第7章-光面爆破施工方案及设计汇总

第7章光面爆破施工方案及设计7.1工程概况大渡河长河坝水电站枢纽工程地处四川省康定县大渡河上游金汤河口下约7km的大渡河上游干流峡谷河段。磨子沟弃渣场位于坝址下游左岸6.5km处左岸磨子沟内，沟内常年有水，在工程施工期和工程运行期，为确保渣场安全，沟水拟采用低坝挡水，隧洞引排至大渡河的处理方式。磨子沟弃堆渣场位于坝址下游，为永久弃渣场，沟水处理工程按照永久建筑物设计。本章编制内容为本标工程石方明挖爆破和石方洞挖爆破施工方案及设计。7.2工程地质条件挡水坝布置于大渡河左岸支沟磨子沟沟口上游约1630m沟内。挡水坝段的磨子沟沟谷狭窄，沟谷形态呈较为对称的“V”型谷，沟谷两侧地形陡峻。右侧自然边坡一般45°～50°，1750m以下见多处陡坎，为覆盖层谷坡；左侧自然边坡40°～45°，相对较缓，谷坡基岩裸露两岸坝肩无大的断裂通过。左坝肩均为岩质边坡，岩性以石英闪长岩为主，穿插花岗细晶岩脉，岩体坚硬较完整，边坡整体稳定。岩体中主要发育的裂隙有四组：①N35°~55°E/SE∠50°~65°,较平直，稍糙，延伸30m～50m，倾坡外；②近SN/W∠5°~10°，平直，稍糙，相对短小，倾坡内；③N30°E/NW∠80°，平直、较粗糙；④N65°W/SW∠50°局部发育。以①、②发育，③、④次之。由于①③及与②④的组合在左侧谷坡倾向坡内，而在右侧谷坡倾向坡外，推测岩体强卸荷水平深度30-35m，弱卸荷水平深度55-60m。磨子沟排水洞进口位于磨子沟上游左侧，出口位于磨子沟下游附近的大渡河左岸。沿线无区域性断裂通过，地质构造以次级小断层、挤压破碎带、节理裂隙为特征，出露基岩主要为一套晋宁期—澄江期的侵入岩——石英闪长岩，其间穿插花岗细晶岩、花岗伟晶岩脉和辉绿岩脉，岩体间呈焊结接触。进口自然边坡40°～45°，洞脸开挖坡向N68°W，设计开挖坡比1：0.4，最大开挖坡高仅18m。进口边坡基岩裸露，岩性为石英闪长岩。岩体以块裂结构为主，表浅部卸荷松驰较明显。主要发育的裂隙优势方位为岩体中主要发育的裂隙有四组：①N30°E/NW∠80°,较平直，稍糙，延伸30m～50m，陡倾坡外；②近EW/N∠7°～10°，平直，稍糙，相对短小，倾坡内；③N35°～55°E/SE∠50°～65°，平直、较粗糙；④N65°W/SW∠50°局部发育。以①、②发育，③、④次之。洞身段桩号0+000～1+690m，长1690m，水平埋深200m～330m，最大450m，垂直埋深120m～230m,最大330m，岩性为石英闪长岩，围岩中裂隙优势发育的构造裂隙有4组：①N20°～30°E/NW∠70°～80°，②N50°～65°W/SW（NE）∠50°～60°，③N35°～55°E/SE∠50°～65°，④EW/N∠45°～50°（少量7°～10°）。裂面多起伏粗糙，延伸长。岩体总体呈块状～次块状结构局部镶嵌结构，部份块裂结构，围岩以Ⅱ类为主，次为Ⅲ类，总体稳定性较好，部份为Ⅳ类，稳定性较差。隧洞侧向埋深不大，洞内地下水较发育，以渗、滴水为主局部线状～其中：进口段0+000～0+023m，长23m，垂直埋深15m～35m，岩性以石英闪长岩为主，该段岩体处于弱风化上段、强卸荷带内，裂隙较发育，洞内地下水较发育，以渗、滴水为主局部线状～小股状水。