特高壓輸電線路樁井一次爆破成型關(guān)鍵技術(shù)研究

余俊 魯飛 章金洲 賈金龍

摘 要：巖石地段輸變電工程基礎(chǔ)開挖施工通常采用爆破法開挖，一次爆破進(jìn)尺為斷面直徑的0.3倍～0.5倍，存在爆破施工循環(huán)多，鉆孔數(shù)目多，炮眼利用率低，炸藥消耗大，超挖、欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重等諸多問題，影響了施工質(zhì)量，制約了施工進(jìn)度，同時(shí)還存在較大的施工安全隱患。樁井一次爆破成型技術(shù)，采用大角度雙聚能預(yù)裂爆破、高精度數(shù)碼雷管分層逐孔起爆、中深孔水壓爆破相結(jié)合的方式，較好的解決了常規(guī)方法存在的諸多問題，是樁井爆破開挖技術(shù)的一次創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：特高壓輸電線路；樁井；一次爆破成型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.133

1 引言

特高壓電網(wǎng)已納入國家"十二五"規(guī)劃綱要、能源發(fā)展"十二五"規(guī)劃、中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要、大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃等多項(xiàng)規(guī)劃和計(jì)劃。目前，國家電網(wǎng)結(jié)合“一帶一路”發(fā)展契機(jī)，大力推動(dòng)特高壓建設(shè)，未來5～10年將會(huì)是特高壓電網(wǎng)工程建設(shè)發(fā)展的黃金時(shí)期，相關(guān)的電力設(shè)備和科技研究項(xiàng)目將會(huì)推動(dòng)特高壓電網(wǎng)工程建設(shè)。

輸變電工程基礎(chǔ)開挖施工常采用掏挖式樁井，巖石地段需采用爆破方法開挖。小斷面（小于10m2）中深（小于10m）樁井爆破開挖，在高壓線樁井施工中所占比例較大。由于樁井?dāng)嗝嫘?，只有一個(gè)自由面，爆破的夾制作用大，進(jìn)尺受到限制，目前常規(guī)的爆破方法開挖，通常一次爆破進(jìn)尺為斷面直徑的0.3倍～0.5倍[1]。存在爆破施工循環(huán)多，鉆孔數(shù)目多，炮眼利用率低，炸藥消耗大，樁井成形不理想，超挖、欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重等諸多問題[2-3]。影響了施工質(zhì)量，制約了施工進(jìn)度，增加了施工成本，也是當(dāng)今小斷面樁井爆破開挖所面臨的技術(shù)難題。

開展小斷面中深樁井一次成型深孔爆破新技術(shù)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)“安全可靠、自主創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境友好、國際一流”的優(yōu)質(zhì)精品工程目標(biāo)，具有現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)可以兼顧應(yīng)急搶險(xiǎn)的目的，做到功能上的二合一，提高其利用率和使用范圍。

2 總體方案及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 總體方案

特高壓輸電線路樁井一次爆破成型總體方案為：周邊空（一次成型孔）大角度雙聚能預(yù)裂爆破，掏槽孔采用大空孔掏槽，輔助孔采用孔內(nèi)延期分層爆破；爆破過程中首先周邊孔預(yù)裂爆破，一次形成整個(gè)樁井的井壁，200ms延時(shí)后一層輔助孔逐孔起爆，一定延時(shí)后分層依次起爆，大空孔掏槽孔僅在底部進(jìn)行一定量裝藥并填塞；如一次爆破深度較深時(shí)，增加鉆鑿輔助孔Ⅱ，分布于周邊孔與輔助孔之間，采用深孔水間隔裝藥，增加爆破效果，并保護(hù)井壁不被破壞。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

特高壓輸電線路樁井一次爆破成型關(guān)鍵技術(shù)：

（1）潛孔鉆機(jī)深孔鑿巖偏斜率控制技術(shù)。潛孔鉆機(jī)與常見鑿巖機(jī)比較，其具有鉆孔直徑大、鉆孔深度大、效率高、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，是當(dāng)前常用的大型鑿巖設(shè)備。但潛孔鉆機(jī)鉆孔時(shí)，隨著鉆孔延深，鉆桿在偏轉(zhuǎn)力矩的作用下會(huì)逐漸產(chǎn)生偏斜甚至彎曲，從而導(dǎo)致鉆進(jìn)方向發(fā)生一定變化，實(shí)際鉆孔軌跡偏離設(shè)計(jì)軌跡，類似現(xiàn)象稱為鉆孔偏斜。受自然、技術(shù)及人為因素影響，目前技術(shù)條件下，潛孔鉆機(jī)在鑿巖施工過程中常出現(xiàn)一定程度的鉆孔偏斜，尤其在中、深孔鉆孔施工中較為明顯。鑿巖偏斜率的產(chǎn)生對(duì)樁井能否一次爆破成型具有較大的影響。施工中，必須根據(jù)地形、地質(zhì)和相關(guān)技術(shù)條件，合理設(shè)計(jì)鉆孔的軌跡，同時(shí)，為減小鑿巖偏斜率分別從鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)改造（場(chǎng)地進(jìn)行混凝土澆筑找平）、潛孔鉆機(jī)鉆壓鉆速等鉆機(jī)參數(shù)控制等方面進(jìn)行作業(yè)。

