第一篇：崖羊山水電站石料場主堆石料開采洞室大爆破設(shè)計與施工

崖羊山水電站石料場主堆石料開采洞室大爆破設(shè)計與施工

劉美山

1劉存福

2（1 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室 湖北武漢 430010 武警水電第一總隊 廣西南寧 530028）

摘要：洞室大爆破以開采面板堆石壩壩料為目的，爆破總方量38萬m3，總裝藥量264.54T，平均炸藥單耗0.70kg/m3，最小抵抗線：17.6～21.9m，起爆段數(shù)48段，最大單響藥量<10T。本文介紹了本次爆破的設(shè)計與施工情況。

關(guān)鍵詞：崖羊山水電站

面板堆石壩

壩料

洞室爆破

1． 工程概況

崖羊山水電站位于云南省思茅地區(qū)墨江哈尼族自治區(qū)與普洱哈尼族彝族自治區(qū)的界河把邊江(下游稱李仙江)河段上，屬李仙江干流河段水電規(guī)劃七級開發(fā)方案中的第一級，壩型為面板堆石壩，最大壩高88m，裝機容量120MW。工程共需堆石料138萬m3，石料場位于壩址下游，開采范圍在高程▽850m～1050m之間，開采面積約為7.5×104m2，地形完整。李仙江一側(cè)地形陡峻，達52°，挖魯河右岸一側(cè)相對較緩，為42°左右。挖魯河大溝在料場范圍內(nèi)溝底平緩，溝底縱坡僅10°左右，且地形較寬闊。850m高程以下為挖魯河進口處高達50m的陡崖瀑布段。

料場位于曼牙山向斜南西翼，靠近向斜軸部，地層巖性為曼崗巖性組上段第2層（K1m2-2）紫紅色石英砂巖、中～細粒砂巖夾含泥礫砂巖、礫巖、泥巖。泥巖夾層少，夾層厚度一般為1m～2m。該石料場砂巖與泥巖比例約為85:15。巖層產(chǎn)狀N70°～85°E，SW（NE）∠35°～70°。主要斷層有F3、F21、F22、F24，其中F22、F24屬Ⅱ級結(jié)構(gòu)面，其它屬Ⅲ級結(jié)構(gòu)面。Ⅳ級結(jié)構(gòu)面（如f3、f5）較發(fā)育，多屬層間擠壓性質(zhì)，發(fā)育間距一般為3m～13m，局部密集發(fā)育，間距僅為0.2m～0.5m。屬Ⅴ級結(jié)構(gòu)面的節(jié)理較發(fā)育。石料場巖體強風(fēng)化帶下限埋深約0m～18m，弱風(fēng)化帶下限深約17m～32m。局部地帶分布有坡積混崩塌堆積，由大石塊、塊石、碎石、粘土等組成，厚1.6m～17.45m。主要分布于挖魯河右岸緩坡地帶。

石料主要利用弱風(fēng)化帶及以下巖體，其巖體質(zhì)量RQD值為77%～88%，平均為83%，BSD值為60%～86%，巖體Jv在6條/m3～21.8條/ m3間，巖體較完整。弱風(fēng)化砂巖單軸濕抗壓強度平均值為89.8Mpa，微風(fēng)化石英砂巖單軸濕抗壓強度平均值為96.4Mpa，屬堅硬巖石。弱風(fēng)化粉砂巖單軸濕抗壓強度為59.3Mpa，微風(fēng)化單軸濕抗壓強度平均強度為86.2Mpa，屬中等堅硬～堅硬巖。

2． 爆破設(shè)計

2.1 爆破方案

由于崖羊山水電站面板堆石壩月上壩強度達25萬m3，需要對料場進行統(tǒng)一規(guī)劃，分期分次進行爆破，首次爆破方量大約38萬m3，一次爆破完成。要求級配符合主堆石料的上壩要求，塊度小于80cm，大于80cm進行解炮。經(jīng)過綜合分析后，確定方案要點如下：

（1）由于開挖寬度大于150m，而條形藥室能量分布比較均勻，對石料塊度和級配的控制比較好，因此采用條形藥室布置方案。

（2）首次爆破開挖高程選擇在▽810～900m之間，高度接近100m，根據(jù)一般洞室爆破開采面板堆石壩壩料的經(jīng)驗，需要分層布置藥室，層高選擇25m，▽810m布置一層藥室，▽835m布置第二層，▽860m布置第三層藥室。

（3）爆區(qū)總長度大約150m，而且工期要求比較緊張，為了方便開挖洞室，每層分2個主導(dǎo)洞。（4）爆破以開采級配料為目的，要求塊度小于80cm，大塊率盡量低，因此按加強松動爆破設(shè)計。（5）設(shè)計采用塑料導(dǎo)爆管非電起爆網(wǎng)路，利用其分段靈活的特點，通過多分段，使先爆藥室為后爆藥室創(chuàng)造出良好的臨空面，并且通過控制分段時間，使先爆藥室和后爆藥室的爆渣相互碰撞，改善石料的破碎質(zhì)量。同時可避免各種雜散電流對起爆網(wǎng)路的影響。