岩体呈块裂～镶嵌结构，围岩以Ⅳ洞身桩号0+023～0+042段，长19m，垂直埋深35m～70m，岩性为石英闪长岩，岩体处于弱风化下段弱卸荷带内，预测该段岩体以次块状结构～镶嵌结构为主，局部为块状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类。围岩稳定性较好，地下水以渗、滴水为主。洞身桩号0+042+1+578m段，长1536m，垂直埋深120m～230m，最大330m，为石英闪长岩，岩质新鲜坚硬较完整，岩体多以块状结构为主，局部为次块状结构，围岩以Ⅱ类为主，局部为Ⅲ类，稳定性好。洞内地下水较发育，以渗、滴水为主局部线状～小股状水，应加强对地下水的引、排处理。该洞段由于垂直埋深较大，局部有发生岩爆的可能。洞身桩号1+578～1+640m段，长62m，垂直埋深30m～45m，预测该段岩性为石英闪长岩，岩体处于弱风化下段弱卸荷带内，预测该段岩体以次块状结构～镶嵌结构为主，局部为块状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类，围岩稳定性较好。地下水以渗、滴水为主。洞身桩号1+640～1+690m段，长62m，垂直埋深10m～30m，岩性为石英闪长岩性，岩体处于弱风化上段强卸荷带内，裂隙较发育，岩体完整性较差，以块裂结构为主，局部镶嵌结构，围岩以Ⅳ类为主，部分为Ⅲ类，地下水以渗、滴水为主。消能阶梯：桩号1+690～1+708m段，长17m岩性为石英闪长岩，岩体处于弱风化上段强卸荷带内，裂隙较发育，设计开挖坡下部为1：0.2坡高5.0m，上部为1：0.5坡高5～8m不等。出口位于磨子沟沟口下游约230m，自然坡度为35°～40°，基岩裸露。洞脸开挖坡向N68°W，设计开挖坡比1：0.4，最大开挖坡高15m。边坡岩性以石英闪长岩为主，穿插花岗细晶岩脉，主要发育的裂隙有：①N50º～55ºW/NE∠55º～60º，平直，稍糙，延伸长，间距一般5m～10m，局部1m～2m，反坡发育；②近EW/N∠40º～50º，顺坡发育；③N20ºE/NW∠65º～75º，平直、较粗糙，延伸长大，间距2m左右；④N15ºE/SE∠20º裂面多起伏粗糙，断续局部发育。以①、②发育，③、④次之。7.3工期要求2007年2月1日工程开工，2007年12月317.4爆破方案设计原则1、采取光面控制爆破技术，确保边坡稳定性及建基面岩石的完整性，尽量减少爆破对基岩和地下洞室围岩的扰动。2、岩石爆破开挖速度应满足工程进度的需要。3、保证爆后开挖轮廊线与设计开挖线基本吻合。4、尽量减少捡底小炮和人工清挖量，加快工期。5、爆破飞石距离：S≤300m。爆破地震波：距爆源中心60m处，爆破震动速度V≤2.0cm/s；爆破噪声：距爆源中心60m处，噪音不超过80dB；空气冲击波：以不损坏周围建筑物为限。7.5设计依据1、中华人民共和国国家标准《爆破安全规程》（GB6722—2003）。2、《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL47—94）。3、招标阶段技术资料。7.6总体方案选择综合考虑各种因素，采用如下方案爆破：1、边坡：边坡采用台阶爆破及辅助预裂爆破相结合的方式，自上而下分层开挖。