(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安，710016)

 摘要：本文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，使爆区周边建筑物、设备得以保护；通过施钻减振孔、减少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；减振孔；地震效应

三峡工程左非13号坝段基岩为前震旦纪闪云斜长花岗岩，缓倾角节理较为发育，受23°〈35°及225°〈32°两组节理切割，在坝基上形成一条长约40m，宽25m的条带状楔形体的不利结构，按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2．5m，开挖方量约2000m3。

坝基岩体为弱风化至微风化，岩质较为坚硬，爆区无地下水出露，除地质缺陷部位，总的来说岩石的物理力学特性较为良好。

1问题的提出

与左非13号坝段相邻的左非12号坝段葛洲坝公司浇筑的混凝土已达20m高，左非14号坝段青云公司堆放有大量设备及材料，而且，周围20m远处有一台2000型门机和一台胎带机。不良的边界条件给这一部位开挖造成极大的困难。如果采取常规的爆破方法，不但会造成飞石对爆区周围设备、机具的损害，而且爆破地震效应产生的地震波可能会造成坝体混凝土的开裂；不但会影响到三家承包商的关系，而且对三峡工程带来极大的损失。

对于此种情况，通常采取静态爆破方法，可以解决飞石和地震波的破坏造成的危害。然而，静态膨胀剂价格较高，需用量极大。该方法不仅提高了成本，而且需要一个多月的工期，将会对工程的总进度造成严重影响。由于气温已逐渐变低，气温过低不能充分发挥静态膨胀剂的效能，因此，经讨论弃用了静态爆破方法。

鉴于此，决定采取控制爆破方法对该地质缺陷部位岩体进行开挖。

2控制爆破采取的措施

采取控制爆破方法，必须很好地进行两个方面的控制，即对爆破产生的飞石的控制和对地震效应产生的地震波的控制。爆破产生的空气冲击波和噪声对周边危害不大，可不作为控制项目。

2．1防止飞石的措施

(1)该爆区呈槽形、条带状，四周受到围岩夹制，仅有向上一个方向的自由面，因此，只要对地表自由面加以约束，可以限制飞石沿自由面射出，拟对爆区地表进行全面柔性覆盖，实现对该自出面约束的效果。

(2)改变爆破孔的装药结构，加强孔口堵塞来减少飞石。遇到夹层、节理、断层时适当减少装药量，炮孔上部预留足够的堵塞长度，采用一半黏土一半细沙混合后堵塞，并用炮杆捣密实，以提高堵塞质量。

(3)清理地表的浮石和松动岩块，尤其将炮孔孔口附近的石块清理干净，以免在起爆时抛射远处。

(4)合理设计起爆顺序和时间间隔来减少飞石，确保岩石向临空面方向抛掷，保证沿抵抗线方向完全开裂。

(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振效果较为显著，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振效果比较好。

(2)在距离爆区不远处施钻多排减振孔，通过减振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m，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，而且对降低地月强度也非常有利。

(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l。

 

3控制爆破的方案设计

本次爆破设计是在围绕着防飞石和消减地震效应的思路下展开的。

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32°及35°，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-26型手风钻造孔，钻头直径为42mm，孔径为45mm。

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=πd2ρ/4

式中，Q1为每米孔装药量，kg／m；d为药卷直径，m；ρ为炸药密度，g／cm3。

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25mm的乳化炸药，乳化炸药密度ρ=1．1g/cm3，通过计算可以得出每米装药量为：

Q1=πd2ρ/4=540g/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=1．8。

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=0．3kg／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，S为单孔量炸药承担的爆破面积，㎡。

单位炸药量承担的爆破面积等于孔距(a)与排距(b)之积，即S=ab。

为了便于网络连接，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㎡。爆区形状近似为矩形，中部布置垂直掏槽孔，向两侧钻孔倾角逐渐渐变为与结构面角度一致。孔距取a=1．5m，排距取b=1．2m。单孔爆破面积为S=1．5×1．2=1．8㎡。

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2．5m，因此，孔深H=2．5／sina，其中a为钻孔角度。施工时超钻20cm。

(2)孔底垫层：在孔底放置长为20cm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，LO=(1．0～1．2)W，其中W为最小抵抗线，取封堵长度为1．2m。采用一半黏土一半细沙混合堵塞，并用炮杆捣密实，以提高堵塞质量。

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=Q1(L-LO)

平均孔深为L=3．4m，Q1=0．54kg，单孔平均裟药量Q=0．54×(3．4—1．2)=1．2kg。

总装药量可按下面公式计算：

Q总=Qn

式中，n为总孔数。根据布孔图，总孔数为513个，则总装药量Q总=1．2×513=615kg。

3．2爆破网络的设计

3．2．1爆破网络的选择

为降低爆破对邻近建筑物的振动影响，对单响药量进行了严格控制，爆破振速需控制在7～12cm／s以下(见我国振动破坏标准)，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间微差起爆网络，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，网络设计图如图1所示。其中，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。起爆点位于爆区中心，采取2发电雷管起爆。

 

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5m的规格。

最大单响药量计算Qmax=Qn，式中Q为单孔装药量；n为同时起爆的最多炮孔数。该部位孔深为2．5m，Q=(2．5—1．2)×0．54=0．7kg，n=12，经计算最大单响药量为Qmax=8．4kg。

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25ms的微差式接力式网络，孔外接力雷管的总延时为t=14×25+2×50=450ms。

本次起爆网络任一结点的准爆率可按下面公式计算：

Rdn=[1-(1-Ri)m]n

式中，Rdn是网络中第n个结点的准爆率；Ri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。本网络传爆雷管为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Ri=95％。将以上数据代入公式，计算得出整个网络的可靠度为：

Rdn=[1—(1—Ri)m]n=[1一(1—0．95)2]16=96．1％

由此可见，整个网络的设计比较可靠。

3．3减振孔的设计

(1)设计思路：在爆破区和12号坝段之间的缓冲地带，钻多排深孔，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号坝段之间施钻减振孔，减振孔的主要参数见表2。

 

3．4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。

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。

起爆后，看到爆碴堆积于爆区中部，爆碴高度约约2～3m，两侧节理面附近形成深约2m的沟槽，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。

对建筑物在爆破时振动参数进行测定，质点振速为0．04～0．11cm／s，振动频率为35～85Hz，持续时间为150～500ms。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。

5结论

通过本次控制爆破实践，可以得出以下结论：

(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。

(2)通过施钻减振孔、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到保护。

参考文献

[1]张正字，等．现代水利水电工程爆破[M]．北京：中国水利水电出版社，2002．

[2]陶颂霖．爆破工程[M]．北京：冶金工业出版社，1979．

[3]张正宇，张文煊．塑料导爆管接力起爆网络的实用研究[J]．爆破器材，1993(3)：23～29．

摘自《中国爆破新进展》