２０１０年第２期 东北水利水电 规划设计 【文章编号】１００２－－０６２４（２０１０）０２—０００５—０４ 三峡工程坝段控制爆破设计与实施 ，叶立志 （中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安７１００１６） ［摘要］文章介绍了通过对爆破参数的计算选取，以及采取地表柔性覆盖方法，取得了对飞石 的控制效果：通过施钻减震孔、减小单响药量等措施，消减爆破产生的地震效应，取得对邻近大 体积混凝土的保护效果。 ［关键词］控制爆破；爆破参数；柔性覆盖；地震效应；三峡工程 ［中图分类号］ＴＶ５４４ｔ１ ［文献标识码］Ｂ 三峡工程左非１３号坝段基岩为前震旦纪闪 弃用了静态爆破方法。 云斜长花岗岩，缓倾角节理较为发育，受２３ｏ ３５。 鉴于此．决定采取控制爆破方法对该地质缺 及２２５￣ ３２￣两组节理切割，在坝基上形成一条长 陷部位岩体进行开挖。 约４０ ｍ，宽２５ ｍ的条带状楔形体的不利结构，按 ２控制爆破采取的措施 照设计地质部门要求，必须对地质缺陷部位开挖 至设计线以下２．５ ｍ，开挖方量约２ ０００ ｍ 。 采取控制爆破方法，必须很好地进行两个方 坝基岩体为弱风化至微风化，岩质较为坚硬， 面的控制，即对爆破产生的飞石的控制和对地震 爆区无地下水出露，除地质缺陷部位，总的来说岩 效应产生的地震波的控制。爆破产生的空气 中击 石的物理力学特性较为良好。 波和噪音对周边危害不大，可不做为控制项目。 ２．１防止飞石的措施 １问题的提出 （１）该爆区呈槽形、条带状 四周受到围岩夹 与左非１３号坝段相邻的左非１２号坝段。浇 制，仅有向上一个方向的自由面。因此，只要对地 筑的混凝土已达２０ ｍ高．左非１４号坝段堆放有 表自由面加以约束，可以飞石沿自由面射出， 大量设备及材料，而且，周围２０ ＩＩ１远处有一台 拟对爆区地表进行全面柔性覆盖．实现对该自由 ２０００型门机和一台胎带机。不良的边界条件给这 面约束的效果。 一部位开挖造成极大的困难。如果采取常规的爆 （２）改变爆破孔的装药结构，加强孔口堵塞来 破方法．不但会造成飞石对爆区周围设备、机具的 减少飞石。遇到夹层、节理、断层时适当减少装药 损害．而且爆破地震效应产生的地震波可能会造 量，炮孔上部预留足够的堵塞长度，采用一半粘土， 成坝体混凝土的开裂；不但会影响到三家承包商 一半细沙混合后堵塞，并用炮杆捣密实，以提高堵 的关系，而且对三峡工程带来极大的损失。 塞质量。 对于此种情况，通常采取静态爆破方法，可以 （３）清理地表的浮石和松动岩块，尤其将炮 解决飞石和地震波的破坏造成的危害。然而，静态 孔孔口附近的石块清理干净，以免在起爆时抛射 膨胀剂价格较高，需用量极大。该方法不仅提高了 远处。 成本，而且需要一个多月的工期，将会对工程的总 （４）合理设计起爆顺序和时间间隔来减少飞 进度造成严重影响。由于气温已逐渐变低，气温过 石，确保岩石向临空方向抛掷，保证沿抵抗线方向 低不能充分发挥静态膨胀剂的效能，因此，经讨论 完全开裂。 ・５・ 规划设计 东北水利水电 ２０１０年第２期 （５）减少装药集中量。采取多钻小孔径炮孔， 并分散、均匀装药，加大不耦合系数的方法，也可 以避免飞石的产生。 （６）对飞石可能抛掷到的地方的设备及建筑 物，进行预先防护。 ２．