某引水隧洞进口水下混凝土塞爆破

任焕强 ，李荣伟 ,2，于 江

（1.保定市水利水电勘测设计院，河北 保定 071051；2.保定市江河水利咨询监理有限公司,河北 保定 071051）

河北省保定市王快～西大洋水库综合管理工程于2009年4月正式开工，2012年4月基本完工。渠首有压隧洞位于王快水库左坝肩一支沟内，长220m，洞径2.2m，双层钢筋混凝土衬砌。平板检修闸门距取水口70m。

隧洞进口边坡坡度27°。围岩岩性均为白云岩，隧洞进口段处于断层影响带，节理裂隙发育，岩体多呈碎块状，完整性较差，围岩类别为Ⅳ类。隧洞轴线与岩层走向夹角小于10°，岩层缓倾向上游。

王快～西大洋水库综合管理工程是迄今为止河北省水利建设史上工程种类最齐全、地形地质条件最复杂、施工难度最高、施工工期最长的引调水工程。

水下混凝土塞爆破是该工程的关键工程，洞内未设集碴坑，1次成功爆通成型，爆后过流顺畅，泄碴洞室磨蚀轻微，取得了理想的爆破效果。

1 混凝土塞方案选择

该工程渠首取水口附近围岩破碎，常规水下岩塞爆破难以确保爆破效果，附近隧洞施工受地下水影响很大。为了确保堵塞体爆破效果并为今后隧洞施工创造条件，工程建设单位于2002年在王快水库除险加固放空期间，预先对迎水坡进行了削坡处理，并采用现浇混凝土形成堵塞体。泵送混凝土施工方便，混凝土结构均一，有利于爆除。

2 混凝土塞结构及其与围岩接触方式

混凝土堵塞体长2.0m，横断面为圆形，纵断面为梯形，上口直径3.0m，下口直径2.2m，总体呈喇叭状，如图1所示。堵塞体与下游引水隧洞相连，两者轴线重合。堵塞体轴线倾角为0°。

混凝土堵塞体为外围内径2200mm，壁厚16mm的钢管。混凝土表面与钢管壁间布有1层油毡，形成薄弱面以便于爆破。钢管外侧为永久衬砌混凝土。施工程序为：迎水面削坡→渠道明挖→洞挖（长约4m）→钢管安置→隧洞永久衬砌→堵塞体浇筑→回填灌浆。

图1 混凝土堵塞体结构 单位：mm

3 爆破方案及参数选取

3.1 堵塞体爆破特点及爆破方案

目前，岩塞爆破有硐室爆破、排孔爆破及硐室爆破与排孔爆破相结合的综合爆破等多种方法［1-5］。硐室爆破具有经验公式成熟、作用方向明确、岩塞开口尺寸较易控制、爆破把握性大等优点，但由于炸药相对集中，存在爆碴块度不均匀、爆破振动影响大、导洞及药室开挖施工安全条件较差等不利因素。排孔爆破分为中深孔爆破和浅孔爆破，具有施工相对安全、爆碴块度均匀、爆破振动影响小等优点，但目前尚无成熟且规范的方法，其缺点是爆破作用方向不明显，对1次完全爆通技术要求较高。

本工程由于隧洞洞径小，堵塞体方量小而尺寸明确，且要求爆碴块度尽可能小，经比较后采用浅孔排孔爆破方案。鉴于堵塞体与周围钢管之间分布有油毡薄弱面，边界可不进行预裂爆破；为使爆碴块度均匀，炮孔亦应尽可能均匀；为了保证爆破效果和减弱爆破振动，可采用分段毫秒延时爆破，但延迟时间间隔不宜大。为了确保起爆成功，每个装药孔内全长敷设两根导爆索，起爆网路联接方式采用正、副两套网路。

3.2 爆碴级配及孔距分析

爆破时水头高15m，泄碴能力较强。合理的炮孔间距有利于获得理想的爆碴块度及级配。本工程堵塞体为C25混凝土，针对爆碴尺寸小于30cm的要求，炮孔间距取20～55cm。

3.3 孔底预留混凝土厚度

炮孔孔底残留混凝土厚度即孔底至水面的距离，是确保爆破效果和施工安全的重要参数。本工程为人工混凝土堵塞体，尺寸界线明确，钻孔孔深易于控制。钻孔孔底预留混凝土厚度25cm。

3.4 爆破炸药量确定

堵塞体爆破系水下爆破，爆破设计需考虑水深对爆破药量的影响。

水深对装药量 （或炸药单耗）的影响分析一般有折算抵抗线、计算耗损能量及增加单位耗药量K值等方法［6-7］。其中，如采用折算抵抗线法，当水深较大时计算结果明显偏大；计算耗损能量法主要用于岩塞硐室爆破。本工程采用增加单位耗药量K值法，一般按陆上爆破确定的单位耗药量K值增加20%～30%。

