中国水电建设集团十五工程局有限公司国际工程公司 710065
摘要：自从炸药用于工程爆破以来，炸药爆破的能量有效利用率一直维持在一个较低水平。如何提高炸药能量的有效利用率、降低爆破危害、降低爆破作业施工成本成为工程爆破工作者追求的目标。本文从工程爆破试验结果，论证水介质换能爆破新技术能够较大幅度地提高炸药能量的有效利用率、降低爆破危害、降低爆破作业施工成本、提高爆破后大粒径块石比例。
关键词：水介质 换能 爆破 试验成果
1 概述
南欧江七级水电站工程在大坝3D排水体料填筑过程中，为保证3D料渗透系数满足设计要求(＞1×10-1cm/s)，因料场弱风化下带砂岩层裂隙、节理较为发育，爆破后大粒径块石较少，需要挑选后上坝，严重影响工程上坝强度。
根据现场实际情况，在保证3D料抗渗指标前提下，解决3D料上坝强度问题的有效途径为：爆破过程中增加粗颗粒块石含量。现场邀请了爆破专家采用“水介质换能爆破”专利技术对石料场3D爆破区进行爆破试验，以解决常规爆破块石粗颗粒含量偏低问题。现场共进行三类爆破试验，现对爆破试验成果进行总结，以便其他工程进行参考、应用。
2 爆破试验
根据现场实际情况，在同一地层(弱风化下带砂岩层)不同爆破区域共进行了普通爆破、A75水袋和A32水袋三类爆破试验，其试验类型及相关测试内容如下表2-1。
表2-1 石料场水介质换能爆破试验
3 爆破参数及起爆方式
爆破试验过程中，钻爆参数及起爆方式主要依据《南欧江七级面板坝3D料水介质换能爆破钻爆参数表》，并结合现场实际情况和岩石结构特征，针对局部区域，进行参数调整。4 试验过程
水介质换能爆破试验主要过程包括：水袋准备、钻爆和相关测试过程等。爆破试验相关测试项目主要有：爆后飞石距离测试、振动检测、爆破扬尘检测等；为检测爆破后块石是否满足设计指标，针对爆后块石进行了碾压前后级配筛分和抗渗测试。
（1）水袋准备过程
水袋准备主要是爆破水袋的充水过程，采用小口径水管或水龙头连接器将水袋充满。在充水过程中，要确保水袋充水饱和，避免空气进入水袋，形成气泡，造成水袋充水率降低。
（2）钻爆过程
钻爆过程按照拟定爆破参数进行作业，孔径A=120mm，采用KS935B高风压冲击钻进行造孔作业，造孔作业在试验区域按照测量放线标注点位置进行施工，炮孔为垂直孔，倾角90°。开钻前，对所有炮孔参数进行校核后，进行钻孔施工。
孔内装药根据水袋类型采用不同装药结构，A75水袋水介质爆破采用与常规爆破相似工艺，仅在爆破孔中增加水袋；而A32水袋水介质爆破采用预裂爆破相似工艺，采用竹条将乳化炸药与水袋间隔装药起爆。根据孔内炸药不同，起爆方式分为导爆管连线、电雷管起爆和导爆索串联、电雷管起爆两种形式。A75水袋水介质爆破孔内采用改性铵油炸药，导爆管连线、电雷管起爆；A32水袋水介质爆破孔内采用乳化炸药，导爆索串联、电雷管起爆。
（3）检测项目
爆破试验相关测试项目主要有：爆后飞石距离测试、振动检测、爆破扬尘检测等；为检测爆破后块石是否满足设计指标，针对爆后块石进行了碾压前后级配筛分和抗渗测试。
5 爆破试验效果
经过现场试验，水介质换能爆破技术可以节省炸药降低爆破炸药单耗、减小爆破振动速度、减小爆破烟尘、爆破飞石可控、施工成本降低。
（2）爆破振速减小显著
在2018年4月24日做相同药量装水袋与不装水袋爆破振速对比试验，采用成都泰测科技有限公司的Blast-UM型爆破测振仪进行爆破振速监测，结果表明水介质换能爆破振速明显减小。
炸药量Q每减小1%，爆破振速V降低0.5~0.6%。因此，对于七级水电站料场的地质条件下，采用水介质换能爆破技术，比普通爆破的爆破质点振速由于药量减小20%以上；加之水介质换能爆破自身的减振作用，总体爆破振动的质点振速将降低42%以上。
（3）爆破烟尘明显减少
（4）水介质换能爆破飞石可以控制20~30m范围内
由于水介质换能爆破的破岩机理主要是高温高压气态物质急剧膨胀挤压岩体，因此飞石距离很小，一般可以控制在20~30m范围内。经实测：试验1爆破飞石28.4m；试验2爆破飞石24.7m；试验3爆破飞石23.8m；试验4爆破飞石21.9m。
6 水介质换能爆破对改善料场爆破粒径的作用
