大孔径浅孔分层微差爆破技术在南水北调中线一期工程焦作2段的应用分析

摘要:在南水北调中线一期工程焦作2段第4施工标段工程中，改变传统常规深孔台阶爆破技术，推广采用大孔径浅孔分层微差爆破技术，取得了较好的经济效益和社会效益。本文主要讨论了爆破参数和单孔装药量的计算，根据爆破安全规程中规定的爆破振动和飞石安全距离，确定了一次齐爆的最大药量。另外还阐述了爆破网络、爆破施工应注意的问题等。

关键词: 大孔径 抵抗线 浅孔 台阶爆破 微差爆破

1工程概况

1.1渠道工程简述

焦作2段第4施工标段位于河南省焦作市南水北调中线一期工程总干渠，设计桩号Ⅳ55+900～Ⅳ61+500，总长5.6km。其中渠道长5.169km，建筑物长0.431km。渠道为梯形断面，设计渠底宽度为16～26.5m，渠道内一级边坡为1:0.4～1:2.25，渠底高程96.79～96.37m，一级马道(堤顶)宽5.0m，渠道纵比降为1/23000。

混凝土衬砌厚度基本为渠坡10cm，渠底为8cm。混凝土衬砌强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。

全渠段采用复合土工膜防渗。在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层。在渠道开口线与永久占地线之间设有截（导）流沟、防洪堤、林带。截流沟纵比降根据地形确定，为防止冲刷，纵比降较陡处全断面采用干砌石护砌。

爆破部分渠道为梯形断面，设计渠底下口宽度为26.5m，渠道内一级边坡为1:0.4，渠底高程96.37m，一级马道(堤顶)宽5.0m，马道高程105.84m；此爆破段零散分布，全长约260m，爆破开挖深度最高12m。

1.2溃城寨河渠道倒虹吸工程简述

溃城寨河渠道倒虹吸工程属焦作2段的河渠交叉建筑物，位于河南省焦作市马村区九里山乡东北约1.5km的溃城寨村北，工程场区南250m左右有乡村公路通过，交通便利。倒虹吸进口渐变段起点设计桩号Ⅳ57+155.5，大地坐标：X＝3910960.154，Y＝38445334.099，出口渐变段终点：Ⅳ57+586.5，大地坐标：X=3911185.014,Y=38445701.793。渠道倒虹吸建筑物总长431m，其中管身段水平投影长310m，其设计流量为260m3/s，加大流量为310m3/s，设计水头0.19m。溃城寨河渠道倒虹吸由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口节制闸和出口渐变段组成。

本次爆破重点在溃城寨河渠道倒虹吸进口处附近的山头，爆点距离民房最近距离35m（进口渐变段附近距离东南居民），西北侧距离铁路线最近为40m，环境较为复杂。

根据以上具体的情况，施工时应做到以下几点：

1）分段、分层爆破开挖至设计标高；

2）采取措施保证爆破地震波、个别飞石和冲击波不对周围建筑物及其施工设备造成损害；

2南水北调中线一期工程总干渠焦作2段第四施工标段爆破施工方案设计

施工地点距附近的民用建筑及交通干道较近，施工区域边界内有铁路线，影响着施工作业面的全面展开。因施工方法以爆破为主，为保证周围建筑物及设施的安全，必须采取严格的控制措施，以防止爆破震动过大及飞石的产生，所以不能采用大规模的爆破方法，这对施工进度有较大的影响。

本次爆破主要采取大孔径浅孔分层爆破施工，采取移动式液压潜孔钻机DFYZ30钻孔，炮孔直径为70mm。

爆破参数选取如下

2.1布孔方式

采用平行于开挖线，边坡采用预裂爆破，先在设计边坡上布设一排顺坡的预裂炮孔，平行布设炮孔。每一爆破循环的爆破规模限制在10排以内。

对单向斜坡小台阶浅眼爆破，其炮眼布置见图1所示。

开挖方向

图1单斜坡浅孔爆破炮眼布置及起爆顺序图

（1～5为钻孔排数）

2.2炮孔深度及其最小抵抗线

根据资料确定：

L=（1.1―1.5）H(1)

W=（0.6―0.8）H (2)

式中L为最大炮孔深度，单位为米（m）；H为爆破层厚度，单位为米（m）；W为最小抵抗线，单位为米（m）。

根据钻孔设备类型、周边环境以及施工进度考虑，爆破层厚度选取H=3m，则L=3.3―4.5m，选取3.5m，W=1.8―2.4m，选取2m。

2.3炮孔间距和排距

根据资料确定：

a=（1.4―2.0）W(3)

b=（0.8―1.2）W(4)

式中a为炮孔间距，单位为米（m）；b为炮孔排距，单位为米（m）。

参照公式（3）的计算值，选取炮孔间距a=3m；参照公式（4）的计算值，选取炮孔间距b=2m；

2.4每孔装药量（Q）计算

根据爆破体积公式计算：

Q=K×q×L×a×b (5)