本工程采用排孔爆破，爆碴可借助爆炸力和水流作用而泄到下游洞外，故主要考虑爆破应1次爆通形成进水口，以及爆碴块度等问题。

基于爆除的堵塞体体积同装药量成正比关系，按塞体体积计算炸药量，即

式中 Q为炸药量（kg）；V为岩塞体积（m3）；K为单位岩塞体体积耗用的炸药量（kg/m3）。

堵塞体附近岩洞采用常规钻爆法施工，单次循环进尺1.8～2.2m，炸药单耗为2.7～3.0 kg/m3，隧洞成型好，进水口边坡稳定。根据爆破监测资料，采用上述炸药单耗水平时，最易受爆破影响的水库左坝肩及上坝路附近未收到明显的爆破震动信号，迎水面边坡完整，坡脚无落碴，说明爆破对附近构筑物影响小，堵塞体混凝土强度较大。根据上述岩洞爆破经验，为了确保1次爆通成型并防止爆破影响周围建筑物，结合排孔爆破炮孔布置及允许装药量等情况，堵塞体爆破选取K=3.30 kg/m3。

4 爆破设计

本工程钻孔孔径均为42mm，钻孔孔位布置见图2。

4.1 掏槽孔设计

掏槽孔分为中心掏槽孔、扩大掏槽孔和辅助掏槽孔等3部分，钻孔均垂直于堵塞体下口临空面，孔向均平行于洞轴线。

中心掏槽孔不装药，为堵塞体破碎提供膨胀空间。扩大掏槽孔分为4个装药孔、4个空孔，装药孔与空孔相互间隔布置；辅助掏槽孔均为装药孔，单孔装药量1.15kg。

图2 炮孔设计纵断面

4.2 主炮孔设计

主炮孔均为装药孔，单孔装药量1.15kg。炮孔与周边钢管距离25cm。为了确保混凝土与周边钢管分离，同时方便钻孔施工，周边主炮孔呈伞状向外倾斜，倾斜角度为8°，允许误差-2°～0°。

混凝土堵塞体爆破钻孔共计34个，其中装药孔29个，如图3所示。总装药量33.35kg，折合实际单耗3.30kg/m3。堵塞材料采用锚固剂，堵塞长度不小于60cm。爆破参数设计成果见表1。

图3 炮孔布置及爆破网路布置

表1 炮孔参数汇总 单位：cm

4.3 爆破器材与起爆网路设计

4.3.1 炸药采用准32mm乳化炸药

每个装药孔内全长敷设2根导爆索，长度不小于1.25m，随第1卷药卷同时装入。起爆网路见图3，起爆顺序与延迟时间间隔如表2。

表2 起爆顺序与延迟时间

每个炮孔安装4发导爆管，均放入炸药卷内做成起爆药包。除第1个和最后1个药卷不安装导爆雷管外，其他4个药卷均放入导爆雷管，装药结构见图4。

图4 装药结构 单位：mm

4.3.2 起爆网路联接方式

每个炮孔安装4发导爆雷管，正、副2套网路均安装2发导爆雷管。爆破断面分成4个区域，每区有2簇；将8簇雷管采用MS1段导爆管雷管联结，每簇采用2发；共采用4发电雷管起爆，电雷管组成并串并网路［8］。

工程爆破前对爆破器材进行了防水试验（15m水下浸水1h），并按设计爆破网路进行了1︰1原型起爆网路试验，起爆效果良好。

爆破钻孔采用普通手风钻钻进，钻进过程中采用了钻架，并逐孔多次测量钻进精度，孔位偏差小于2cm；其中3个炮孔钻进至设计孔底7～20cm时出现渗水，随即调整了部分炮孔孔深，孔深偏差为-20～5cm。

5 结语

（1）采用爆破方案后混凝土堵塞体爆破1次成型，爆碴下泄顺畅。

（2）经潜水员下水探察，在未设置集碴坑或缓冲坑的情况下，取水口至事故闸门及下游出口均未发现石碴。

（3）爆碴对隧洞衬砌混凝土撞击和磨损较轻，爆破效果良好。

（4）爆破监测是评价爆破效果的重要依据［9-10］。

（5）根据爆破监测资料，最易受爆破影响的水库左坝肩及上坝路附近未收到明显的爆破震动信号，迎水面边坡、左坝肩及竖井等建筑物完好。

（6）塞体外围钢管内壁局部残留约10cm厚的混凝土。由此可见，周边主炮孔距洞壁间距稍大，可进一步优化。

［1］刘美山，余强，王缪斯，等.贵州塘寨电厂取水口岩塞爆破［J］.工程爆破，2011，17(4)：36-40.

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