２消减地震效应的措施 （１）实践证明，采取微差爆破方式降震效果较 为显著，根据振幅叠加原理，爆破形成地震波的振 幅不是各个药包起爆时所产生的简单总和，而是 相互干扰，有着很复杂的叠加关系，叠加值小于总 和值，所以采取分段微差网络对降震效果比较好。 （２）在距离爆区不远处施钻多排减震孔，通过 减震孔吸收消耗掉大部分振动的能量。并改变地 震波的传播途径，以达到消减地震效应的目的。 （３）优化爆破网络设计，降低最大单响药量， 从而降低地震强度，以达到消减地震效应的目的。 （４）合理地选取炮孔相邻系数ｎｌ，一般情况 下，增大孔距，减小排距，不但能获得比较好的爆 破效果．而且对降低地震强度也非常有利。 （５）实践证明，在孔底放置柔性垫层不仅起到 对建基面石的保护作用，而且对降低地震强度也 起到了一定的作用。 我国爆破振动的破坏标准见表１所示。 表１中国爆破振动破坏标准 保护对象类别 垒 墨竺垦皇堡 堕垦 竺 竺！： ＜１０Ｈｚ １０＂５０ｌ－ｌｚ ５０＂－１００Ｈｚ 龄期：初凝 ｄ ２ｏ＾ Ｏ 积混凝土 龄期．Ｈ ｄ ３ －７Ｏ 龄期：７—２８ ｄ ７Ｏ～１２Ｏ ３控制爆破的方案设计 ３．１爆破参数的确定 ３．１．１钻孔角度及孔径 根据两组节理面的倾角 ３２ｏ及 ３５ｏ，钻孔角 度以爆区中心向节理面方向渐变。即钻孔角度向 左岸方向由９０￣渐变至３２。。向右岸方向由９０。渐 变至３５。。 为减少装药集中量，采取小孔径炮孔。用 ＹＴ一２６型手风钻造孔，钻头直径为４２ ｍｍ，孔径 为４５ ｍｍ。 ３．１．２单位长度装药量及不耦合系数 单位长度装药量取决于药卷直径及炸药密度 ・６・ 等，药卷直径需要与孔径相匹配，每米装药量可按 下面公式计算： Ｑ１＝ △／４ 式中Ｑ 为每米孔装药量，ｋｇ／ｍ；ｄ为药卷直径，ｍ； △为炸药密度。 为了取得较大的不耦合系数．选取炸药库中 的最小直径的药卷，即，直径为２５ ＩＴＩＩＴＩ的乳化炸 药，乳化炸药密度Ａ＝１．１ ｇ／ｃｍ３，通过计算可以得 出每米装药量为： Ｑ１＝７ｒｄ￣ａ／４＝５４０ ｇ／ｍ 不耦合系数可按下面公式计算： Ｋ＝Ｄ／ｄ 式中Ｋ为不耦合系数；Ｄ为钻孔直径；ｄ为药卷直 径。通过计算可以得出不耦合系数为：Ｋ＝Ｉ．８。 ３．１．３孔距、排距与炮孔布置 针对该部位围岩构造小裂隙发育、岩石为弱 风化至微风化的特点．为达到控制爆破的目的。参 照类似工程相关资料，炸药单耗取ｑ＝０．３ ｋｇ／ｍ３。 在单位装药量和炸药单耗一定的前提下，单 孔炸药承担的爆破面积可以用下面公式计算： Ｓ＝Ｑ１／ｑ 式中５为单孑Ｌ炸药承担的爆破面积。ｒｎ 。 单位炸药承担的爆破面积等于孔距（口）与排 距（６）之积，即：Ｓ＝ａｂ。 为了便于网络联接，钻孔按矩形布置，经计算 可以得出单孔承担的爆破面积为：Ｓ＝１．８ ｍ２。爆区 形状近似为矩形，中部布置垂直掏槽孔，向两侧钻 孑Ｌ倾角逐渐渐变为与结构面角度一致。孔距取口＝ １．５ ｍ．排距取ｂ＝１．２ ｍ。单孔爆破面积为Ｓ＝１．５ｘ １．２＝１．８ ｍ 。 ３．１．４孔深、孔底垫层及孔口封堵 （１）孔深。根据设计地质人员提出的要求，需要 将地质缺陷部位开挖至建基面以下２．５ ｍ，因此， 孔深Ｈ＝２．５／ｓｉｎｏｌ，其中ａ为钻孔角度。施工时超钻 ２０ ｃｍ。 （２）孔底垫层。在孔底放置长为２０ ｃｍ的柔性 垫层，以降低爆破对下部岩石的破坏，柔性垫层材 料选用锯末材料。 （３）孔口封堵。根据炮孔堵塞长度计算公式： ＝（１．