张峰水库龙王沟堆石料开采爆破设计.pdf

第 3 期 （总第 1 6 1 期） 2 0 0 6 年 8 月 N o . 3 （T o t a l N 0 . 1 6 1 ） A u g . 2 0 0 6 1 0 0 6 - 8 1 3 9（2 0 0 6 ） 0 3 - 6 8 - 0 2 张峰水库龙王沟堆石料开采爆破设计 卫学文 （山西省水利建筑工程局， 太原 0 3 0 0 0 6 ） 摘要 文中介绍了山西张峰水库龙王沟堆石开采爆破设计， 通过对爆破设计参数的选择， 采用周边预裂爆破及深孔爆破， 应用孔外微差孔内延时爆破技术及在龙王沟堆石料开采爆 破开挖中采用了保护层一次性开挖， 取得了良好的施工效果。 关键词 张峰水库； 石料开采； 爆破设计 中图分类号 T V 5 4 2文献标识码 B 山西水利科技 S H A N X I H Y D R O T E C H N I C S 1 工程概况 张峰水库是山西省和国家重点水利建设工程。 设计的水 库大坝为黏土夹心面板堆石坝， 坝高 7 2m ， 堆石大坝需填石 料 2 0 0 万 m 3 。 填料来自龙王沟和辘辘沟两个石料场。 龙王沟 料场位于坝址区右岸的龙王沟内， 储量满足要求， 有原施工 简易砂石公路通往坝址， 交通较为便利。张峰水库坝址位于 沁水县郑庄镇下河北村西约 3 0 0m的沁河上，地面高程在 6 9 8 m ～ 8 3 5 m ， 相对高差 1 3 7 m ， 为低山区， 河流为 “U ” 形河谷 呈 “S ” 形展布， 坝轴线处河床约 3 0 0m 。坝址右岸为侵蚀岸， 冲沟发育， 左岸为堆积岸， 岸坡较缓， 土层覆盖， 基岩岸坡较 陡， 土质岸坡相对较缓。 2 石料场的工程地质情况 根据堆石料场复查资料， 龙王沟料场范围内出露地层以 三迭系下统刘家沟组棕、 褐黄色中细粒长石砂岩、 钙质铁质 胶结长石砂岩， 浅褐红色砾岩及紫红色粉砂岩为主， 局部夹 厚 0 . 3 5m ～ 1 . 4 5m的泥岩。土层厚度约 7m 1 3m ， 岩石强风 化层厚度 1m ～ 3m ， 为无用层， 爆破钻孔前已对本次开挖爆 破范围内的土层和风化岩体进行了剥离。 龙王沟石料场岩石级别 剥离层级别为Ⅲ类， 强风化岩 石级别为Ⅶ类， 粉砂岩级别为Ⅷ类， 砂岩级别为Ⅸ级。 3 爆破设计依据与技术要求 根据测量提供的龙王沟石料场实测地形图及设计提供 的地质勘探资料， 包括地质剖面图及岩石力学指标， 进行了 爆破设计。 本次爆破石料主要用作大坝堆石料， 爆破后级配料应满 足填料级配要求，要求爆破最大粒径尽量控制在 8 0 c m以 下， 大块率尽量控制在 1 5 ～ 2 0 以内， 并保证爆破设计安全 可靠， 便于施工。 4 爆破方案确定 本次爆破区域内龙王沟料场覆盖土层已清除， 钻孔平台 已形成， 出露岩石的地形地质条件、 周围环境， 均有利于采用 深孔爆破方法进行开采。深孔爆破法开采堆石料， 关键在于 控制各种块度所占的比例。 主堆石坝料直采在国内已建成的 堆石坝中已经过多次试验， 并取得了不少经验， 同时也得到 令人满意的爆破效果。为使岩石破碎率得到较大改善， 进一 步减小大块率， 堆石坝级配料开采， 炮孔间距系数 m值应在 1 2 之间选取。 5 爆破参数设计 合理的爆破参数， 能达到较好的爆破效果。根据大坝堆 石料级配的要求， 最大粒径控制在 0 . 8 m以内， 保证粒径在 5 m m以下数量不大于 2 5 。 爆破参数中影响级配的是台阶高度、 孔距、 排距及单位 装药量、 装药结构， 其中台阶高度和单位装药量相对影响小， 孔距、 排距、 装药结构对级配的影响相对大， 我们采取经验与 实际相结合， 根据现场试验来确定孔距、 排距、 装药结构等的 施工爆破参数， 以满足大坝堆石料的级配设计要求。结合本 工程地质情况初拟定爆破参数如下。 孔径的确定采用全液压钻机造孔， 孔径为 d 9 0m m 、 1 0 0 m m ， 台阶高度 h 1 0m ， 底盘抵抗线 w是紧临临空面第一排 爆孔根部到临空面的距离， 取 W1 2 . 0 m 。 每次爆破前应处理好作业面，特别是在平台的根部， 否 则不仅该处爆破将出现较大块外，而且因前排推不出去， 后 排也出现大块， 影响爆破效果。 根据地形、 地质资料及宽孔距 爆破堆石料开采经验初步拟定孔距 a 3 . 8m ， 排距 b 2 . 6m 。 根据地质资料、岩石的坚硬度系数，单位耗药量 q 选取 q 0 . 3 2k g / m 3 ， 超钻孔深 h 1 （0 . 