（2）大角度雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)。雙聚能槽藥卷的成形技術(shù)和確保聚能射流能夠沿著預(yù)裂面發(fā)揮氣刃作用的對(duì)中技術(shù)，使爆破應(yīng)力波作用、高壓氣體的膨脹作用、聚能射流的氣刃作用，在巖體形成裂隙的瞬間能夠有機(jī)結(jié)合、相互作用，從而完成了將預(yù)裂爆破和聚能作用的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了聚能預(yù)裂爆破技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用。大角度雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)是根據(jù)特高壓輸電線路樁井一次爆破成型需要，對(duì)雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)的改進(jìn)，主要根據(jù)樁井的截面尺寸調(diào)整雙聚能的角度，保證樁井井壁的一次成型，同時(shí)還大大減小了爆破對(duì)樁井井壁巖體的危害，增強(qiáng)井壁巖石的穩(wěn)定性。

（3）高精度數(shù)碼雷管分層逐孔起爆技術(shù)。高精度數(shù)碼雷管技術(shù)無論是在國內(nèi)還是國外都是非常成熟的技術(shù)，每發(fā)雷管在生產(chǎn)過程中經(jīng)過多重工序檢驗(yàn)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的雷管。爆破作業(yè)中，電子雷管組網(wǎng)后能實(shí)現(xiàn)在線重復(fù)檢測(cè)，為網(wǎng)絡(luò)爆破提供了可靠的檢測(cè)手段。SF-A型電子雷管延時(shí)精度為±1ms，全網(wǎng)絡(luò)延期時(shí)間精度為±2ms，誤差不會(huì)疊加，在0—8000ms的延時(shí)范圍內(nèi)，用戶可根據(jù)需求以大于4ms間隔任意選擇延期時(shí)間。實(shí)際施工中利用數(shù)碼雷管延期精度高，使用安全等特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，達(dá)到了巖石分層逐孔起爆的效果。高精度數(shù)碼雷管是我國爆破行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)之一。通過本文的研究把高精度數(shù)碼雷管技術(shù)引入到輸變電工程中，同時(shí)也具有特殊的意義。

（4）中深孔水壓爆破技術(shù)。掘進(jìn)水壓爆破是“往炮眼中一定位置注入一定量的水，用專用的‘炮泥回填堵塞炮眼”，利用水中傳播沖擊波對(duì)水的不可壓縮性和爆炸能量經(jīng)過水傳遞到圍巖的無損性。同時(shí)，水在爆炸氣體膨脹作用下形成的“水楔”效應(yīng)，有利于巖石的有效破碎，炮孔中的水也可以起到霧化降塵作用，較少爆破粉塵對(duì)環(huán)境的污染。本文采用中深孔水壓爆破新技術(shù)，可以有效保證樁井一次爆破成型效果、減少了裝藥量，同時(shí)起到了降低爆破危害效應(yīng)的作用。

3 爆破參數(shù)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

本文結(jié)合蒙西-天津南1000kV特高壓線路工程10標(biāo)樁井爆破開挖施工開展相關(guān)研究。在施工點(diǎn)附近類似基礎(chǔ)樁基地質(zhì)開挖區(qū)域巖石結(jié)構(gòu)為砂巖，井口以下0.6 m 段為泥質(zhì)砂巖，然后是約0.15m 的砂質(zhì)泥巖，下面是粉紅色砂巖。砂巖的抗壓強(qiáng)度為65～75Mpa，巖質(zhì)較硬，層理欠發(fā)育，巖石較完整，具備開挖的良好條件。樁井設(shè)計(jì)開挖直徑2.5m，深6米。

3.1 爆破參數(shù)

根據(jù)總體爆破方案，爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

（1）炮孔直徑。掏槽孔、輔助孔和周邊孔的炮孔直徑均取90mm，作為自由面和補(bǔ)償空間的空孔直徑取90mm。

（2）炮孔深度。掏槽孔、輔助孔孔深6.5m，周邊孔孔深7m。

（3）布孔參數(shù)。周邊孔孔距0.87m，共計(jì)布設(shè)9個(gè)孔；輔助孔孔距0.63，共計(jì)布設(shè)6個(gè)孔；中間空孔作為掏槽孔。炮孔布設(shè)如圖2所示。