０－１．２）Ｗ，其中 为最小抵抗线，取封堵长 度为１．２ ｍ。采用一半粘土，一半细沙混合堵塞，并 用炮杆捣密实，以提高堵塞质量。 ２０１０年第２期 东北水利水电 规划设计 ３．１．５装药量计算 采取连续装药．每孔装药量可按下面公式计算： Ｑ＝Ｑ，（Ｌ－Ｌｏ） 平均孔深为：Ｌ＝３．４ ｍ，Ｑ ＝０．５４ ｋｇ，单孔平均 装药量Ｑ＝Ｏ．５４ｘ（３．４－１．２）＝１．２ ｋｇ。 总装药量可按下面公式计算： Ｑ总＝Ｑ×ｎ 式中ｒｔ为总孔数，根据布孔图，总孔数为５１３个。 总装药量Ｑ总＝１．２ｘ５１３＝６１５ ｋｇ。 ３．２爆破网络的设计 ３．２．１爆破网络的选择 为降低爆破对临近建筑物的振动影响，对单 响药量进行了严格控制。爆破震速需控制在７－１２ ｃｍ／ｓ以下（见中国振动破坏标准）。由于炮孔数量 多，需要分段数量较多，所以采取了导爆管雷管接 力的孔问微差起爆网络。即在炮孔内放置段位高 的ｍｓ９段非电毫秒延期雷管，在地表通过双发 ｍｓ２段雷管逐排接力传爆，网络设计图见图１。 由于采取了导爆管接力网络。所以入孔的ｍｓ９ 段雷管需要有足够的脚线长度．经计算宜选取脚 线长度为５ ｒｎ的规格。 最大单响药量计算：Ｑ￣ｘ＝Ｑｘｎ，Ｑ为单孔装药 量，凡为同时起爆的最多炮孔数，该部位孔深为 ２．５ ｒｒｌ，Ｑ：（２．５—１．２）×０．５４＝０．７ ｋｇ，ｎ＝１２，经计算 最大单响药量为Ｑ一＝８．４ 。 ３．２．２网络可靠度分析 为减少地面接力雷管的总延时，改善爆破效 果，采取中部先掏槽，逐级向周边传递起爆。整个 起爆网络为相邻段间隔２５皿的微差式接力式网 络，孔外接力雷管的总延时为ｔ＝１４ｘｍｓ２＋２ｘｍｓ３＝ １４ｘ２５＋２ｘ５０＝４５０ ＩＴＩＳ。 该次起爆网络任一结点的准爆率可按下面公 式计算： Ｒ由＝【１一（１一尺 ）ｍ］ 式中Ｒ由是网络中第凡个结点的准爆率；尺 为单发 雷管的准爆率；ｍ为结点雷管的并联数；ｎ为雷管 结点序号。 网络最后一个结点的准爆率，就是整个外接 力网络的可靠度。该网络传爆雷管为２发并联。即 ｍ＝２，最末一个传爆雷管的结点序号为ｎ＝１６，导爆 管单发准爆率为Ｒ ９５％，将以上数据代入公式， 计算得出整个网络的可靠度为： 尺由＝［１一（１一Ｒｆ）１ ＝［１一（１—０．９５）２】 ＝９６．１％ 由此可见，整个网络的设计比较可靠。 ３．３地表柔性覆盖的设计 ３．３．１地表柔性覆盖的方法 根据同类工程经验，采取以下地表柔性覆盖 方法： （１）首先在整个网络联网完成并检查无误后， 在爆区上覆盖新鲜稻草３０ ｃｍ一层，铺盖范围超 出爆区周边２ ｒｆｌ。 （２）在稻草之上铺设硬纸板层（炸药箱等即 可），与稻草覆盖范围一致。 （３）在硬纸板层上面铺设双层铁丝网，网孔直 径为１０ ｃｍ￣１０ ｃｍ。 （４）铁丝网之上用１０￣１６号麻芯钢丝绳盘绕 成１ ｍｘ１ １１３．的网格状，周边挂在提前安装的地锚 上，与铁丝网结合部位及钢丝绳交叉点用１０号铅 丝绑扎。 （５）地锚用ｔｈ２５钢筋加工，锚入地下的深度不 小于１．５ １＂１１。 ３．３．２注意事项 （１）在铺设覆盖层时要特别小心，以免对下部 网络造成损坏。 （２）铺设钢丝绳时不宜拉得过紧，应留有一定 的松弛量。 （３）覆盖爆区前应对爆破网络全面检查，并将 起爆雷管脚线引出覆盖区。 ３．４减震孔的设计 （１）设计思路。