采用中小孔径浅孔台阶有序微差爆破、缓冲爆破、预裂爆破等开挖爆破的方式。在开挖过程中，注意边坡开挖后的卸荷裂隙。为保证边坡质量，必须采用预裂爆破技术。2、基础紧邻水平建基面爆破开挖方案爆破方案为“保护层加上部垂直爆破孔爆破法”，预留保护层厚度为2m,据岩石情况,一般采用孔底加柔性垫层的保护层一次爆破方法，在遇局部岩层完整性差的情况下,应采用水平光面爆破。为保证建基面岩石的完整性，开挖保护层时，采用斜向钻孔，小孔径起爆爆破，若岩石比较破碎时，最后尚需用撬挖的办法，达到建基面设计高程。保护层一次爆破的主要技术措施为：⑴多排小梯段爆破。由于有良好的临空面，破碎效果好，使爆炸能量主要沿临空面方向破碎岩石、抛掷岩块，相应减小了底部及侧向岩体的爆炸荷载。⑵用小直径乳化药卷。可使装药沿孔深分散，不偶合系数加大，炸药单耗降低。⑶在药包底部加柔性垫层。垫层段可以缓冲炸药爆炸产生的冲击波和高温、高压气体对水平建基面的岩体的作用。柔性材料可用锯末、旧棉絮、发泡材料等做成，空气也能起到缓冲作用。如果炮孔内有水，柔性材料被水浸泡，或空气垫层段被水填充，垫层则起不到应用的缓冲作用。因此，要求将炮孔内的水清除。垫层段长度由爆破试验确定。垫层段范围内的岩体被爆破震松，易清除。⑷采用孔间微差爆破网络。与常规的爆破相比，孔间微差爆破的部分炮孔是三个临空面条件下起爆的，大大改善了侧向约束条件，从而增加了破碎程度，减少了药量。此方案即控制了爆破对底部岩体的影响，也有效地解决了大面积爆破开挖梯段排数过多、破碎效果差、后排底根高的问题。⑸采用国内已经成熟的宽孔距小抵抗线爆破，可将炸药爆炸能量尽可能用来破碎岩石，从而改善岩石爆破破碎效果，减轻爆破对基岩的破坏作用，且有利于降低单耗。⑹采用不藕合装药结构，增大不藕合系数，可削减爆轰波对岩石的冲击压力峰值，减小破裂区范围，减弱爆破对基岩的破坏作用。⑺提高钻孔精度。在水平方向和垂直方向提高钻孔精度，有利于保证建基面以下岩体的完整和平整度，从而改善爆后基岩的质量。7.7爆破参数设计7.71、爆破规模确定：采用公式：V=K（Q1/3/R）a计算。式中：Q----单响药包重量，kg；R----控制点距爆源中心的距离，m；K，a----与爆破点地质有关的系数；V----控制点的地质震动速度，cm/s。2、安全判据。根据设计原则，V≤2.0cm/s。3、最大允许单响药量计算。根据控爆岩地质条件，参照相关资料，取：K=248a=1.76代入上式，计算出最大允许单响药包如表1：表7-1最大允许单响药量表距离R（m）205070100150200单响药量Q（kg）1.625.068.1200.2675.71601.67.7.7炮孔按设计开挖边坡坡度顺坡度钻孔，其各项爆破参数根据实际情况和以往经验选取如下：⑴炮孔直径：42⑵预裂孔与缓冲孔的间距：L=1.0m；⑶台阶高度H：据不同情况和要求，取H=2.0～2.5m；⑷炮孔深度L：L=2.2～2.8m；⑸孔距a：取a=0.4～0.6m；⑹药卷直径：20mm⑺线装药密度:250～350g/m；⑻装药不偶合系数：2.0⑼炮孔堵塞长度L：L=0.6～0.8m;注：以上参数，均应根据现场实际情况在一定范围内进行调整，但不得违反参数选取的原则。实际参数及装药时一定要综合考虑各种因素，必要时可做试验以确定单耗。