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1、水下硐室与中深孔爆破相结合在工程中的应用申文胜 刘少帅 施国平 （ 上海消防技术工程有限公司， 中海航道疏浚工程有限公司 ）摘要：根据本工程特点，由于岩坎坡度较大，周边地形和水文环境复杂，经设计人员研究分析，整个岩坎拆除采用水下硐室爆破与中深孔爆破相结合的方法，确保岩坎一次爆破成功，对整个爆破施工设计作了较为详细的介绍。关键词：岩坎爆破；水下硐室爆破1、概述本工程在近海处附近开挖水下洞库，洞库闸门外侧筑一道防护坝，坝外侧为预留挡水岩坎，岩坎延伸通至水底。整个岩坎断面呈三角行，一部分在水中，一部分露在空气中。现洞库已基本完成，要求将预留挡水岩坎爆破拆除，整个待爆岩坎的坡度较陡约为 50。 。 （
2、见图 1）本工程的地质自上而下基本由中粒花岗岩组成，岩石普遍硬度在 11 级，岩石整体性好，节理的发育好导致可钻性差。岩坎表面基本无任何覆盖层，水流很急，水流一般为 34 节，大潮时达到 56 节，东北方向为强风向。综合本工程由于地质、水文、气象条件和工程结构的需要，该工程采用水下硐室爆破、中深孔爆破相结合的爆破方案,从而避免了水下钻孔因水流急、风大、坡度陡造成的成孔难甚至无法成孔的问题，以确保工程顺利完成。2、爆破施工设计及实施2.1、主要设备的选择根据本工程的地质情况和安全、工期的要求，整个工程选择两种型号液压凿岩机，分别用于中深孔、斜孔的钻孔（直径为 100105mm） 、小硐室巷道的钻
3、孔( 直径为 25mm)、预裂孔（直径为 50mm）等。2.2、爆破参数本工程爆破将采用两种爆破方法分别硐室爆破和中深孔爆破，爆破范围见（图 1） ，以海平面临界点分为、区。1、 区在水底，则采用水下硐室爆破法，集中药包设计参数：a、 采用巷道掘进开挖法：巷道高 H=2.0m，宽 L=1.5m孔距 =0.5m，(整个布孔呈圆形布孔 )a掏 槽巷道的周边孔孔距 =0.3m（装药采用不偶合装药）a周 边孔径 d1=25mm（中心掏槽孔即为贯穿孔，以探明岩体与水的分界面的渗流特性，同时周边孔的孔距）b、集中药包最小抵抗线 w47m，药包距坡底距离约 10m，在区内放置两个药包即 A、B 药包（如图
4、2 所示） 。根据岩坎斜面岩石层理，集中药包间距：=10m 式中： 、 为相邻药包的参数平均0.5ABa、 （ 1+n） Wn值c、集中药包药量计算：7223(1)cos280QnKn式中， =0.10.6 ，坚硬岩石取大值； =2616 ，为岩K3kgm3kgm石容重。=1200kg， =2000kg。A药 包 B药 包2、 区基本露在水面上，由于采用中深孔爆破（见图 2） 。a、 斜孔钻孔采用单排布孔，设计参数：孔距 =3m，主要保证斜孔在区的部分的孔距在 3m 左右。斜孔径 =110md斜排距 =3m，斜孔为单排孔b斜孔深 =33m，超深 =0.5m，堵塞长度 =3m。h斜 h斜 L斜b
5、、垂直孔钻孔采用梅花孔布孔，主要分布在斜孔间隙中，确保不能破坏斜孔，设计参数：孔距 =3m， 排距 =3m， 孔径 =100mma垂 直 b垂 直 d垂 直孔深 =11m25m（总共 5 排）垂 直h超深 =1m， 堵塞长度 =3m垂 直 L垂 直c、 药量计算： Qqabh中 深 孔式中： 为跑孔装药量，kg；q 为炸药单耗， ；中 深 孔 3kgm为孔距、排距、孔深，m。、 、经计算， 为：30.892.4kg。中 深 孔2.3、炸药与起爆网络根据工程特点我们选用 TNT 炸药，并根据不同孔径选用相应的 PVC管( 100mm、 20mm、 14mm)装药，同时使用沥青封口，确保炸药防水。