3.2 炮孔布置及鉆孔

炮孔按照設(shè)計(jì)要求精確布孔，實(shí)際施工如圖3所示，鉆孔時(shí)采用潛孔鉆或地質(zhì)鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)（根據(jù)施工地形條件選擇），要保證鉆孔的鉛直性，施工中為減小鑿巖偏斜率分別從鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)改造（場(chǎng)地進(jìn)行混凝土澆筑找平）、潛孔鉆機(jī)鉆壓鉆速等鉆機(jī)參數(shù)控制等方面進(jìn)行作業(yè)，誤差不得大于5‰。

3.3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

周邊空（一次成型孔）采用大角度雙聚能預(yù)裂爆破（圖4所示），大角度雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)是根據(jù)特高壓輸電線路樁井一次爆破成型需要，對(duì)雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)的改進(jìn)，主要根據(jù)樁井的截面尺寸調(diào)整雙聚能的角度，保證樁井井壁的一次成型，同時(shí)還大大減小了爆破對(duì)樁井井壁巖體的危害，增強(qiáng)井壁巖石的穩(wěn)定性；掏槽孔采用大空孔掏槽，底部設(shè)置拋渣藥包，輔助孔采用孔內(nèi)延期分層爆破。爆破過程中首先周邊孔預(yù)裂爆破，一次形成整個(gè)樁井的井壁，200ms延時(shí)后一層輔助孔逐孔起爆，一定延時(shí)后分層依次起爆，大空孔掏槽孔僅在底部進(jìn)行一定量裝藥并填塞，起到拋渣的作用。如一次爆破深度較深時(shí)，增加鉆鑿輔助孔Ⅱ，分布于周邊孔與輔助孔之間，采用深孔水間隔裝藥，增加爆破效果，并保護(hù)井壁不被破壞，保證了樁井一次爆破成型效果、提高了裝藥能量利用率，同時(shí)起到了降低爆破粉塵等危害效應(yīng)的作用。

該技術(shù)設(shè)計(jì)合理，可以達(dá)到樁井一次爆破成型的目的，樁井壁面得到保護(hù)，爆破危害效應(yīng)可以得到較好控制；但是，該技術(shù)存在裝藥結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，爆破作業(yè)人員需要經(jīng)過一定時(shí)間的針對(duì)性培訓(xùn)，高精度數(shù)碼雷管購買地區(qū)性差異較大等問題。

4 爆破效果

采用大角度雙聚能預(yù)裂爆破、高精度數(shù)碼雷管分層逐孔起爆、中深孔水壓爆破相結(jié)合的樁井一次爆破成型技術(shù)，可以在巖質(zhì)較硬、層理欠發(fā)育、巖石較完整地質(zhì)條件下，一次爆破開挖深度4-6m樁井。具體爆破后清理效果如圖6所示。

爆破過程中，在距離爆破中心25m處基巖上設(shè)置了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀（圖7所示），對(duì)豎井爆破所引起的地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。圖8為爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀測(cè)得的該處垂直振動(dòng)速度波形，從圖形分析可以看出，整體波形較分散，與微差延時(shí)吻合，爆破震動(dòng)得到了有效的控制。

5 結(jié)論

特高壓輸電線路樁井一次爆破成型關(guān)鍵技術(shù)，采用大角度雙聚能預(yù)裂爆破、高精度數(shù)碼雷管分層逐孔起爆、中深孔水壓爆破相結(jié)合的方式，是樁井爆破開挖技術(shù)的一次創(chuàng)新。

該技術(shù)基本解決了傳統(tǒng)輸變電工程基礎(chǔ)爆破開挖方法存在爆破施工循環(huán)多，鉆孔數(shù)目多，炮眼利用率低，炸藥消耗大，樁井成形不理想，超挖、欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重等制約特高壓電網(wǎng)工程建設(shè)發(fā)展的諸多實(shí)際問題，可以使深基坑開挖減少人工作業(yè)量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)可以兼顧應(yīng)急搶險(xiǎn)的目的，做到功能上的二合一，提高其利用率和使用范圍。同時(shí)可推廣到國民生產(chǎn)各個(gè)行業(yè)中涉及樁井爆破開挖的項(xiàng)目。

該技術(shù)對(duì)于工程地質(zhì)情況要求較高，土石堅(jiān)硬系數(shù)8—18的裂隙不發(fā)育巖石區(qū)域施工效果理想。但是對(duì)于節(jié)理裂隙較發(fā)育地區(qū)實(shí)施該技術(shù)，相關(guān)爆破設(shè)計(jì)與參數(shù)還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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作者簡介：余?。?981-），男，安徽宣城人，本科，工程師，主要從事輸變電線路施工管理。