水下硐室与中深孔爆破相结合在工程中的应用
The Application of the Combination of Chamber Blasting and
Medium-deep Hole Blasting Underwater
申文胜1 刘少帅1 施国平2
(1．上海消防技术工程有限公司，上海200060；
2．中海航道疏浚工程有限公司，宁波315040)
摘 要： 由于本工程岩坎坡度较大，周边地形和水文环境复杂，岩坎拆除采用水下硐室爆破与中深孔爆破相结合的方法，确保岩坎一次爆破成功，本文对爆破施工设计做了介绍。
关键词：岩坎爆破；水下硐室爆破
1 概述
本工程在近海处附近开挖水下洞库，洞库闸门外侧筑一道防护坝，坝外侧为预留挡水岩坎，岩坎延伸通至水底。四周环境较好，岩坎周围三面环山，东侧一面为海域，周围无任何构建物及海底设施，整个岩坎断面呈三角形，一部分在水中，一部分露在空气中。现洞库已基本完成，要求将预留挡水岩坎爆破拆除，同时确保水下洞库结构的完好，周边山体结构的基本完好。整个待爆岩坎呈不规则的梯形锥体，其坡度较陡约为50°(具体数据见图1、图2)。
图l A—A截面示意总图
Fig.1 A—A section
本工程的地质自上而下由中粒花岗岩组成，岩体等级Ⅱ级，岩石整体性好，节理的发育好导致可钻性差。岩坎表面基本无任何覆盖层，水流很急，水流一般为3～4节，大潮时达到5～6节，东北方向为强风向。
2 爆破方案设计及实施
在水下部分采用硐室爆破，水上部分采用中深孔爆破，岩坎周边采用预裂爆破，确保周边
图2 总平面示意图
Fig.2 General layout
山体和洞库受到的震动减到最小，随后采用中深孔斜孔爆破，整个斜坡爆破后可以将I区的硐室爆破的集中药包抵抗线减小至4m，最后采用中深孔垂直孔爆破，前期的I区的爆破给Ⅱ区提供了较大的自由面，确保整个爆破方案能按照设计顺利实施。
2.1 主要设备的选择
选择两种型号液压凿岩机，分别用于中深孔、斜孔的钻孔(直径为100～105mm)、小硐室巷道的钻孔(直径为25mm)、预裂孔(直径为50mm)等。
2.2 爆破参数
爆破范围见图1，以海平面临界点分为I、Ⅱ区。
I区在水底，则采用水下硐室爆破法，集中药包设计参数：
(1)集中药包最小抵抗线W≈4～7m，药包距坡底距离约10m，在I区内放置两个药包即A、B药包(图2)。根据岩坎斜面岩石层理，集中药包间距：
a（A、B）=0.5( 1+n )W =10m (1)
式中，W、n为相邻药包的参数平均值。
(2)集中药包药量计算：
式中，K2=0.1～0.6kg／m3，坚硬岩石取大值；γ=2616kg／m3，为岩石容重。经计算QA=
1200kg，QB=2000kg。
Ⅱ区基本露在水面上，由于采用中深孔爆破(见图2)，所以：
(1)斜孔钻孔采用单排布孔，设计参数：
孔径d斜=110mm，孔距a斜=3m，主要保证斜孔在I区部分的孔距在3m左右。排距b斜=3m，斜孔为单排孔。孔深h斜=33m，超深Δh斜=0.5m，堵塞长度L斜=3m。
(2)垂直孔钻孔采用梅花孔布孔，主要分布在斜孔间隙中，确保不能破坏斜孔，设计参数：
孔距a垂直=3m，排距b垂直=3m，孔径d垂直=100mm，孔深h垂直=ll~25m(总共5排)。超深Δh垂直=1m，堵塞长度L垂直=3m。
(3)药量计算：
Q中深孔=qabh (3)
