水利水電工程中孤石爆破的飛石危害及控制

水利水電工程中孤石爆破的飛石危害及控制

在節(jié)水電工程中，單石經(jīng)常容易分解小爆炸。特別是在石材開采過程中，為了降低項目成本，經(jīng)常使用開孔和大爆炸。孤石爆破在水利水電施工中應(yīng)用廣泛,飛石危害的控制尤為突出。1爆破參數(shù)與飛石隨著爆破技術(shù)發(fā)展,爆破技術(shù)人員對爆破飛石產(chǎn)生的機理及原因有著較為全面和深刻的認(rèn)識,歸納起來有兩個方面:一是設(shè)計原因,二是施工原因。合理科學(xué)的爆破設(shè)計建立在對爆破體介質(zhì)特性完全掌握的基礎(chǔ)之上;根據(jù)爆破體的特性選擇合理的爆破參數(shù),是達(dá)到預(yù)期爆破效果的關(guān)鍵。飛石的產(chǎn)生與爆破體力學(xué)性質(zhì)及其與炸藥匹配、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、爆破參數(shù)等因素相聯(lián)系。一般情況下,巖石越“硬”、“脆”,越易產(chǎn)生飛石;巖體節(jié)理裂隙及片理、節(jié)理越發(fā)育,因不確定性更明顯,炸藥能量釋放過快,越易產(chǎn)生飛石;在爆破體介質(zhì)特性同等條件下,單位耗藥量越大越易產(chǎn)生飛石或飛石距離愈遠(yuǎn)(有研究表明:淺眼爆破0.2kg/m3的炸藥單耗不會使巖石向前有任何移動,只能破碎巖石;通常0.4kg/m3的炸藥單耗可使巖石向前拋擲20～30m);孔網(wǎng)面積和孔徑越大,炸藥在巖體內(nèi)分布越不均勻,越易產(chǎn)生飛石。另堵塞長度偏大或偏小,微差延時爆破的延時時間偏長或偏短,同樣是產(chǎn)生飛石的原因。2單帶爆炸石特征2.1最小抵抗線角度無變化天然孤石或大型爆破過程中形成的大塊石幾何尺寸極不規(guī)則,設(shè)計人員很難真正把握最小抵抗線的大小及方向,容易造成理論設(shè)計與實際之間的差距,在實際最小抵抗線方向飛石拋擲距離超出安全距離。2.2巨大全面飛石孤石巖體一般相對完整,但長期受各種自然因素風(fēng)化后形成孤石(如巨礫石),其質(zhì)地一般“硬”而“脆”,且臨空面好,極易產(chǎn)生超距離飛石;有些孤石內(nèi)部也存在不同發(fā)育程度的節(jié)理、劈理等地質(zhì)結(jié)構(gòu),炸藥爆炸時能量釋放過快易形成個別遠(yuǎn)距離飛石。2.3和孔斜的設(shè)計要求形狀的極不規(guī)則,導(dǎo)致鉆孔位置、孔深和孔斜很難符合設(shè)計要求,如仍按設(shè)計裝藥,則炸藥分布不均勻,爆炸時能量分布也不均勻,集中部位易產(chǎn)生飛石。3飛石、裝藥量的控制爆破設(shè)計人員應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)學(xué)知識。設(shè)計前必須到現(xiàn)場對孤石進(jìn)行觀察,通過各種手段了解掌握孤石的力學(xué)性質(zhì)、形狀特點等。設(shè)計時采取以下措施達(dá)到對飛石的控制:①采取小直徑造孔;②加大孔網(wǎng)密度;③控制最大單位巖石體積耗藥量;④布孔遵循使炸藥最大限度地均勻地分布于孤石內(nèi)部的原則。設(shè)計人員必須在現(xiàn)場對施工全過程控制。