.2)W = 3.0m；
9）装药采用间隔方式装药，起爆采用电雷管和导爆索起爆，堵塞段用砂子或钻孔岩粉堵塞。
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（2）台阶缓冲孔爆破参数的确定
在爆破网络中可采用在预裂面前布置1～2排缓冲孔，来降低主爆孔对预裂面产生的不利影响。
1）钻孔倾角a：与预裂孔保持平行；
2）钻孔直径D： D = 90mm；
3）钻孔间距a： a = 2m；
4）与预裂孔距离b：b = 1.5m；
5）与主爆孔距离c：c = 1.5m；
6）钻孔深度L：取L = 8.3m；
7）炸药的单耗q：选定q = 0.3kg/m3；
8）单孔装药量Q：Q = qabH = 0.3×2×1.5×8 = 7.2kg；
9）阻塞长度L1：1.2b=1.8m
10）装药：采用空气间隔方式分层装药，阻塞采用砂子或钻孔岩粉阻塞。
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（3）台阶预裂爆破参数的确定
1）钻孔倾角a：按坡比1:1、1：0.5；
2）钻孔直径D：D = 90mm；
3）钻孔间距a：a = (7～12)D = 1.0m；
4）钻孔深度L：L = 7.5/sin75°= 7.765 ≈ 7.8m；
5）线装药密度Q线：取Q线 = 300g/m；
6）底部段加强装药：3Q线 = 0.9kg；装药的长度为0.6m；
7）堵塞长度L2：L2 = 1.2m；
8）单孔装药量Q：Q = 2.7kg；
9）不耦合系数β= 90/32 = 2.8：
10）装药：采用间隔装药，用电雷管引爆导爆索，再由导爆索引爆炸药。孔底段加强装药0.9kg,药卷采用32mm药卷，药卷单节长度为20cm，重150g，间隔30cm。药卷和导爆索用胶布绑扎在竹杆或塑料管上插入孔底，堵塞采用砂子或钻孔岩粉堵塞。
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（4）保护层爆破参数的确定
边坡马道和建基面水平保护层厚度为3m。根据现场水文地质条件和坝址下游桥墩基础开挖情况，本工程保护层开挖采用倾斜浅孔，孔底采用添加柔性垫层的方法一次爆破。爆破后对不平整的位置用液压免爆锤进行机械整修。爆破孔钻孔直径采用42mm，柔性垫层使用锯末添加，添加高度为(20～40)cm。药卷直径为32mm。
1）抵抗线W：W =（20～40）D = 30×42 = 1 26cm ；取W = 120cm。
2）孔距a；a = mW = 1.5×1.2 = 1.8 m；式中m为密集系数。
3）排距b；b = W = 1.2m；
4）孔深L；L = 3/sin75°= 3.1m；
5）炸药单耗q：q =（0.25～0.35）kg/m3，，取0.3kg/m3；
6）单孔装药量Q：
第一排单孔装药量: Q=qaWH = 0.3×1.8×1.2×3 = 1.944kg ≈2.0 kg；
多排爆破第二排起单孔装药量:Q = 1.2qabH = 2.4 kg；
7）堵塞长度L2：L2 =1.0W = 1×1.2 = 1.2m；
8）柔性垫层高度：取30cm；
9）装药：采用连续装药方式，孔底柔性垫层采用塑料袋装锯末材料，堵塞采用砂子或钻孔岩粉堵塞。
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4.6.2 洞室爆破参数的确定
按洞身断面、设备型号及以往类似项目的经验，开挖爆破每一个循环的进尺采用2.5m以内控制，拟定周边孔和辅助孔钻孔深度为2.5m，炮眼直径d=42mm；掏槽孔钻孔深度为2.7m左右。周边采用光面爆破方式，掏槽是采用斜眼方式掏槽。
常用光面爆破参数见表4-5。
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(1)炮孔深度(L)，炮孔深度控制在2.5m以内。
(2)炮眼数目(N)
炮眼的数目直接影响每一个循环的凿岩工作量、爆破效果和洞室成型的好坏。炮眼数目暂按下式计算，在实际施工时，根据现场情况稍作调整，以达到最佳效果。