式中，Q中深孔为炮孔装药量，kg；q为炸药单耗，kg／m3；a、b、h分别为孔距、排距、孔深，m。经计算，Q中深孔深孔为：30.8～92.4kg。
2.3 炸药与起爆网路
根据工程特点选用TNT炸药，并根据不同孔径选用相应的PVC管(ф100mm、ф20mm、ф14mm)装药，同时使用沥青封口，确保炸药防水。
采用电雷管网路，选用防水的毫秒延期电雷管共分瞬发、1～7段四个段别，每个起爆体内装2发并联雷管，中深孔内再加入相应长度的导爆索以保证传爆。其中预裂孔装瞬发电雷管，斜孔用2段，集中硐室药包用3段，垂直孔装4～8段，用瞬发电雷管同时起爆。
3 爆破震动及其防护
3.1 爆破荷载分析
本工程被爆岩坎一面是空气自由面，-一面是接触水体并受数十米水深静压作用，实施时要求一次将岩坎爆通，不留根底，一般单耗药量较大，但又不得破坏洞内已建的闸门设施、衬砌等。通过对有关资料的分析，当实施爆破时，由于岩坎有自由面(即钻孔、装药的作业面)，所以炸药能量冲入水中以水中冲击波形式耗散的所占份额较小，一般仅占水中爆炸时的10％～20％左右，因此水中冲击波的影响不是主要的。本工程在确定水下硐室与中深孔爆破方案时，其主要爆破荷载是地震波，综合考虑其爆源、传播介质、岩坎的岩石性质、地形及水文条件等因素，通过技术论证采用预裂孔爆破和微差爆破减震措施。
3.2 预裂孔爆破设计
爆破预裂孔主要设置在岩坎两侧山体、防护坝、水下洞库闸门前，设计参数：
孔距a预裂=0.5m，孔径d预裂=50mm，孔深h预裂=33m、2m、2m(山体、防护坝、闸门前)。本工程预裂孔爆破的孔径孔距已确定，故预裂孔装药将采用不耦合装药，不耦合系数为m=d预裂／d装药=4，所以将炸药装在ф14mm PVC用沥青封口后放入预裂孔中。
3．3采用微差爆破降低地震波
微差爆破的先爆孔可为后爆孔增加新的自由面，爆炸产生应力波的相互作用和岩块之问的碰撞作用，使被爆岩体获得良好的破碎，并使地震波在时间和空间上分散，可有效地降低地震波。
微差间隔时间按经验公式：
△t=KpW底 (24-f)
式中，△t为微差间隔时间，ms；Kp为岩石裂隙系数，对于裂隙少的岩石Kp=0.5，对于中等裂隙岩石Kp=O.75，对于裂隙发育的岩石Kp=0.9；W底为台阶底盘抵抗线，m；f为岩石坚固系数，次岩石坚固系数为4～10。
本工程中采用了硐室、斜孔和垂直孔爆破工艺，取W底=3.5m，Kp=0.5，f=9，按上式计算得△t =26.5ms。本工程微差间隔时间取25ms。
4 爆破安全防护设计
4.1 震动控制
进口岩坎爆破前，在岩坎与水下洞库、防护坝问，岩坎两侧与山体相连处，在岩坎爆破的同期采用预裂爆破、微差爆破，这些措施可以起到一定的减震和止裂作用。
4.2 爆破飞石
飞石问题在岩坎爆破时显得最为突出，因此，必须对水下洞库闸门槽、闸门表面混凝土等采取防护措施。闸门槽的防护采用草袋充填堆垒方法，其他部位的表面混凝土和设施采用悬挂废旧皮带帘和铺盖砂袋、木板等的方法。
5 结语
施工过程中，由于设计技术人员与施工技术人员相互紧密配合，严格执行爆破规程和防护措施，爆破效果良好。岩坎完全破碎，无根底且爆破块度较小，防护坝和水下洞库未受损伤，周边山体壁面较为完好，整个工程的爆破施工是安全成功的。
参考文献
[1] 陆遐龄．水域内爆破时冲击波特性与结构安全防护[A]．见：第三届全国工程结构防护学术会议论文集[C]．北京，2000．
[2] 伊左林，等．近距离水下钻孔爆破的防护技术[J]．中国港湾建设，2005，(6)：17～19