1 0 0 . 2 5 ） w1 0 . 2 5 2 . 0 0 . 5m 。单 孔装药量 Q按 Q q a b H计算，堵塞长度 h 2取 1 5 倍的孔 径 h 2 1 5 d 1 5 0 . 1 1 . 5 m 。 6 爆破施工工艺 施工工序 施工准备→钻孔→装药→封堵→爆破→超大 粒径二次破碎→挖运→大坝填筑 根据施工需要提供详细的测量数据，以保证施工的质 6 8 第 3 期 （总第 1 6 1 期） 2 0 0 6 年 8 月 N o . 3 （T o t a l N 0 . 1 6 1 ） A u g . 2 0 0 6 2 0 0 3 5 6 1 4 2 2 2 2 2 2 3 2 0 0 8 8 8 9 1 2 8 0 0 2 3 0 5 4 1 2 1 6 3 3 3 8 0 4 8 6 7 1 3 5 1 9 1 9 4 6 7 3 8 0 2 4 3 8 9 7 5 5 1 5 2 4 2 2 1 9 4 9 6 0 9 6 9 8 7 7 9 5 4 5 0 4 0 4 9 1 6 2 0 0 2 5 3 1 2 3 6 4 5 0 1 0 1 2 5 0 1 4 5 8 0 0 5 0 0 5 5 5 6 2 2 2 2 2 3 4 7 2 2 5 0 0 0 0 1 3 8 8 8 9 2 0 0 0 0 0 6 0 0 9 6 0 0 3 8 4 0 0 6 0 0 0 0 8 6 4 0 0 2 4 0 0 0 0 3 4 5 6 0 0 距离 R / m V 1 . 0 c m / s V 2 . 0 c m / s V 2 . 5 c m / s V 3 . 0 c m / s V 5 . 0 c m / s V 1 0 . 0 c m / s 单 响 允 许 药 量 Q / k g 表 1 K 1 5 0 ， 1 . 5 时不同距离允许药量的计算表 量。 地表覆盖层的清除是施工准备作业的一项十分重要的工 作， 必须超前进行， 本次爆破作业区内覆盖土层已经清除。 根据测量提供的数据， 按照爆破设计的孔网参数， 由专 门爆破技术人员进行布设。钻孔按爆破设计钻孔， 钻孔开口 误差应控制在 0 . 2m以内， 严格控制钻孔倾角、 方向和深度。 钻孔角度应与作业面平行， 它是保证爆破效果， 减少大块率 的关键。钻孔完成经检查合格后， 用编织袋或木塞将孔口塞 紧， 盖土封顶， 防止压坏， 防止地表水或异物落入孔内造成塌 孔堵塞。 堆石坝级配料开采中的细料， 一般依靠炮孔内药包周围 的压缩破坏来获得，耦合装药能比较好的满足这一要求， 为 同时满足级配要求，本次爆破孔设计采用耦合装药结构， 装 药使用水胶炸药、 胺油炸药。 装药采用人工装药， 按设计药量及设计装药结构进行装 药。 装药前必须认真进行技术交底， 分组进行， 专人负责。 现场 装药时必须进行探孔， 确定钻孔没有堵塞、 复核孔深， 进行装 药。堵塞材料采用黏土或钻孔岩粉， 堵塞采取顶部适当捣实。 起爆网络是爆破成败的关键， 起爆网络必须保证全部药 包均能起爆且能改善爆破效果。本次爆区长约 1 1 0m 、 平均 宽约 2 0m ， 面积约 22 0 0m 2 ， 共计钻孔 2 1 2 个， 造孔 19 6 0 延 米。 根据以上实际情况，设计采用非电毫秒微差起爆网络, 起爆用火雷管， 孔内用 M S 1 3非电毫秒微差雷管引爆， 孔外 用非电四通连接， 用 M S 3 毫秒微差雷管孔外接力， 形成孔外 微差孔内延时起爆网络。 本次爆破的飞石安全距离经计算 （计算过程附后） 为 1 3 5 m ， 为加强安全， 本次警戒范围取 4 0 0 m 。 对于超大料径处理， 采用手风钻解小或采用液压破碎锤 二次破碎， 个别超径料在大坝现场由液压锤进行破碎。挖运 采用 2 m 3反铲挖掘机挖装， 2 0 t 自卸汽车运输到大坝。 7 爆破安全 1 ） 单响最大药量的控制采用质点震动速度公式 R1 （K / V ） 1 / αQ1 / 3 Q（R1/（K / V ） 1 / α ） 3 V K （Q 1 / 3 / R ） α 式中 R 安全距离， m ； V 质点震动速度， c m / s ； Q 单响装药量， k g ； a 衰减系数， 一般介于 1 ～ 2 之间。 本堆石料场周围条件较好， 最近建筑物为后山炸药库职 工生活区和业主管理营地。 K 、 α值一般通过实地爆破观测所得， 未能获取实测值 之前， 根据我们的经验， 取 K 1 5 0 ， α 1 . 