裝藥時,根據(jù)實際孔位重新校核最小抵抗線,計算實際裝藥量;保證堵塞長度和堵塞質(zhì)量。4覆蓋材料的確定為進(jìn)一步防止飛石,可采用能吸收能量的材料對爆破體進(jìn)行覆蓋。覆蓋材料大致可分兩類:重型覆蓋物和防護碎石的輕型覆蓋物。孤石臨空面極好,產(chǎn)生空氣沖擊的能量比較大,故宜采用透氣較好的輕型防護材料另加壓重防護。5工程實例5.1路堤堤腳接入點51996年,我部承建福建省一中型水電站,該電站位于一山區(qū)性河流。主河床位于左岸,與鷹夏電氣化鐵路線(線路電壓為2.7×104V)路堤堤腳相接。大壩分二期施工,在右岸一期工程具備過流條件后,進(jìn)行二期圍堰的進(jìn)占。在二期下橫圍堰軸線位置有一孤石群,距鷹夏鐵路線僅10m。為使堰體進(jìn)占順利,同時確保堰體的防滲效果,進(jìn)占前要求炸除孤石群。孤石為質(zhì)地堅硬的花崗巖,形狀極不規(guī)則,大小不一,共6個,最大的近25m3,最小的大約2m3;2/3露出水面,底部與基巖相連。5.2爆炸設(shè)計5.2.1孤石頂面孔級最大的一個孤石共設(shè)7個孔,孔徑42mm,孔網(wǎng)參數(shù)為40cm×50cm(排距×孔距),最小抵抗線取50cm,孔深4.5m;右側(cè)5個孔單位耗藥量按0.4kg/m3計,左側(cè)2個孔按0.2kg/m3計算。次大孤石約12m3,為使藥量能盡可能分散,設(shè)計時考慮“束孔法”,在孤石頂面中心位置布設(shè)3個孔,孔距10cm,孔徑42mm,孔深4.5m,正三角型分布;單位耗藥量按0.1kg/m3計(體積為孤石總體積),藥量平均分布于3個孔內(nèi),間隔裝藥。其它孤石均布設(shè)1個孔,孔徑42mm,孔深2～4.5m,單位耗藥量按0.1kg/m3計(體積為孤石總體積)。炸藥均采用抗水性能較好的乳化炸藥。5.2.2管雷起爆口采用非電起爆網(wǎng)絡(luò),孔內(nèi)毫秒延時塑料導(dǎo)爆管雷管起爆,孔外用導(dǎo)爆索連接,導(dǎo)爆索用火雷管起爆。最大的一個孤石孔間分段延時起爆,爆破方向朝右岸,分段延時為75ms。5.3施工和防護5.3.1藥券爆破時的注意事項控制施工質(zhì)量是確保爆破達(dá)到預(yù)期效果的關(guān)鍵。在此工程開工前不久,某單位承建的305國道在路塹開挖過程采用藥壺爆破,由于設(shè)計施工不當(dāng),爆破時飛石將對岸的電氣化電路高壓線擊斷,使鷹夏線中斷運行數(shù)小時,故本次爆破各方比較關(guān)注。施工前,設(shè)計人員到現(xiàn)場布孔;裝藥前,根據(jù)每孔實際位置和實際最小抵抗線,重新核定每孔裝藥量。材料運輸和人員交通采用租用木船,起爆位置設(shè)在右岸縱向圍堰位置。5.3.2竹保護之間的連接成網(wǎng)針對孤石爆破特點,本次爆破采用透氣較好的新竹笆防護,竹笆之間采用8#鐵絲連接成網(wǎng);為增加重量,用編織袋裝細(xì)砂(每袋裝半袋),綁扎在竹笆上。5.4孤石群爆位置與鐵路部門協(xié)商后確定起爆時間。起爆時安排專人在鐵路線上巡視。從遠(yuǎn)處觀察,朝右岸飛石距離約30m,左岸方向幾乎無飛石,鐵路線安然無恙;孤石群爆后大部分在水面消失,僅大孤石位置可看見少量堆碴。爆破聲音低沉。6爆破設(shè)計的基本原理(1)爆破飛石的控制,除了防護方法外,應(yīng)從兩個方面著重考慮:一