炮眼数目N：N=q*s/r*η
式中：q—炸药单耗使用量，（Ⅴ级围岩0.4~0.6 kg/m3，Ⅳ级围岩0.7~0.9 kg/m3，Ⅲ级围岩1.1~1.3kg/m3），取平均值；
s—开挖面积；
η—炮眼装药系数，取η=0.7；
r—每米炮眼长度装药量(见表4-6，取平均值计算)
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(3)炮眼布置
①周边炮眼：用经验公式和工程类比法确定。
炮眼间距(E)=(8～12)d(d为炮眼直径)=（8~12）*42mm=336~504mm；取值400mm。
抵抗线:W=(1.0～1.5)E=（1~1.5）*400mm=400~600mm，取500mm。
密集系数m=E/W=400/（400~600）=0.67~1.0，取值0.8。
②其他炮眼：
掏槽炮眼：采用楔形掏槽，为保证掏槽炮眼的精度，掏槽的位置选择在隧洞中线偏下位置；
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内圈眼：内圈眼的位置应布置在周边炮眼抵抗线的边缘，内圈眼的孔距要稍大于周边眼的抵抗线。
辅助眼：掘进炮眼，其布孔间距，根据岩石特性确定，一般取0.65~1.2m，当钻孔直径在35～42mm的范围内时，抵抗线(W)与钻孔深度存在如下关系：W=(0.3～0.6)dL或W=(15～25)d，在遇到坚硬、难爆的岩体时或钻孔深度较深时，应选用较小的系数，反之则选用较大的系数。
底板眼：底板眼沿着开挖轮廓底线进行布置，并适当增加药量以起到翻碴的作用，使岩碴翻松，以便于设备装载。
③每一循环的进尺根据爆破检测结果来确定，以便降低爆破的震动强度，炮眼深度根据循环进尺来确定。
(4)单眼装药量的确定
周边眼装药参数按表4-6中取值，其它炮眼装药量按下式确定:
q=k.a.w.L.λ(kg)
q—单眼的装药量(kg)；
k—炸药使用单耗(kg/m3)（Ⅴ级围岩0.4~0.6 kg/m3，Ⅳ级围岩0.7~0.9 kg/m3，Ⅲ级围岩1.1~1.3kg/m3）；
a———炮眼的布置间距(m)；
w———炮眼在爆破方向抵抗线(m)；
L———炮眼的深度(m)（取2.5m）；
λ———炮眼的部位系数。
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(5)炮眼阻塞
阻塞的作用是炸药在受约束条件下能够充分爆炸从而提高爆破能量的利用率，因此阻塞长度不应小于30cm，材料采用炮泥(砂∶粘土∶水=3∶1∶1)。要堵塞密实，不能存在有空隙或间断。
4.7爆破网路设计
4.7.1 爆破网路确定与单段最大装药量
爆破网路采取孔内高段位，孔外低段位方式，进行接力微差非电网路起爆，毫秒电雷管激发网路。
台阶爆破中单段最大装药量按距离建基面15m 以内不大于25kg控制。爆破孔采取一孔一响，缓冲孔3孔一响，预裂孔8孔一响。保护层10孔一响。
4.7.2 起爆顺序
起爆顺序：预裂孔毫秒微差先起爆，之后是相邻台阶爆破孔从临空面开始采用排间微差起爆。预裂孔先于台阶爆破孔间隔大于75ms起爆。
4.7.3网路结构布置
台阶爆破预裂孔孔间采用MS3非电雷管分段孔外接力，微差间隔时间为50ms，孔内采用导爆索。
台阶爆破和保护层爆破孔间用MS3非电雷管分段孔外接力，微差间隔时间为50ms，排与排之间用MS5非电雷管分段孔外接力，微差间隔时间为200ms。孔内全部用MS13高段非电雷管。
洞室爆破网络采用并连法，按如下方式连接：
孔内雷管分组→周边孔导爆索并接→同段电雷管双发并连→双发瞬发电雷管起爆。
起爆器材孔内采用导爆管雷管和导爆索（周边孔）起爆，孔外采用导爆管雷管传爆，起爆采用双发瞬发电雷管起爆。
5钻爆施工
石方开挖挖钻爆施工主要由钻孔、装药、堵塞、网路敷设与起爆几个步骤组成。每个工序施工质量都将会直接影响爆破安全与效果。每个步骤都必须严格按照爆破设计要求施工，严格遵守爆破安全操作规程的有关规定。