（6）采用微差起爆，盡量降低單響藥量，避免爆破振動和爆破飛石對周圍的保護物造成影響。

—1—

2.2 爆破參數(shù)

（1）最小抵抗線W：根據(jù)國內(nèi)面板壩主堆石料的開采經(jīng)驗，結(jié)合料場地形、巖性，最小抵抗線按20m左右控制。在實際設(shè)計中，由于地形復(fù)雜，有個別藥室的最小抵抗線大于20m。

（2）W/H值的確定：為了減小“崩塌”部分的體積，保證爆破塊度均勻，W/H值設(shè)計為0.60～0.90。（3）藥室排數(shù)及層數(shù)：爆區(qū)平均爆落高差H大約100m，約為最小抵抗線的3~5倍，采深約70m，所以需分層、分排布置藥室。根據(jù)高差及最小抵抗線分布，確定層高b為25m。▽810m以上共布置3層藥室。上層藥室布置于▽860m高程，布置2排；中層藥室布置于▽835m高程，布置2排；下層藥室布置于▽810m高程，布置3排。

（3）爆破作用指數(shù)n：按加強松動爆破設(shè)計，爆破作用指數(shù)n取0.60~0.90，前排取小值，后排取大值。上層取小值，下層取大值。

（4）條形藥包壓縮圈半徑：Rr?0.56?q/?

下破裂半徑：R?W1?n2

2上破裂半徑：R??W1??n

式中△—為裝藥密度，取850kg/m3；μ—壓縮系數(shù)，崖羊山巖石μ取12；q—線裝藥密度，kg/m；R—下破裂半徑，m；R′—上破裂線半徑，m；β—上向崩塌范圍系數(shù)，對中硬巖石按β=1+0.04(α/10)3計算，當(dāng)原地形坡度α為30～65°時，取為2.1～12.0。根據(jù)地形條件及巖石性質(zhì)上破裂線坡度大約是70°。

（5）條形藥包藥量計算采用下式：

Q?KW2(0.4?0.6n3)?e?L

式中：W—最小抵抗線，m；e—炸藥品種換算系數(shù)，e等于1.0與1.05時, 分別對應(yīng)于2#巖石銨梯炸藥和銨油炸藥；L—裝藥長度，m。

天箐ECAFDBA、B為底層藥室；C、D為中層藥室；E、F為上層藥室。

圖1 藥室布置平面圖

—2— 2.3 藥室、導(dǎo)洞設(shè)計

最小抵抗線按20m控制，最大線裝藥密度為504.1kg/m，滿足一般巷道布藥要求，爆破裝藥、堵塞采用人工完成，因此藥室、導(dǎo)洞設(shè)計以方便人員出入和裝夠設(shè)計藥量為基本要求，洞室開挖成半圓拱型或城門拱型，斷面輪廓尺寸如下：導(dǎo)洞斷面：1.2m×1.8m；藥室斷面：1.2m×1.7m。藥室總長度889.9m，主導(dǎo)洞長度322m，開挖總長度為1211.9m。各藥室、導(dǎo)洞設(shè)計全部為平洞，為便于出渣和排水，導(dǎo)洞按0.3%的順坡設(shè)計。

剖面5-5

圖2 典型的藥室布置剖面

2.4 堵塞設(shè)計

導(dǎo)洞洞口堵塞長度為8m，藥室與導(dǎo)洞交叉段橫向堵塞6m（主洞中心每側(cè)3m），縱向堵塞6m，前排藥室與主導(dǎo)洞交叉部位沿導(dǎo)洞出口方向堵塞6m；

2.5 起爆網(wǎng)路設(shè)計

采用非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，各藥室起爆體內(nèi)使用的雷管段別有： Ms14、Ms15。接力雷管以Ms2、Ms3、Ms5、Ms7為主。各藥室起爆雷管及接力雷管均采用10發(fā)并聯(lián)聯(lián)結(jié)形式。同一藥室內(nèi)部分段時差為25或50毫秒，同一層排間藥室以Ms5段間隔，上下層相鄰藥室用Ms7段間隔。

3． 爆破安全評估

3.1 爆破地震波

依據(jù)國家《爆破安全規(guī)程》（GB6722-86）的規(guī)定，水工建筑物及房屋都有其各自的安全控制標(biāo)準(zhǔn)，由于通天箐料場距離水工建筑物的距離都比較遠，而附近的民用住房距離相對較近，距離大約在500m以上。因此采用磚砌房屋作為本次爆破的控制建筑物。磚砌房屋的允許振動速度的標(biāo)準(zhǔn)為2~3cm/s。

本次爆破底標(biāo)高在▽810m高程，與磚砌房屋大致在同一高程。爆破產(chǎn)生的振動速度按下式計算：

V?K(Q1/3/R)?

