刘伟栋
青海西宁中国水利水电第四工程局有限公司
摘要：为确保水工隧洞开挖的可持续和整体运行的高效，通过控制爆破技术可以适应狭长复杂的地形特征环境，结合工程实际案例，采取较为安全的控制爆破方法，提高现场应用的实际效果，结果表明，大孔径深孔水工隧洞开挖过程当中，选择控制爆破技术效果较为良好，可以降低高岩石爆破块度，并改善不安全事件发生概率，有效地减少危险地段滚石事故的发生。
关键词：控制爆破；水工隧洞；滚石事件
引言：为了满足通航、发电、生态环境改善等多种目的，我国新兴水利工程数量越来越多，对技术的要求也越来越高，水工隧洞在开挖的过程当中，需要分析所在的地质情况，建筑的材料类型情况，伴随着水工隧洞的开挖，控制爆破技术应用的范围也越来越大，这种爆破技术可以适应不同的爆破作业环境，避免爆破的有害效应，而造成周边居民的生活受到过多的干扰，或对环境造成过大的影响，保护水工隧道开挖的整体地质状态，提高施工的安全技术水平。
一、工程概况
宁德洪口水电站总库容4.497亿m3，拦河坝最大坝高130m，电站装机容量200MW，引水系统由进水口、引水隧洞和压力管道组成。新建生态电站装机容量为16MW，工程枢纽建筑物包括引水隧洞、生态放水机组厂房、主变室。新建引水隧洞主洞全长183.691m，开挖断面为圆形，开挖洞径4.0m，采用钢筋砼衬砌，衬砌厚度0.40m。引水隧洞主管钢管衬砌段长度49.189m，开挖洞泾4.0m~3.0m，钢管内径3.2m~2.0m，钢管外侧回填C20混凝土。
新建引水隧洞距离原厂房机组最近距离仅有25m，而又与原厂房引水隧洞连接，连接角度21.51°，根据实际情况，最终选定的洞室开挖方法如下：Y0+000～Y0+001.00段采用破碎锤开挖，Y0+001.00～Y0+020.00段和Y0+140～Y0+171.691段采用静态爆破，Y0+020.00～Y0+140段采用控制爆破，Y0+171.691～Y0+183.691段明挖法施工。以爆破距离运行中的水电机组最近距离为27m，计算得最大一次单段单响起爆药量取为1.36kg。爆破设计如下：光爆孔孔径42mm，孔深0.8m，孔间距0.4m，单孔装药量0.16kg；主爆孔孔径42mm，孔深0.8m，间排距0.6m，单孔装药量0.32kg；掏槽孔孔径42mm，孔深1m，共计布置4个，单孔装药量0.48kg；掏槽空孔布置在开挖断面圆心位置，孔径56mm，孔深1m。
二、技术应用分析
（一）技术简介
控制爆破是通过主动防护的方法，尽可能减少水工隧洞开挖过程当中有滚石而造成的潜在隐患，在滚石的发生源头上就减少发生的危害，通过提前的加固和消除，尽可能改善爆破而造成的负面效应，目前较为常见的控制爆破技术法有拦截法警，司法监测法等等不同的方法应用在不同的环境当中具有不同的效果。从本次工程案例所采取的控制爆破方法可以看出，这种爆破的控制设计结合了水工隧道开挖周边的高陡地质结构，通过炸药临界埋深和最小抵抗线的爆炸能量控制，充分的对辊时产生的源头进行了有效的干扰，从而对破碎岩石的状态进行了合理的控制，减少了滚石产生的动能源头，避免出现潜在滚石滚落发生的危害。
在设计炸药当量的过程当中，技术人员在外围设置警戒线，通过这种被动防护的方法，进一步提高了边坡爆破，滚石事故的发生，影响了整个工程的有效性，这种技术的特点在于炮孔深度较大，岩石强度的变化也较大，最小抵抗线变化的把握难度较高。从本次工程案例的相关数据可以看出，本次控制爆破所选择的区域地形和岩石构造的裂隙发育情况需要进一步的探测，因此在爆破的总体设计上，炸药的当量选择了较为灵活的设计方案，炸药到单号的取值也根据预期爆破的效果而实时的改动炮孔四周的岩石强度，在风化作用和爆破扰动的作用之下，可以显示出最小抵抗数据，从而对有效的滚石预判方向进行科学的设计。
（二）参数设计
