水利水電工程鉆孔爆破控制原則分析

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摘要：在水利水電工程施工過程中鉆孔爆破技術必不可少，對具體技術的應用及質量控制的關注也相對集中。基于此，文章在系統分析其可能存在的問題與控制原則的基礎上，對具體技術方法與施工要求進行系統梳理，并從廢渣運輸、支護強化、輔助工程以及循環施工4個維度提出了質量控制的具體措施，旨在為后續施工提供參考。

關鍵詞：水利水電；鉆孔爆破技術；質量控制

水利水電工程中經常需要利用爆破手段對山體、土體進行清理與修整，其中鉆孔是爆破工程中的常見操作。爆破施工技術要求高、風險隱患大，并容易由于不遵從現象而產生嚴重事故，這更進一步增加了對該問題的關注與研究熱度。從質量控制的角度來看，安全、高效、節約地完成爆破是其首要控制目標，本文則將按照上述目標的維度區劃，對其掘進、用量、管理等多方面施工環節中的主要技術開展研究，希望能夠為后續的實際工程提供必要指導。

1.水利水電工程鉆孔爆破的常見問題及其控制原則

鉆孔爆破是水利工程中的常見施工手段。從爆破的風險隱患角度予以區分，爆破中常見的問題可以分為失效、弱效、風險及事故4個等級。其中失效主要是指爆破沒有達到有效的工程目的，進而導致爆破失敗，如引爆失敗、噴眼等。形成此類問題的主要原因一般是物料管理或安裝管理存在缺陷。弱效主要是指爆破達到了一定的效果但是與預期之間存在差距，形成此種問題的主要原因一般是裝藥量、鉆孔位置、裝藥位點等原因。風險主要是指在爆破的過程中產生了事故，造成了財產損失。此類問題的產生嚴重影響后續施工，需要停工整頓，對發現的問題進行規避，升級現場管理制度，保障后續施工安全。事故主要是指產生了嚴重的財產損失或者人員傷亡，屬于極為嚴重的生產事故，需要各方面進行責任確定并予以嚴格追責，在全面掌握并解決問題后方可進行后續施工。值得注意的是，除了一般性爆破影響因素外，水利工程還涉及到水下施工，在藥量計算、鉆孔點位分布確定時還需要考慮水體對于爆破橫波的影響，保障爆破工程的有效性。從上述4種爆破中存在的問題與隱患分析中不難發現，水利工程中的爆破施工是一個相對復雜的系統工程。從安全原則角度來看，其大致可以分為3個方面：①運輸原則。運輸要以保障安全為第一要務，包括倉儲安全、裝載安全、行車安全、安裝安全等。要保障主藥、引藥的分離，專業人員持證上崗，降低運輸中的風險總量，限定運輸中的危險系數。②鉆孔安全。要嚴格對地質情況進行測繪，綜合施策對鉆孔、裝藥、藥量、引爆波次等進行設計，充分利用類比分析、經驗公式等方式進行優化，必要時可以進行計算機建模與模擬，從而保障有效性。③爆破功效。要從全生命周期的角度來考量爆破的功效，將鉆孔、運渣、支護等工程納入到爆破工程全局功效中去，形成在安全策略下的高效施工體系。

2.鉆孔爆破的施工技術要求

2.1鉆孔技術

從一般性鉆孔爆破施工的角度來看，孔洞按照功能不同可以分為輔助孔、掏槽孔和周邊孔3種。不同的孔洞類型的作用具有明顯差異，對于鉆孔技術以及具體的闡述要求也不同。如周邊孔主要目的是限制爆破過程中產生的橫向波能量傳輸，形成有效的阻斷范圍，避免裝藥量過大而產生的連帶性系統風險。落實到具體的鉆孔技術上來，當下均采用半自動鉆孔機來進行施工操作，該種設備能夠限定孔徑，并對鉆孔深度進行實時反饋，極大地提高了鉆孔的效率。在具體的操作上則要求按照圍巖的角度切口形成限定在2°~3°范圍內的夾角，進而確定裝藥的范圍，開挖斷面外15~20cm有效范圍下進行平臺操作，其中孔間距不小于60cm，重點保護區域內的周邊孔間距可以降低至35~45cm。輔助孔間距可以提高到80~120cm。與此同時，在全斷面開挖多種挖掘量應不超過10cm，進而保障炸藥耦合裝填的有效性。