5 ， 具有较为富余的 安全度。表 1为在 K 1 5 0 ， α 1 . 5时， 不同距离与不同安全 允许振速值条件下， 允许的单响最大药量值。该表为本次 爆破最大单响药量选取的依据。本次爆破单响最大装药为 1 . 1 2 5t 。 从表 1可看出，距离爆区 3 8 0m范围允许单响药量很 大， 而实际单响药量远远小于允许药量。 2 ） 飞石安全距离。 常用下述公式计算， 在露天爆破 P m a x 不大于 3 0 0 m 。 R 2 0 K n 2W 2 0 1 . 5 1 . 52 2 . 0 1 3 5 m 式中 K为安全系数， 通常取 1 . 0 1 . 5 ， 当风速大而顺风 方向时取 1 . 0 2 . 0 ， 定向抛掷爆破， 单侧松动爆破、 抵抗线较 大的药包爆破以及土中爆破等用上述计算出的距离往往大， 本次取 k 1 . 5 计算。n 为计算药包作用指数，按加强抛掷爆 破计， n 1 . 5 。 8 爆破效果观察 爆破后对上坝料进行取样检查， 孔系率、 级配及块度全 部满足设计要求。 9 结语 通过张峰水库龙王沟堆石料开采爆破设计保护层开挖 证明， 岸坡采用预裂爆破、 保护层采用一次性开挖， 对于提高 开挖质量、 缩短工期、 降低成本， 都将是积极有效的办法。 作者简介 卫学文， 男， 1 9 7 5 年生， 1 9 9 8 年毕业于长沙电力学 院， 助理工程师。 ［收稿日期 2 0 0 6 - 0 4 - 0 6 ］ （下转第 5 7 页） 图 1 耦合装药结构示意图 卫学文 张峰水库龙王沟堆石料开采爆破设计 6 9 第 3 期 （总第 1 6 1 期） 2 0 0 6 年 8 月 N o . 3 （T o t a l N 0 . 1 6 1 ） A u g . 2 0 0 6 O nB l a s t i n g D e s i g no f Q u a r r y i n g i nL o n g w a n g D i t c h f o r C o n s t r u c i n g R o c k f i l l D a mo f Z h a n g f e n g R e s e r v o i r WE IX u e - w e n A b s t r a c t I nt h i sp a p e r , t h eb l a s t i n gd e s i g no f q u a r r y i n gi nL o n g w a n gD i t c hf o r c o n s t r u c t i n gr o c k f i l l d a mo f Z h a n g f e n g R e s e r v o i r i s i n t r o d u c e d . T h r o u g ht h e s e l e c t i n g d e s i g np a r a m e t e r s o f b l a s t i n g a n dd u e t o u s i n g p r e s p l i t b l a s t i n g , d e e p h o l e b l a s t i n g , m i l l i s e c o n d b l a s t i n g o u t s i d e h o l e , d e l a y e d b l a s t i n g i n s i d e h o l e a n do v e r b u r d e ns t r i p - p i n g f o r o n c e i n L o n g w a n g D i t c h Q u a r r y , t h e g o o d c o n s t r u c t i o n e f f e c t i s o b t a i n e d . K e y w o r d s Z h a n g f e n g R e s e r v o i r q u a r r y i n g b l a s t i n g d e s i g n C o mp a r i s o na n dS e l e c t i o no f D a mT y p e s f o r Wu j i a z h u a n g R e s e r v o i r G A OC h a o A b s t r a c t A i