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钻孔爆破法

钻孔爆破法指通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法,简称钻爆法。钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低,尤其适合岩石坚硬的洞室施工。

这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔,用火雷管逐个引爆单个药包,发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔,应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前,要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件,选定掘进方式。

钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低,尤其适合岩石坚硬的洞室施工。钻孔爆破法开挖地下建筑物,应根据设计要求、地质情况、爆破材料及钻孔设备等条件作好爆破设计。

钻爆设计的主要任务是:①确定开挖断面的炮孔布置,包括各类炮孔的位置、深度及方向;②确定各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式;③确定各类炮孑L的起爆方法和起爆顺序。

露天开挖爆破比较,地下洞室岩石开挖爆破施工有如下主要特点:

(1)因照明、通风、噪声及渗水等影响,钻爆作业条件差;钻爆工作与支护、出渣运输等工序交叉进行,施工场面受到限制,增加了施工难度。

(2)爆破自由面少,岩石的夹制作用大,增大了破碎岩石的难度,使岩石爆破的单位耗药量提高。

(3)爆破质量要求高。对洞室断面的轮廓形成一般均有严格的标准,控制超挖、不允许欠挖;必须防止飞石、空气冲击波对洞室内有关设施及结构的损坏;应尽量控制爆破对围岩及附近支护结构的扰动与质量影响,确保洞室的安全稳定。 [1]

1、全断面掘进法,整个开挖断面一次钻孔爆破,开挖成型,全面推进。在隧洞高度较大时,也可分为上下两部分,形成台阶,同步爆破,并行掘进。在地质条件和施工条件许可时,优先采用全断面掘进法。

2、导洞法,先开挖断面的一部分作为导洞,再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大,由于地质条件或施工条件,采用全断面开挖有困难时,以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大,以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面,有利于探明隧洞的地质和水文地质情况,并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件,确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后,扩挖可以在导洞全长挖完之后进行,也可以和导洞开挖平行作业。

3、分部开挖法,在围岩稳定性较差,一般需要支护的情况下,开挖大断面的隧洞时,可先开挖一部分断面,及时做好支护,然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞,通常从第一序钻孔开始,经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序,到开始第二序钻孔,作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间,以加快掘进速度。20世纪80年代,一些国家采用钻爆法在中硬岩中开挖断面面积为100左右的隧洞,掘进速度平均每月约为200m。中国鲁布革水电站工程,开挖直径8.8m的引水隧洞,单工作面平均月进尺达231m,最高月进尺达373.7m。

位于下游干流上某水电站是一座低水头径流式电站,厂房为河床式,设计装机容量 3×1.8 万 KW,汛期电站存在大坝溢流问题, 运行表明,厂房尾水位高于设计原尾水位, 严重影响机组出力和发电效益,经分析论证,拟进行尾水渠疏挖改造。

工程项目和工作范围:本次疏挖工程由两部分组成:拆除尾水渠右侧部分砼导墙,该 导墙长约 45m,墙顶高程52.0 m,厚 1.5 m,分上下两段,每段长约 22.5m,拆除伸缩缝 下游侧的一段,拆至高程45.0m;疏挖导墙内渠底和导墙下游约 100 m 范围内的河床,从 上至下疏挖宽度为 45~70 m,疏挖后底高程约为43.0~42.5 m,但不高于43.0 m。该 段疏挖河床大部为板岩,部分为砂卵石。

爆破和疏挖工程施工要求:本工程施工过程中,由于正直电厂 2#机组大修,机组流道 中没有充水,因此,设计中应考虑水下爆破施工可能对机组检修闸门造成的影响。施工中提 高爆破效率,降低爆破震动和飞石对附近建筑物的破坏影响,是影响工程施工进度和安全的关键所在。

根据信息论的观点,根据以往类似工程经验和投入工程水下钻爆机械设备力量综合考 虑,对水下爆破选用钻孔爆破法施工。其施工工艺流程如下:爆破设计→锚定钻孔作业平台→移机就位→确定孔深→套管护孔→钻孔→成孔冲洗→ 测量验孔→装药→连线→平台撤离→起爆信号→起爆、震动监测→爆破效果检查→解除警戒。

施工中的几项主要技术措施分述如下: 钻孔作业平台设计制作浮箱式简易起升钻爆作业平台船(16 m×6 m)。作业平台采用钢体浮箱结构,两浮 箱间距 5 m。浮箱内径 Φ1 100 mm,单长 12 m,扣除浮箱、平台钢结构自重,浮力约为15t。通过槽钢、工字钢将两浮箱焊接为承载钻机及附属设备的船体[2]。潜孔钻钻机由脚手 架钢管铰接固定在平台上,组成钻机作业平台。浮箱两侧各向外伸出 0.5 m,另外焊接两个 小平台,可供 4 台 KQ-100 型潜孔钻机工作之用。为加快钻机就位速度,钻机平台可沿槽钢轨道滑动移位。测量定位后,采用 8 只铁锚及 100 m以上的锚绳,由机动小驳船牵引到达爆破区域后,依靠船上人工收缩锚绳配合准确就位。利用 5t手拉葫芦人工控制将 4 根立柱(Φ240mm)沉入河底,使钻孔平台升起基本脱离 水面,此时整个钻孔平台上的荷载完全支承在 4 根钢管立柱上。钻孔施工时,不会受到波浪 起伏的影响,保证成孔质量。钻孔平台移位时,先收回立柱,使钻孔平台浮在水面上,此时 通过拉动锚绳将平台移到下一钻孔位置施工。

钻孔设备及爆破器材的选择

(1)钻孔设备的选型

由于水下钻孔爆破,加之水面上的限制,选用 KQ-100 潜孔钻机钻孔,孔径 Φ90 mm。

(2)钻孔附属机构

水下爆破条件采用垂直钻孔作业。钻孔机具选用 KQ -100 型潜孔钻,,药卷为 Φ70 mm, 炸药选用抗水性能良好的乳化炸药。为保证钻孔后的装药和清孔,在钻孔之前,先将 1 根下 端带有环形(钻径 Φ117 mm)的中空套管钻透覆盖层(淤泥层),并钻入基岩一定深度,然后 在套管中下钻杆,在基岩中进行钻孔。为确保开挖达到设计深度,钻孔应有一定的超钻深度, 超钻深度取 1. 0~1.5 m,即实际钻孔深度为 1.5 m~4.5 m。

(3)爆破器材的品种选取。

选用具有防水性能良好的乳化炸药,装入 Φ80mmPVC 管中。非电雷管用“双高”雷管。 起爆网络采用孔内高段位、孔外低段位毫秒微差复式起爆网络,以确保传爆的准确性。为确 保安全,用粗砂将炮孔堵满,防止冲炮。在每只爆孔孔口用砂袋封口覆盖,砂袋系一浮球露 出水面,其作用:①作为爆破孔位标记,便于集中装药;②装药后便于连接导爆管脚线没, 形成起爆网络。

(4)导爆管的放置。 在水中放置浮胎,使其固定地飘浮在水面上,将“每船同排”的导爆管按绑在一只轮胎上,按照“从后到前的顺序”将轮胎上的导爆管用“同段”非电雷管连接起来,为了不使传爆雷管将 其他导爆管炸断造成拒爆现象,连接时应将雷管置于浮胎上面,并用泡沫盒包住扎紧,不能浮在水面随波漂移。

水下爆破所产生的危害表现为爆破地震效应、水中冲击波效应、空气冲击波效应和水面波浪效应。

爆破后,岩石破碎块度理想,水下清渣顺利,经检验,对闸门及周围建筑物无影响。


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