5.1 钻孔
台阶爆破：钻孔之前首先由测量人员按照爆破设计图，放出爆破结构控制位置，现场人员按照爆破设计中的钻孔布置图精准放出每个钻孔的孔位。
爆破深孔和缓冲孔采用100型潜孔钻钻孔，钻孔孔径Φ105mm。由人工操作控制钻孔角度。
预裂孔和缓冲孔采用100型潜孔钻钻孔，钻孔孔径Φ90mm。预裂孔由人工搭设固定钢管样架，将钻机支架固定在样架上控制钻孔角度。缓冲孔由人工调整钻机支腿控制角度。
洞室、爆破浅孔和马道水平光爆孔采用手风钻进行钻孔，倾斜孔角度由人工控制钻机支架角度来控制钻孔角度，水平孔采用人工搭设钢管架控制钻孔角度。
在钻孔深度达到设计孔深要求后，先用风将孔内岩粉吹干净，然后再用编织袋堵塞住孔口，防治孔内掉渣。
5.2 装药
当次爆破的所有钻孔结束之后，由质量人员对钻孔孔深、角度、数量等项目的检查，对于无法装药的孔进行扫孔或重钻方法进行处理，钻孔检查合格后，将检查结果报爆破技术人员，由技术人员根据检查结果，填写爆破器材用量计划表并将其交至炸药库房民爆公司管理人员处。民爆公司按照爆破装药安排，及时将爆破器材运到现场，装药结束后将多余的爆破器材运回退库。
台阶爆破孔采用分层间隔装药，由爆破员在孔外将药卷用胶布与导爆索绑扎起来送入孔底，先装孔底段按设计装药量装好后充填一段砂，再装填下一段药，再填砂，非电雷管和中间的一层药绑在一次，依次装药结束堵孔。分层装药时用木棍将药和填砂压紧，分层长度采用钢尺测量。
保护层爆破采用的是连续装药结构，由爆破员按照爆破设计进行孔内装药，用木棍将孔内药卷压紧。
预裂孔爆破采用不耦合间隔装药结构。预裂孔不耦合系数2.8，选用φ28mm的药卷，预裂孔装药密度拟采用300g/m。由爆破员在孔外用竹片或塑料管将药卷用胶布与导爆索绑扎起来送入孔底。
缓冲孔采用分层间隔装药，由爆破员在孔外用竹片或塑料管将药卷用胶布与导爆索绑扎起来送入孔底。
5.3 堵塞
台阶爆破和保护孔爆破，在孔内装药结束后采用砂子或钻孔岩粉堵塞。
预裂孔爆破，在孔内装药结束后首先用编织袋将药卷顶部堵塞起来，然后用砂子或钻孔岩粉堵塞至孔口。
5.4 敷设网路
敷设网路，必须在施工现场所有人员撤离后，由爆破员从一端向另一端由远端开始逐步后退方法敷设起爆网路。
5.5 起爆
起爆采用电容式起爆器起爆，起爆前必须保证所有设备和人员撤离至安全区域，并在警戒区外设置专人进行站岗放哨，当确认一切安全后发出爆信号，开始起爆。放炮结束后的安全检查和盲炮处理严格按照爆破安全规程执行。
6.质量保证措施
（1） 爆破钻孔施工时严格按爆破技术人员确定的孔网参数、孔深、方位、角度进行施工，遇到与设计不相符的情况，要在现场标明，并及时报告爆破工作领导人。
（2）施工过程中作业人员要经常检查钻孔孔深、方位角及倾角，钻孔结束后要及时用编织袋将孔口堵塞严实。
（3） 装药前，现场质检员应对每个炮孔进行详细的检查验收，并编号登记，标明位置、数目、尺寸，对于不符合要求的炮孔要及时告知设计人员进行处理。
7. 安全保证措施
(1) 参与爆破的所有作业人员应严格执行《爆破安全规程》，必须进行爆破技术培训，熟悉爆破器材性能和相关知识，持证上岗。
(2)对涉爆人员进行法律、法规教育，提高认识，统一思想。学习《爆破安全规程》、《中华人民共和国民用爆炸物品管理条例》等制度。
(3)加强现场安全管理，设置安全标志，使无关人员对涉爆物品实行零接触。装填过程中不准使用明火，场外设置专人进行警戒，严禁无关人员入内。
(4)严格按设计规定的药量制作药包，不得随意增减，不同段别的雷管要分别放置，防止出现差错。
(5)向孔内装填药量，使用木质填塞棒，填塞时先轻后重，力求填满捣实，防止损伤导爆管。
(6)按规定操作进行线路联网时，防止联错、漏接，保证可靠起爆。
8.结语
本方法依据工程技术要求，在保证了可靠性、可操作性的前提下，制定了施工方案。方案所选工艺、材料均能满足爆破施工要求，有效的保证了各类围岩的残孔率，减少了超挖量，爆破表面光滑平整。
参考文献：
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