水介质换能爆破对料场增加大粒径料比例具有一定促进作用、对减少小粒径料比例有所改善但是作用不明显。
6.1 料场主堆石3B料碾压前后颗粒级配对比分析
现场试验证明：水介质换能爆破400mm以上的爆渣有一定程度的增加，并且比较接近挑选后的3D上坝料。
6.2爆渣料粒筛分级配曲线成果对比分析
(1) 碾压前各种料粒的筛分级配曲线对比见图6-1
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(a)摊铺前各种爆破料粒筛分级配曲线成果 (b)摊铺前各种爆破料粒筛分级配曲线成果
图6-1 碾压前各种料粒筛分级配曲线
从图6-1（a）可见：普通爆破70mm以下的料粒才全部进入包络图；从图6-1（b）可见：不耦合装药结构水介质换能爆破200mm以下的料粒全部进入包络图。耦合装药结构水介质换能爆破100mm以下的料粒全部进入包络图。这说明水介质换能爆破大直径料粒比例一定程度增加、10mm以下的料粒也有所减小，但不很明显，现场实际情况也说明了这一结论。
(2)摊铺厚度80cm，碾压10遍各种料粒的筛分曲线对比见图6-2。
从图6-2可见，水介质换能爆破在标准层厚80cm碾压10遍的料粒筛分级配曲线与普通爆破在标准层厚80cm碾压10遍的料粒筛分曲线在粒径10mm附近相交，＞10mm时水介质换能爆破料筛分级配曲线在普通爆破料粒筛分级配曲线的上方，＜10mm的水介质换能爆破料粒筛分级配曲线在普通料粒筛分级配曲线的下方，筛分曲线走势表明：不耦合装药水介质换能爆破比普通爆破相同粒径的大颗料粒通过百分比增大、小颗料粒的通过百分比减小，这种变化规律既符合七级水电站料场砂岩的岩土力学特性，也完全符合碾压前的颗粒级配曲线在碾压后的变化的客观规律，对提高3D料的透水性能有利，同时满足设计图纸将3D料孔隙率适当提高，干密度适当降低。
尽管如此，目前采用水介质换能爆破的爆破料直接上坝其透水性仍然没有满足设计渗透系数为8.3×10-3~2.8×10-3要求，但是与普通爆破8.09×10-4~2.2×10-3 相比有一定程度改善。这也说明采用目前最先进的水介质换能爆破技术同样不可能改变料场母岩由于隐性节理、裂隙比较发育，在振动碾压过程容易粉碎的物理性能。
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图6-2碾压后各种料粒的筛分级配曲线对比
7 试验结论
南欧江七级电站料场岩性为紫红色长石石英砂岩夹少量泥岩，母岩隐性节理、裂隙比较发育，常规爆破后大粒径块石较少，无法满足大坝3D排水体渗透系数要求（＞1×10-1cm/s）。为了保证大坝渗透系数满足要求，在爆破过程中需要增加粗颗粒料的含量，减少细颗粒料含量，引进了水介质换能爆破试图解决该问题。现场进行了多场次试验，效果不明显，这也说明采用目前最先进的水介质换能爆破技术不可能改变料场母岩由于隐性节理、裂隙比较发育，在振动碾压过程容易粉碎的物理性能。因此，水介质换能爆破技术未能有效解决七级电站实际问题，最终也未采用该方法，但经过试验，现场还是取得了以下成果，可以在今后的工程中参考使用。
（1）水介质换能爆破可以降低炸药单耗节省炸药、减小爆破振动速度、减小爆破烟尘、爆破飞石可控、降低施工成本、节能环保，施工工艺简单可行。
（2）通过在南欧江七级料场进行的爆破试验，水介质换能爆破比普通爆破炸药单耗一般可节省20%以上，可以有效的降低施工成本。
（3）对于七级水电站料场的地质条件，采用水介质换能爆破技术，比普通爆破的爆破质点振速由于药量减小20%以上，加之水介质换能爆破自身的减振作用，总体爆破振动的质点振速降低42%以上。
（4）由于水介质换能爆破的破岩机理主要是高温高压气态物质急剧膨胀挤压岩体，因此飞石距离很小，一般可以控制在20~30m范围内，而且爆破烟尘明显减小。
（5）对于七级电站料场，水介质换能爆破比普通爆破对400mm以上粒径的大颗粒料百分比增大明显，对小颗粒料百分比减小作用不明显。这也说明采用水介质换能爆破技术不能改变南欧江七级电站料场母岩由于隐性节理、裂隙比较发育，在振动碾压过程容易粉碎的物理性能。