2.2用藥技術

用藥技術是鉆孔爆破中的關鍵性技術，重點包括測量及用藥量的計算2個部分。在具體操作過程中，水利工程中的鉆孔爆破一般采用經驗公式或者類比法作為確定基礎，其中類比法主要應用在相同工程（即相同地質條件）下的連續爆破施工中，通過對前一階段爆破用藥量及用藥方式的總結形成對后續爆破施工的指導。在經驗公式確定用藥量的過程中，計算過程與計算結果應該通過現場施工的實際情況與具體條件來進行綜合調節，計算公式如下：Q=q×V=q×L×S×n（1）式中：q為每排炮尺的裝藥總量，鉆爆時的用藥量，一般以現場試驗的方式予以確定；V為巖石爆破的進尺體積，與巖石密度、孔隙等物理性質相關，通過現場采集樣本實驗室測定的方式予以確定；q×V的指標函數在經驗公式體系中還可以具體化為公式q×L×S×n；L為鉆孔深度；S為開挖斷面總面積；n為炮孔利用率。利用上述公式可以對裝藥總量進行計算與確定，確定后的數值需要經過安全評估，當下的評估方式多采用松動圈半徑核算的方式來進行。松動圈是抵抗下的最小允許范圍，表征了爆破產生應力的具體結果模擬，只有當松動圈超過工程需求并小于安全防護時，上述藥量的計算結果才可以進行實際應用。具體的松動圈半徑按照如下公式進行計算：（2）式中：RP為松動圈半徑；a為衰減值，一般與地質條件相關，現場可以通過實驗獲得；p為炸藥密度；s為巖體抗拉強度；γ為炮孔半徑；v為泊松比。經過上述公式進行確定，沿炮孔夾角計算其水平的防護安全距離，當最小抵抗線隔離符合施工要求是可以認證利用公式（1）進行的用藥量屬于合理范圍，可以用于后續施工用藥。與此同時利用公式（3）對具體炮孔的實際用藥量進行分別計算并形成有效的單一炮孔用藥規劃。（3）式中：e為換算系數；t為標準炸藥量；g為堵塞系數；l為炮孔深度；w為最小抵抗線；n為炸藥消耗與深度的影響系數。

2.3程序控制

當下，進行爆破管理的程序控制軟件多采用BIM、PingCode、UltraLAB、Revit等軟件進行實現。其中BIM可以實現對鉆孔及位點的3D管理，實現可視化遠程監控，對于后續的效果評價、現場管理及安全防控具有積極作用。而后2種軟件則提供了爆破自動計算以及爆破效果仿真功能。在自動計算方式下，可以通過向系統輸入地質條件、炸藥參數等基礎數據，獲得系統計算結果，對不同炮孔的用藥量進行自動計算，操作人員僅需要對計算數據進行修訂與檢驗便可以進行實際應用。而仿真模擬則是在藥量及基本參數計算的基礎上進行效果演示，對用藥合規性、鉆孔安全性等進行充分預判，極大程度上保障了鉆孔爆破的有效性。

3.鉆孔爆破施工質量的控制對策

除了對技術進行嚴格把控并對風險進行預判與解決之外，水利水電工程中鉆孔爆破還需要考慮其他因素，進而達到合規、高效生產的根本目的。從這一角度進行考量，其質量控制可以分為4個方面，如表1所示。由表1中可以看出，在具體的質量控制上存在4個方面改進方式。廢渣的運輸主要完成爆破后的廢渣快速清理，為下一輪鉆孔爆破提供場地保障。這一過程決定了綜合施工效率，也是循環施工的必要保障。在具體施工過程中要進行掘進布局，清理出廢渣運輸通道，必要時構建自動傳輸設備，該施工過程在鉆孔時應該予以同時建設，并對出渣量及具體的線路進行計算與規劃。支護強化主要是指在掘進過程中，周邊巖體會不同程度地受到沖擊波的影響。從實際施工的角度來看，支護系統包括永久支護與臨時支護2種。永久支護多采用混凝土靜態支護為構建主體，其支護系統除了為爆破工程提供必要支撐外還是后續水利水電工程的主體結構部分，二者隨著掘進施工同時展開，是支護系統的主體結構。在永久性支護之外，爆破過程中需要通過臨時支護形成強化支護體系，配合永久支護形成更為立體、有效的施工期防護措施。具體操作層面上可以采用臨時性巖壁支護、支撐柱支護以及圍巖支護3種手段來進行具體搭建，同時要保障支護系統不能對廢渣運輸、輔助工程等造成不必要的影響。輔助工程主要是指對爆破施工現場的有效管理，通過強化管理在人、財、物以及相關設備上進行有效施策。水利水電工程的輔助作業質量也會影響到隧洞爆破施工的質量。因此在實施隧洞爆破鉆孔工程時應當提高輔助作業的質量，強化現場管理，尤其是在爆破前對現場風險點位的評估與清場尤為重要。同時要重點提高通風、防塵、消煙的保護措施，盡可能地降低爆破施工可能帶來的現場隱患。在水下爆破中，還需要觀察并監控現場水位，對于特殊施工位點，要建立強排水設施，以備不時之需。在保障施工人員安全上投入更多力量，確保施工能夠安全、有效地順利進行。水利水電工程借助隧洞鉆孔爆破技術進行開挖，應當優化工作程序，以循環施工的理念達到提高施工有效性的目標。一方面，優化施工的每道具體工序，分別準備好鉆孔、合理的裝置炸藥、還要延長運輸線路，并且做風水管線的布置工作等。另一方面，在每個晝夜循環里應當保證作業數為整數，循環時間以2的倍數為宜，開挖斷面的大小應當根據巖層的穩定情況而定。如果巖層的穩固性好，可以采用多臂鉆車鉆孔，配合使用短臂挖掘機，采用深孔少循環的方式，這樣可以節約輔助工作的時間，減少不必要的施工麻煩。

4.結語

水利水電工程中鉆孔爆破施工必不可少，由于其施工烈度相對較高，也是工程項目中的主要風險來源。本文對鉆孔爆破可能造成的危害與問題進行系統梳理，提出3項控制的基本原則；按照鉆孔技術、用藥技術以及程序控制技術3個方面對當下鉆孔爆破施工的主要技術要求、流程與方式方法進行研究，重點對用藥量的計算進行描述；從廢渣運輸、支護強化、輔助工程以及循環施工4個維度提出了質量控制的具體對策。

作者：朱曉峰