在爆破区和１２号坝段之间的 缓冲地带，钻多排深孑Ｌ，当爆破的振动波传至此 时，就会被这些孔吸收消耗掉大部分振动的能量。 使１２号坝段的混凝土受到的地震波速降低至允 许的安全质点振动速度。 （２）根据同类工程经验，在爆区和１２号坝段之 间施钻减震孔，减震孔的主要参数见表２。 表２减震孔参数表 ３．５爆破的安全监测 为了确保左非１２号坝段以及周围建筑物的 ・７・ 规划设计 东北水利水电 上游 ２０１０年第２期 ＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼一＼／一／，＿／一／一／一／＿／一／ 一／＿／／／ （一（～（一≮一（～（一ｔ一（一（一（一＜一ｔ一＜一 ～７～７～７ ～７ ７ 一７～７ 弋 ｔ 弋 一 ｎ ， ７ 。．， ７ ７ ， ７ ， ７ 起爆点 ～≮一ｔ一≮～ｔ—ｔ—ｔ—ｔ一≮～ｔ—ｔ一≮～‘、 ： 、 ～７ ｉｍｓ２ ７ ，～７—７ 一７—７～７ 掏 槽 区 弋 ｔ 弋 弋 ７ ７ ７， ７ ７ ，， ， 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ～ｌ’～Ｉ，～１．～｜～ｌ～ｌ，～Ｉ’～Ｉ，上～｛，～Ｉ，一｛， ●●产严 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ．ｊ一．ｊ～．ｊ一－｝一．３｝一．ｊｆ～．ｊ一．ｊ一．『～．ｊ一．ｊ一．『～．ｊ～ 一 — — — — — — — 一 — — ｍ。 ２／＼ 图１爆破网络图 注：（１）孔内全部装１发ｍｓ９段非电毫秒雷管，地表用２发ｍｓ２非电毫秒雷管并联接力。 （２）起爆点位于爆区中心，采取２发电雷管起爆。 安全，爆破期间在主要部位设置了动态振动监测 点。主要测定左非１２号坝段距爆区最近点的质点 振动速度和加速度，控制爆破振动量级在防护标准 以内。 （１）对于邻近区域有建筑物和设备的爆破环 境，采取密集造孔、分散装药、降低单耗、加强封 堵、采用导爆管接力的孔间微差网络，辅以地表柔 性覆盖等措施．对爆破产生飞石的控制的方法是 完全可行的。 ４爆破的实施及效果 在爆破准备工作就绪后，按三峡工程规定的 时间正式起爆。 （２）通过施钻减震孔、减小单响药量等措施， 完全可以消减爆破产生的地震效应．进而使邻近 大体积混凝土得以保护。 起爆后，看到爆碴堆积于爆区中部，爆碴高度 约２￣３ ｍ，两侧节理面附近形成深约２ ｎｌ的沟槽， ［参考文献］ ［１］张正宇，等．现代水利水电工程爆破［Ｍ］．北京：中国水 利水电出版社．２００２年． ［２］陶颂霖．爆破工程［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９７９． 地表柔性覆盖材料随爆碴隆起。覆盖材料基本完 好，未见有飞石抛射出。 通过对建筑物在爆破时振动参数的测定：质 点振速：０．０４＂－－０．１１ ｃｍ／ｓ；振动频率：３５￣８５ Ｈｚ；持续 ［３］张正宇，张文煊．非电起爆孔间微差爆破技术［Ｊ］．爆破 器材，１９９３． 时间：１５０￣５００ ｍｓ。结果表明：实测爆破振动速度 符合我国爆破振动破坏标准，左非１２号坝段混凝 土完好无损。 【收稿日期】２００９—０９—１８ ５结论 通过本次控制爆破实践，可以得出以下结论： ・［作者简介］（１９６９一），男。陕西人，高级工程师，从事水利水 电工程施工工作。 ８・