在包括参数的选择上，通过液压潜孔钻机获得探测数据，设计边坡爆破孔的实际位置，本次工程案例所设计的方案主要如下列数据所示，这种设计的方法可以考虑到泡孔的最小抵抗线数值，通过理论实验和爆破漏斗实验的数据，结果对于岩石性质和要包埋深的变化情况进行合理的弹动分析岩石弹性和冲击变形的参数在本次工程参数预算当中起到了决定性的作用，药卷直径控制在90mm，单卷长度控制在33cm，可以取得良好的爆破效果，依据本次工程数据获得的案例，药包中心埋深炸药量和漏斗半径处于相农户配合的状态。
总地来说，本次控制爆破的经验数据炮孔孔距在3~6m之间，总体的后冲、厕冲的压力情况控制为最合理的状态，《水工建筑物地下工程开挖施工技术规范》（DLT 5099-2011）要求水电站及发电厂中心控制设备质点振动速度安全允许值为0.5cm/s。规范中质点振动速度传播规律的经验公式如下：
V=K（W1/3/D）α
式中：
V——质点振动速度，cm／s；
W——最大一段的装药量，kg；
D——爆破区药量分布的几何中心至观测点或建筑物、防护目标的距离，m；
K、α——与场地地质条件、岩性特性、爆破条件以及爆破区与观测点或建筑物、防护目标相对位置等有关的常数，由爆破试验确定。
坚硬岩石K取50～150，α取1.3～1.5。
最终选取K=60，α=1.5。
在1.30~2.00的孔深范围之内，可以取得较好的综合运算效果，同时根据实验要求获得边坡爆破的实际用药数量，确保岩爆发生松动，不产生爆破鬼时，就可以取得更好的工程应用水平。
（三）爆破效果分析
总地来说，本次控制爆破的经验数据炮孔孔距在3~6m之间，总体的后冲、厕冲的压力情况控制为最合理的状态，但是这一类炮孔的地质条件极为复杂，再进行炸药单耗，选取时还要考虑到单号情况进行综合分析，单孔药量的千克数职，要想达到理想的爆破效果，还需要再填装炸药量的不同计算情况之下，考虑到炸药田庄的方式，才能够设置更加科学的爆破警戒值，完成整个爆破安全管理的最后一个环节和步骤，整体来看，工程安全管理团队对整个爆破过程安全控制严格把关，在施工的前后位置分别设置了外围的警戒工作线，并携带扩音设备提醒附近工作的村民和工作人员，及时地远离爆破的区域，在500m的范围之内设置安全管理员，避免牲畜以及其他的不可控因素进入到爆破范围之内，确定安全无误之后，才能够发动起爆装置。
以爆破距离运行中的水电机组最近距离为27m，计算得最大一次单段单响起爆药量取为1.36kg。爆破设计如下：光爆孔孔径42mm，孔深0.8m，孔间距0.4m，单孔装药量0.16kg；主爆孔孔径42mm，孔深0.8m，间排距0.6m，单孔装药量0.32kg；掏槽孔孔径42mm，孔深1m，共计布置4个，单孔装药量0.48kg；掏槽空孔布置在开挖断面圆心位置，孔径56mm，孔深1m。
在现场应用的阶段，控制钻孔孔径和炮孔孔距，避免眉线不够清楚而造成碎屑炮孔田塞的情况，降低大块率，通过五滚石飞石来提高整个工程的爆破松动效果，减少不安全事件控制爆破的钻孔孔径设计在140mm，最小抵抗线w=5.6~6.6m这种无滚石、眉线清晰的综合改进方案，适应整体的水工隧洞挖掘爆破作业次数能够达到较为理想的状态，且延时的大块率控制在5%~12%之间，表明该技术适合当地的工程技术环境，处理的结果较为良好。
结论：综上所述，本次施工处理复杂的爆破环境，选择较为科学的炸药量，并根据最小抵抗线关系的情况，采取综合安全控制的方法，结合规模控制炸药量，即选取小孔网参数调节以及药量控制科学方法设置外围警戒线，更好地满足了整体工程的安全技术要求边坡爆破工作在未来可借鉴该工程的实际经验，有序开展控制爆破的组织工作，以保障水工隧洞挖掘的可持续发展，进一步提高工程控制的安全水平。
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