式中K为考虑节理、裂隙发育的药量减弱系数，K选取0.33；q为单位炸药消耗量，单位为千克每立方米（Kg/m3）按f= 6―8，查表得q=0.53 Kg/m3；a为炮孔间距，单位为米（m）；b为炮孔排距，单位为米（m）。经计算Q=0.33×0.53×3.5×3×2=3.6729Kg

2.5一次齐爆药量的计算

2.5.1按爆破振动安全允许距离计算

根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定确定

（6）

式中：

R为爆破振动安全允许距离，单位为米（m）；

Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，单位为千克（kg )；

V为保护对象所在地质点振动安全允许速度，单位为厘米每秒（cm / s ) 选取V=0.7 cm / s；

K、a为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数选取k=150,a=1.5。

以距离为35m民房为保护目标计算的Q=34.2Kg。

2.5.2按个别爆破飞石的最大水平距离计算

根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定确定

（7）

式中：V为飞石初速度，m/s；

Q为单孔最大药量，kg；

W为最小抵抗线，m；

K为系数，1.0~1.5选取1.0；

G为重力加速度，9.8m/s；

S为个别飞石水平方向的距离，m；

α为飞石的抛射角。

当α=45°时，个别飞石的水平距离最远。以距离为35m民房为保护目标，通过公式的反向计算Q=7.13Kg。

经过上述比较，最终确定一次齐爆药量为7Kg。设计每段起爆2个孔，每孔装药3.5Kg。

2.6爆破网络设计

爆破网络一般采取孔内微差和孔外延时的设计方法。为了保证爆破网络的安全，孔内微差一般要大于孔外延时的最大时间，根据施工工地的实际情况和现有国产的高精度毫秒非电雷管的类型，本工程决定采取孔内微差为9段310ms高精度毫秒非电雷管。

根据施工现场爆破山体的自由面状况，本工程设计的孔外延时网络主要为斜线型起爆网络和直线型起爆网络两种形式。

2.6.1斜线型起爆网络

斜线型起爆网络适应于爆区爆破体有两个自由面的情况，根据炮孔间距和排距的大小以及现有国产高精度毫秒非电雷管类型，本工程选取孔外延时为3段50ms。爆破网络连接如图2所示，每个炮孔旁数字表示该炮孔的起爆时间（ms），实线表示网络连接。

2.6.2直线型起爆网络

直线型起爆网络适应于爆区爆破体只有一个自由面的情况，根据炮孔间距和排距的大小以及现有国产高精度毫秒非电雷管类型，本工程选取孔外延时为3段50ms。爆破网络连接如图3所示，每个炮孔旁数字表示该炮孔的起爆时间（ms），实线表示网络连接。

图2斜线型起爆网络示意图

图3线型起爆网络示意图

2.7施工中应主要注意问题

2.7.1遵循多钻孔、少装药、分层爆破的原则；

2.7.2开钻前尽可能平整好工作面，处理好前排炮留下的根底和撑子面；

2.7.3钻孔按照“准”“正”“平”“直”“齐”的要求使孔位、孔深、孔斜控制在允许误差范围内，根据孔口位置的高低控制孔深，保证孔底在同一平面上，钻孔完毕要用编织袋堵塞好以防止石块进入炮孔；

2.7.4严格按照爆破设计计算装药量装药，必须保证堵塞长度，当堵塞长度不够时，须对药量进行调整。

2.7.5为了防止飞石，爆区地面采取胶皮带全面均匀覆盖。

3爆破效果

大孔径浅孔分层微差爆破技术在中国水利水电第十一工程局有限公司南水北调中线一期工程焦2-4项目上使用了2年多，得到了中国水利水电第十一工程局有限公司的领导、焦2-4项目部领导、现场管理人员的一致认可，取得了较好的爆破效果和经济效果。

3.1爆破块度好，大块率低，二次爆破量少，铲装方便，节约了大块解体破碎费用，能较好满足石料需求，并为清运创造了良好条件。

3.2本工程爆破设计和施工有效的控制了岩石爆破范围，有效的控制了爆破振动、空气冲击波、飞石的危害，既保证了工程的进度和质量又保证了人员、周边建筑和设备的安全。

3.3大孔径浅孔分层微差爆破技术和中深孔爆破技术相比，减少了岩石炸药单耗，根据以往的施工经验，岩石炸药单耗一般为0.3Kg/m3左右，而本工程实际岩石炸药单耗仅为0.2 Kg/m3。节约了施工成本，取得了很好的经济效益。

参考文献

[1]陈星明,邓永康.逐孔起爆技术在黄山石灰石矿山中的应用【J】.爆破，2009.

[2]孙清临,王立宏.浅孔微差爆破技术在石方开挖中德应用[J].工程爆破,2002.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。