最大單響藥量按下式計算：

Q?R3(VK)3/?

式中Q─最大單響藥量，kg；V─爆破質(zhì)點震速，cm/s；K、α─與爆破點地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，取K＝150，α＝1.60。

取距離為500m，質(zhì)點控制振動速度為2cm/s，代入上式計算得最大單響藥量為38.121噸。為了增大安全系數(shù)，充分保證周圍建筑物的安全，本次爆破最大單響藥量按10噸設(shè)計。

3.2 個別飛石安全距離Rf計算

—3— 采用下面經(jīng)驗公式計算個別飛石安全距離：

Rf?20kfn2W

式中K─與巖土性質(zhì)和被保護物有關(guān)的系數(shù),對人取1.5，對建筑物取1.0；n─最大一個藥包的爆破作用指數(shù)；W─最大一個藥包的最小抵抗線，m。本次爆破最頂層前排n=0.60，W=21.9m，個別飛石的安全離分別取為：236.52m（人）和157.68m（建筑物）。為確保安全，本次爆破的人員安全警戒半徑為800m, 機械設(shè)備的安全警戒半徑為500m。

3.3 空氣沖擊波

采用條形藥室，端部抵抗線約束較大，設(shè)計抵抗線較一致，可以保證爆生氣體不會從局部突破逸出，不會對周圍建筑物造成空氣沖擊波危害，但爆區(qū)側(cè)面的業(yè)主和施工單位的房屋也要密切注意，爆破有可能對空氣沖擊波產(chǎn)生聚焦效應(yīng)，爆破時房屋的窗戶必須打開，以防窗玻璃破壞。

4． 爆破施工

4.1 導(dǎo)洞開挖施工

導(dǎo)洞開挖前，嚴格按設(shè)計坐標(biāo)和高程測量放樣，主導(dǎo)洞的水平位置根據(jù)實際地形可適當(dāng)t調(diào)整，但高程不得變動。藥室的位置和高程允許誤差為±0.2m，在導(dǎo)洞的開挖過程中，應(yīng)隨時用測量儀器進行測量，及時調(diào)整方向；開挖前，應(yīng)將洞口周圍的碎石清理干凈，并留出不少于1.5m寬的平臺，洞口必須作好支護工作，支護的頂板至少應(yīng)伸出洞口50cm；平洞洞口的上部山坡，不準(zhǔn)有不穩(wěn)定的石塊或浮石，整個施工過程中，都應(yīng)隨時檢查，及時清除；平洞掘進過程中，如有地下水，應(yīng)靠一側(cè)挖掘排水溝；平洞通過巖石破碎帶時，應(yīng)加強支護；在放炮前一個星期，對開挖后的導(dǎo)洞和藥室進行實測，將實測控制點投影到地表并實測剖面，以便校核最小抵抗線和可能逸出方向的剖面，并按實測結(jié)果調(diào)整裝藥量。

4.2 裝藥、堵塞施工

裝藥之前應(yīng)對藥室進行全面檢查，清除危巖，藥室中有水，應(yīng)采取防水防潮措施；條形藥室裝藥采用不耦合裝藥，沿藥室最小抵抗線一側(cè)均勻堆放，并保證堆放穩(wěn)定；裝藥應(yīng)分布均勻，裝藥開始時應(yīng)確認每袋（箱）藥重量及每米藥室裝藥袋（箱）數(shù)；各藥室所用炸藥可臨時堆放于洞口平坦空地，采用人工手推車運輸，各藥室裝藥量必須專人統(tǒng)計，確保裝藥量正確；起爆體要專人事先制作，每個起爆體裝藥20～25kg，放5m導(dǎo)爆索及6~8發(fā)非電塑料導(dǎo)爆管起爆雷管；每個藥室放置一個正起爆體，并在藥室中每隔5～8m，布置一個副起爆體，正副起爆體用2根導(dǎo)爆索相連接；堵塞料事先準(zhǔn)備充分，采用袋裝石渣或表層土；堵塞應(yīng)保證密實，洞室上部不得留空洞，地下水較大的藥室, 堵塞時不得將排水通道堵?。欢氯麜r應(yīng)保護好起爆網(wǎng)路。