6、起爆网络采用电雷管网络，选用防水的毫秒延期电雷管共分瞬发、17 段四个段别，每个起爆体内装 2 发并联雷管，中深孔内再加入相应长度的导爆索以保证传爆。其中预裂孔装瞬发电雷管管，斜孔用 2 段，集中硐室药包用 3 段，垂直孔装 48 段，用瞬发电雷管同时起爆。水下洞库 A(B)7m32m3m防护坝山体 预 裂 孔 1 海 平 面待 爆 岩 坎 mm 爆 破 范 围竖 直 孔 斜 孔图 1 A-A 截面示意图区 区截 面预裂孔 海 平 面防 护 坝水 下 洞 库山体 山 体图 2 总平面示意图3、减震防护技术3.1 爆破荷载分析水电工程中，由于机组扩容，改建，引水等等需要，常涉及到岩塞爆破施工，即
7、先开挖隧洞至库区引水口但留下一层几米至十多米的岩体(类似瓶塞)，最后将水下岩体炸除后即导通水流。国外岩塞爆破工程应用较广，我国也己成功的进行了十多起岩塞爆破，取得了显著的经济效益。如丰满水电站扩容，密云水库引水渠工程等。该类爆破较为特殊，本工程较为类似岩塞但又不同于岩塞爆破，被爆岩坎一面是空气自由面，一面是接触水体并受数十米水深静压作用，实施时要求一次将岩坎爆通，不留根底，因此，一般单耗药量较大但又不得破坏洞内已建的闸门设施，衬砌等等，所以难度稍大。通过对有关资料的分析，总体印象是:当实施爆破时，由于岩坎有自由面，即钻孔、装药的作业面，所以炸药能量冲入水中以水中冲击波形式耗散的所占份额较小，一
8、般仅占水中爆炸时的 10-20%左右，因此水中冲击波的影响不是主要的，但爆通瞬间巷道内高压气流的运动及高速水流的运动其破坏作用是较为突出的。在设计施工中必须谨慎对待，一些对工程防护有利的措施也正在岩塞爆破技术中得以采用。综合几次岩塞爆破的观测资料，给出岩塞爆破时水中冲击波的计算式为：11.023(608)mWPR根据相关资料，水下爆破所产生的冲击波压力只有水中爆炸冲击波的的几分之一到几十分之一，其主要爆破荷载是地震波。本工程在确定水下硐室与中深孔爆破方案时，综合考虑其爆源、传播介质、岩坎的岩石性质、地形及水文条件，通过认真的技术论证采用预裂孔爆破和微差爆破减震措施。3.2 预裂孔爆破设计爆破预
9、裂孔主要设置在岩坎两侧山体、防护坝、水下洞库闸门前，设计参数：孔距 =0.5m，孔径 =50mm预 裂a预 裂d孔深 =33m、2m、2m （山体、防护坝、闸门前）h预 裂本工程预裂孔爆破的孔径孔距已确定，故预裂孔装药将采用不偶合装药，不偶合系数为 =4，所以将炸药装在 14mmPVC 用沥青封口后放入dm预 裂 装 药 预裂孔中。3.3 采用微差爆破降低地震波3.3.1 微差爆破的作用微差爆破的先爆孔可为后爆孔增加新的自由面，爆炸产生应力波的相互作用和岩块之间的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并使地震波在时间和空间上分散，各段炸药爆炸的地震波峰值无法叠加，同时因先后产生的地震波还会相互干
10、扰，有效地降低地震波。因此本工程也将微差爆破作为控制爆破的主要措施之一。3.3.2 微差间隔时间的确定微差间隔时间主要与岩石性质、抵抗线、对破碎效果和降震要求等因素有关。微差间隔时间过长有可能造成先爆孔破坏后爆孔的起爆网路，过短则后爆孔可能因先爆孔未形成新自由面而影响爆破质量，通常微差时间在 25200ms范围内基本可达到预期效果。微差间隔时间按经验公式：2(24)ptKWf底式中： 为微差间隔时间，ms； 为岩石裂隙系数，对于裂隙少的岩石pK=0.5，对于中等裂隙岩石 =0.75，对于裂隙发育的岩石 =0.9； 为台阶底p pKW底盘抵抗线，m； 为岩石坚固系数,次岩石坚固系数为 410。f本工程中采用了硐室、斜孔和垂直孔爆破工艺，取 =3.5m， =0.5, 底 p=9，按上式计算得 =26.5ms。本工程微差间隔时间取 25ms。f t4、结语施工过程中，由于设计技术人员与施工技术人员相互紧密配合，严格执行爆破规程和防护措施，爆破效果良好。待爆岩坎完全破碎，无根底且爆破块度较小。整个爆破过程中，防护坝和水下洞库未受损伤，周边山体壁面较为平整，整个工程的爆破施工是安全的，成功的。参考文献：1 陆遐龄 水域内爆破时冲击波特性与结构安全防护，第三届全国工程结构防护学术会议论文集 ，北京，2000.042 伊左林，等 近距离水下钻孔爆破的防护技术 中国港湾建设，2005