7.7缓冲炮孔布置在预裂炮孔之前1.0m处，布置1～2排。炮孔直径为42⑴炮孔直径：42⑵主炮孔与缓冲孔的间距：L=1.2～1.5m；⑶台阶高度H：据不同情况和要求取H=2.0～2.5m；⑷炮孔深度L：L=2.2～2.8m；⑸孔距a：取a=1.5～2.0m；⑹药卷直径：32mm⑺装药方式：连续装药；⑻炮孔堵塞长度L：L=1.3～1.5m；⑼炸药单位耗药量：0.40～0.50kg/m⑽单孔装药量：1.4～3.27.常规梯段爆破是指保护层以上石方爆破，其中岸坡石方开挖采用梯段浅眼小台阶爆破法施工，截水槽石方开挖由于没有临空面，采用设有掏槽爆破区的梯段台阶爆破法施工，掏槽爆破孔布置为倾斜孔，即斜眼掏槽，深度2.5m，二排炮孔，第一排炮孔最大倾角45°，第二排炮孔最大倾角60°；表面孔距2m，表面排距1.0m；爆破方式：采用加强松动爆破，单排孔同时起爆；爆破钻孔采用岩石电钻钻孔。炮孔直径为40mm，台阶高度2.0m～2.5米⑴炮孔直径：40mm；⑵炮孔深度L：据不同情况和要求取L=2.2～2.8m；在开挖过程中,根据实际情况进行调整。⑶排距b：取b=1.3～1.8m；⑷孔距a：取a=2.0～2.5m；⑸药卷直径：32⑹装药方式：连续装药；⑺炮孔堵塞长度L：L=1.4～1.5m；⑻炸药单耗：q=0.45～0.5kg⑼单孔装药量：2.4～4.87.7.7⑴使岩石不产生裂缝的半径（深度）计算：R抗拉=｛（1-2β2）P0R0a1/[σt]｝1/2a式中：R抗拉——岩石不产生裂缝的保护层厚度；[σt]——岩石的允许抗拉强度。⑵使岩石不被压碎的半径（深度）计算：R抗拉=｛P0R0a2/[σt]｝1/2a式中：R抗拉——岩石不被压碎的保护层厚度；[σt]——岩石的允许抗拉强度。根据待爆岩石实际情况，使用二号岩石乳化炸药，其中ρw=1100kg/m3、D=5000m/s、Qw=4.18×106J/kg。R0/R1=2，可求得：P0=3.2×108N/m2，据相关资料,岩石的[σr]=50N/mm2、[σt]=[σr]/10、μ=0.3、R0=32mm。经计算得：β=｛1-2μ/2(1-μ)｝1/2=0.534a1=2-μ/1-μ=1.57a2=2+μ/μR抗拉=｛（1-2β2）P0R0a1/[σt]｝1/2a=26.4cmR抗拉=｛P0R0a2/[σt]｝1/2a=6.8cm经计算,保护层的破坏深度为药卷直径的8.25倍,即基岩离炮孔底部深度大于8.25倍药卷直径时,由应力波产生的切向拉应力小于岩石的动态抗拉强度极限。根据待爆岩石的地质情况，取保护层的破坏深度为药卷直径的9～10倍作为设计参考依据，即40mm的炮孔直径破坏深度为36～40cm。7.7炮孔直径42mm。采用密孔、少药量、且炮孔底部加柔性垫层法施工。预留20cm的撬挖层；柔性垫层长度：10～20cm，通过爆破试验确定；单位炸药耗药量：0.4kg/m3；采用减弱松动爆破；在保护层开挖前先进行爆破试验以取得爆破参数后再进行开挖。同时严格控制钻孔深度，避免钻入建基面。