4.3 起爆網(wǎng)絡(luò)施工

裝有不同段別的起爆體要對號入室，杜絕錯裝；各藥室起爆網(wǎng)路聯(lián)接應(yīng)有專人負責(zé)，按從里到外的順序進行；藥室內(nèi)的導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索均輕輕壓放在上層炸藥袋的下面，并固定好，不得裸露在炸藥表面。接力雷管放在堵塞段，且用廢膠皮風(fēng)管包裹保護；堵塞段的導(dǎo)爆管要用袋裝細沙上下壓實，不得接觸硬、尖的的物體，在壓實之前要檢查每根導(dǎo)爆管有無破損，有破損務(wù)必要更換雷管重新聯(lián)結(jié)；導(dǎo)洞內(nèi)的導(dǎo)爆管要求在導(dǎo)洞邊幫下角地面鋪設(shè)一層細沙袋，沙袋厚度大于30cm，然后將導(dǎo)爆管檢查無誤后集中成一束平鋪在沙袋上面，然后再在上面壓一層細沙袋，沙袋厚度同樣不得少于30cm；引出洞口的導(dǎo)爆管要懸掛在導(dǎo)洞洞臉上部，等候總網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)；網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)和防護要責(zé)任到人，加強管理；裝藥堵塞之前要對所有工人進行網(wǎng)絡(luò)保護教育，增強網(wǎng)絡(luò)保護意識。

4.4 爆破安全

爆區(qū)周圍的保護物結(jié)構(gòu)差異較大，抗震動破壞能力各不相同，為了避免爆破后引起不必要的麻煩，—4— 爆破前對保護物進行了宏觀調(diào)查。調(diào)查方法是在爆破前后，用錄象、照相和目測等手段，把觀測對象的特征進行描述記錄，以對比爆破前后被觀測對象的變化情況。尤其對于老百姓的民房，除了采用錄象、照相手段以外，還將對有缺陷的民房采用貼紙條、畫鉛筆線的辦法進行記錄。以上宏觀調(diào)查資料結(jié)合振動測試結(jié)果分析，作為評估爆破振動影響程度的依據(jù)。爆破前，結(jié)合本次爆破的特點，對有關(guān)人員及工人進行技術(shù)交底及培訓(xùn)。

大爆破之前為作好人員撤離工作，應(yīng)將爆破危險區(qū)范圍、要求撤離的時間、地點（方向）、起爆信號、警戒信號、安全防護方法及措施等內(nèi)容以書面形式正式通知當(dāng)?shù)卣按褰M，并張貼宣傳，人員撤離前，熄滅一切火源，認真作好爆破安全防護工作。

爆后險情查看工作應(yīng)派有經(jīng)驗的技術(shù)人員進行，對有關(guān)險情及時報告并處理，特別要注意邊坡危巖處理工作。爆后檢查瞎炮及危巖情況，提出處理意見，及時處理；對爆區(qū)周圍建筑物進行調(diào)查，確認有無破壞。

5． 實施效果

爆破總方量：38萬m3（東側(cè)端頭藥室向內(nèi)側(cè)移動后方量有所增大）；總裝藥量：264.54(其中優(yōu)質(zhì)2#巖石銨梯炸藥占10%，其余為銨油炸藥)；平均炸藥單耗：0.70kg/m3；導(dǎo)洞開挖總長度：1211.9m（其中主導(dǎo)洞長度322m，藥室長度889.9m）；每米爆破方量：310m3左右；最小抵抗線：17.6～21.9m；起爆段數(shù)：48段；最大單響藥量：<10T 錄像資料和爆后現(xiàn)場檢查表明，所有藥室都安全起爆。由于靠主山體一排藥室端部增加了藥量，上破裂線向后和向上延伸較多，爆破方量略微超過原設(shè)計的實際方量。爆渣堆積在設(shè)計的塌散范圍內(nèi)，爆破飛石最大距離小于80m。山體巖石爆破破碎充分，塊度均勻，大塊率約5％，滿足堆石料的級配要求。爆破震動得到了有效控制，實地調(diào)查表明民房結(jié)構(gòu)未受任何損害。爆破獲得了圓滿成功。

參考文獻

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鋒．復(fù)雜環(huán)境下控制拋擲洞室爆破[J]．爆破，2001（1）：76-80

Chamber Blasting Design and Execution of the Main Dam Rocks Excavation for Rock-fill Dam on the Quarry of Yayangshan Reservoir

Liu Meishan1

Liu Cunfu2

（1 The Key Laboratory of Rock-soil Mechanics and Engineering of Water Resources Ministry, Hubei Wuhan 430010）

(2 The First Hydropower General Team of People’s Armed Police of China, Guangxi Nanning, 530028)

Abstract: The purpose of the chamber blasting was producing the main dam rocks for rock-fill dam, the blasting overall volume was 380 thousands m3，the average dynamite consume was 0.70kg/m3, the minimal burden is 17.6~21.9m，the numbers of interval is 48, the most single fire dynamite < 10t。The paper introduced the design and execution。

Key words：Yayangshan Reservoir Rock-fill Dam Main Dam Rocks Chamber Blasting

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