m i n g a t t h e s e l e c t i o no f d a mt y p e s f o r Wu j i a z h u a n g R e s e r v o i r , t h i s p a p e r p u t s f o r w a r dt w o t y p e s o f d a m s a n da n dg r a v e l d a mw i t hc l a y c e n t r a l c o r e , r o c k - f i l l d a mw i t hc o n c r e t e f a c e s l a b . T h r o u g hc o m p a r i s o nt h e s a n d a n d g r a v e l d a mw i t h c l a y c e n t r a l c o r e i s s e l e c t e d . K e y w o r d s Wu j i a z h u a n g R e s e r v o i r d a ms t y l e s a n d a n d g r a v e l d a mw i t h c l a y c e n t r a l d a m r o c k - f i l l d a mw i t h c o n c r e t e f a c e s l a b 混凝土防渗面板顶高程为 8 2 2 . 6m ， 与坝顶防浪墙相接， 顶部厚度 0 . 3 m ， 底部与趾板采用铰接， 厚度 0 . 5 m 。 为防止表 面温度应力， 在面板表面配有单层双向分布筋。混凝土面板 总面积 8 . 3 万 m 2 ， 最大斜长 1 2 4 . 6m ， 设纵向缝及周边缝， 纵 向缝又分为靠近岸边的张拉缝和靠近主河床的挤压缝， 分缝 均进行止水处理。 该坝型位于较厚砂卵石覆盖层地基上， 因此处理坝体和 坝基沉陷、 防止面板裂缝的技术较复杂。 4 坝型的比较 4 . 1 技术条件及可靠性 混凝土面板堆石坝技术要求高， 防渗效果好， 但对面板、 垫层、 过渡层等指标要求严， 处理面板防裂技术较难。 尤其是 建在卵石基础上， 趾板的地基处理困难较大， 由于砂卵石覆 盖层厚度大，采用大体积的混凝土趾板难于保证面板的稳 定， 可靠性差。黏土心墙砂砾石坝可利用当地丰富的砂砾石 材料筑坝， 技术处理较简单， 适用于砂、 砾石覆盖层较深的地 基， 比较安全可靠。 4 . 2 主要工程量及投资 两种坝型的主要工程量、 投资见表 2 。 由表 2 可看出， 黏土心墙砂砾石坝工程造价优于混凝土 面板堆石坝。 4 . 3 施工条件 混凝土面板堆石坝施工工艺流程烦琐， 对筑坝材料的性 质、 粒径、 洒水量要求严， 碾压次数多。 面板分缝多， 需设置水 平、 垂直缝、 周边缝、 挤压缝等， 分缝止水要求高。面板水泥、 砂、 浇筑工艺及养护等均需严格按设计要求进行， 否则易造 成面板出现裂缝， 发生渗漏。其施工工期长、 难度大。而黏土 心墙砂砾石坝对筑坝材料的要求较低， 可利用当地丰富的砂 砾石筑坝， 施工简单、 工期短。 5 坝型选择 由以上比较可知黏土心墙砂砾石坝技术处理简单， 工 程造价低， 比较安全可靠， 其经济、 技术条件均优于混凝土面 板堆石坝， 因此大坝坝型可采用黏土心墙砂砾石坝。 作者简介 高超， 男， 1 9 7 2 年出生， 1 9 9 6 年毕业于太原工业大 学水利系， 工程师。 ［收稿日期 2 0 0 6 - 0 2 - 2 0 ］ 项目 砂卵石开挖/ 万 m 3 坝体砂填筑/ 万 m 3 黏土心墙填筑/ 万 m 3 反滤料填筑/ 万 m 3 石方砌筑/ 万 m 3 混凝土防渗墙/ 万 m 3 混凝土面板及趾板/ 万 m 3 帷幕灌浆/ 万 m 钢筋制安/ t 建筑工程投资/ 万元 黏土心墙 砂砾石坝 7 0 . 7 6 4 7 7 . 5 1 0 3 . 3 4 1 7 . 3 1 9 . 5 3 1 . 9 6 - 2 . 2 4 6 0 0 . 6 1 9 0 1 8 . 8 7 混凝土面 板堆石坝 5 5 . 7 5 4 2 5 . 8 0 - - - 1 . 9 6 3 . 6 4 2 . 2 4 3 4 4 0 . 9 2 9 3 0 1 . 7 4 表 2 坝型比较主要工程量及投资对比表 高超 山西省吴家庄水库大坝坝型的比较与选择 （上接第 6 9 页） 5 7