对于岩石边坡预裂爆破，施工前应先进行爆破试验以选用合理的爆破参数，爆后相邻两炮孔间岩面的不平整度要求不大于15cm，孔壁表层不产生明显的爆破裂隙，炮孔痕迹保存率控制在规范SL47-94⑴炮孔直径：40mm；⑵布孔方式：梅花型倾斜布孔；⑶最小抵抗线W：W=0.6m；⑷炮孔深度L：L=1.0m；⑸排距b：b=0.9～1.1m；⑹孔距a：a=1.0～1.3m；⑺药卷直径：￠32mm；⑻单孔装药量：Q=kabL，暂取K=0.3kg/m3，则单孔装药量为：0.50～1.0⑼炮孔堵塞长度L：L=0.5～0.6m;⑽距设计建基面0.2m的岩石，用风镐或人工撬挖。7.据引水隧洞地质条件及岩性、技术规范要求、开挖方法、有关经验公式和以往施工经验，爆破设计按“短进尺、弱爆破、少扰动、勤观察”的原则进行，按围岩类别和建筑物抗震要求严格控制最大一段起爆药量。采用全断面开挖，楔形掏槽，周边轮廓线光面控制爆破，毫秒雷管分段起爆。炸药选用2#岩石乳化炸药(主爆：φ32×200mm×300g，光爆药卷：φ20×200mm×100g)。钻孔直径定为42mm，循环进尺根据不同围岩类别暂定为：Ⅳ类围岩2.0m，Ⅲ类围岩2.排水洞Ⅳ类围岩开挖炮孔深度2.0m(掏槽孔超深0.3m),循环进尺2.01.5m。引水隧洞Ⅲ类围岩开挖炮孔深度2.5m(掏槽孔超深0.3m),循环进尺12.5m。引水隧洞Ⅱ类围岩初拟开挖炮孔深度3.0m(掏槽孔超深0.5m),循环进尺7.8爆破网络设计爆破网络均采用非电毫秒微差起爆网络。预裂炮孔先于梯段主爆炮孔起爆；光面爆破滞后于主爆炮孔起爆。预裂孔及光爆孔用导爆索起爆，捆绑时用竹片支撑，用3段毫秒导爆管雷管分区起爆，根据临空面确定主爆孔的第一排起爆位置。原则是“孔内高段，孔外低段，孔内延时，孔外接力”的网络。7.9施工工艺1、布孔：由专业技术人员根据本设计方案的孔网参数进行布孔。2、钻孔：采用手风钻按布孔位置方向、深度进行钻孔。3、验孔：由专业技术人员用炮杆逐孔检查孔距、孔向及孔深，若不合要求应及时修正。4、装药：按设计方案参数计算所得的各孔装药量计算表（另备），逐孔填装，严禁漏装、多装。5、堵塞：选用半干黄粘土，用炮杆逐孔捣实。6、联网：由专业技术人员联网，并由另两人分别复查。7、警戒：根据现场情况，划出警戒线（距离300米8、起爆：由指挥长发布起爆信号。9、爆后检查：由爆破员进入爆区，检查是否有安全隐患，并及时制定处理措施。7.10安全措施7.1安全目标：实现“四无”、“一控制”、“一达标”。四无——无职工因工死亡事故、无重大交通责任事故、无重大火灾及爆破事故、无机械损伤事故；一控制——控制职工年重伤率在0.06%；一达标——安全生产达到国家标准。7.1坚持“安全第一，预防为主，文明施工”的安全生产方针7.11、建立安全生产责任制和安全生产管理机构，确定每位工作人员的安全职责和工作内容，落实责任，把安全目标分解落实到人；2、建立安全培训教育制度，加强对施工人员的安全教育，定期学习安全生产法律、法规和各项安全管理制度，提高职工安全意识，并加强安全生产操作技能培训，做到人人讲安全，时时讲安全；3、制定各施工环节的具体安全操作规范，从制度上和本质安全上改善安全生产条件；4、贯彻执行国家的有关安全生产、劳动保护的政策，严格执行《爆破安全规程》，遵守《无职工因工死亡事故、中华人民共和国民用爆破物品管理条例》的规定。5、加强安全检查力度，建立安全检查制度和安全奖惩制度7.11、健立健全安全管理机构，设立安全领导小组，按规定配备安全检查员，实行安全责任制；2、施工期间，应在临时便道和施工区边缘设置防护栏和警戒标志。3、进入施工现场的施工人员、操作人员必须接受安全教育，经考核合格，方准上岗作业。4、进入爆破作业现场的人员严禁携带引火物、电池、易燃易爆品、带电体等物品，爆破作业现场严禁吸烟。5、班前、班中严禁饮酒、酗酒和神志不清的人严禁进入爆破作业现场，更不准作业。6、每班施工前，各岗位应认真检查本岗位的设备、工用具及材料等是否完好、合格，发现事故隐患，不得施工，应立即上报项目负责人，待排除故障检查后，方准施工。7、严禁无关人员和车辆进入爆破作业区。8、爆破作业人员在从事爆破施工过程中，应穿戴好劳动防护用品，严格遵守工艺要求和岗位安全要求。9、严格管理施工现场的爆炸药品，严禁私拿私藏爆炸物品。10、施工现场严禁大声喧哗、打闹，杜绝违章指挥、违章作业。11、遇雷雨、闪电、大雾等恶劣天气时，禁止进行爆破作业，照明不足的黄昏和夜晚不准进入爆破作业。12、每班施工完毕后，认真清理现场的爆炸物品和工用具、材料等，并对施工器具进行必要的清洁和按规定存放。13、每次爆破应有记录，如遇盲炮等不安全因素，应由工程技术人员制定处理措施。7、设计施工实行动态管理，根据每次爆破效果，及时调整设计参数和施工工艺，对不同的岩层，使用不同的参数和装药量。15、爆破器材的储存：沙坪电站临时爆破器材库购买的爆破器材，当施工需要爆破器材时，可集中一次运送当日所需爆破器材，对当日未使用完的爆破器材必须清退回爆破器材库，爆破器材库派专人看守，并对库房的爆破器材认真如实记录；领取时必须由爆破员亲自领取，并登记后方可离库。16、火工品的运输：①、炸药与雷管应分别放在两个专用背包或木箱内；禁止装在衣袋内；②、领到爆破器材后应直接送到爆破点，禁止乱丢乱放；③、一人一次限运送起爆器材10公斤17、装药原则及注意事项：①、装药时，装药工必须采用不发生火花的炮棍装填爆破物品，按设计装药量装填后必须进行堵塞，保证堵孔长度和填塞质量。装药完成后再从远离起爆端开始实施爆破警戒，警戒人员都应有口哨和小红旗，能放出声响和视觉信号。当警戒完成后，由现场负责人发出起爆指令，起爆员起爆。所有施工人员均应戴安全帽。②、装药时防止药包与雷管脱离而拒爆，装入起爆药包后，严禁强力捣压起爆药包；③、装药时密度要适中。连续装药进不能有间断；间隔装药时分隔药包中要放好起爆药包；④、有水孔时，要做好药包的防水处理或采用抗水炸药。18、盲炮处理原则及注意事项：①、处理盲炮时，无关人员不准在场；并在警戒区边界设置警戒岗哨，禁止闲杂人员进入；②、禁止拉出或掏出起爆药包；③、处理盲炮时必须按《爆破安全规程》中有关操作细节进行处理；④、盲炮处理完毕后，收集残余爆破器材并作好记录；⑤、盲炮应当班处理，若不便当班处理应留人值守。7.11安全评估及防范措施7.11.1爆破公害及安全评估表7-2爆破公害及安全评估序号项目指标设计值直观感觉1飞石mSmax=300不影响人、物的安全2噪声dB65～8050米3地震波cm/s260米4灰尘有风时约1.5分钟散尽，无风时约3分钟散尽5各工种作业管制min20有效警戒时间7.11、起爆时间：爆破作业前，发出安全告示，通知爆破时间及有关注意事项。根据工程进度和作业面的情况，大致确定爆破时间分为2个时段，原则上避开各工种上班高峰期，第一个时段为中午12:00—1:30；第二个时段为下午6:0