水利工程施工中爆破技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：水利工程項目的施工規(guī)模較大，在施工中需要清除施工障礙物，傳統(tǒng)的土方開挖技術(shù)很難保障施工效率，且需要投入大量的人力和物力，施工效益較差。而爆破施工技術(shù)則可在較短的時間內(nèi)將影響水利施工的建筑物全面清除，且資源消耗量較少，表現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟效益。但爆破施工的危險系數(shù)較高，很可能對一些已有構(gòu)筑物帶來不利影響，應(yīng)引起施工人員的重視。因此，本文在分析了爆破技術(shù)的應(yīng)用機理后，對常見的爆破施工技術(shù)進行梳理，并探究其在水利工程中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水利工程；爆破技術(shù)；圍堰爆破技術(shù)

水利工程施工中普遍面臨較為復(fù)雜的地質(zhì)和地形條件，尤其是在掘進施工中，如遇到堅硬的巖層會對掘進速度帶來較大影響，通常需要借助爆破技術(shù)對巖層進行破碎處理，以達成特定的施工要求。但同時不可忽視爆破施工對已有構(gòu)筑物的不利影響，為能保護已有構(gòu)筑物，需要對爆破施工方案和爆破參數(shù)進行科學(xué)調(diào)整，確保在不影響已有構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上進行爆破施工。前期的大量施工實踐均表明爆破施工具備良好的經(jīng)濟效益和施工效益，對爆破施工技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用研究具有重要意義。

一、爆破技術(shù)的應(yīng)用機理

爆破過程可被分為兩個階段：第一階段為炸藥先在圍巖中產(chǎn)生應(yīng)力波，致使圍巖結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫，進而達成破碎巖石的目標(biāo)；第二個階段是由于爆破時產(chǎn)生的強大氣流會將破碎的巖石拋出。因此，可以明確的是爆破施工中的應(yīng)力主要集中在圍巖變形能量和氣流中。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，爆破過程中的能量主要涉及50%的爆炸氣體膨脹能量，10%的沖擊波能量和20%～30%的無用能量[1]。根據(jù)能量守恒定律，沖擊波能量消耗越大爆破效果越好，因此在實際施工中，通常是通過調(diào)整沖擊波能量消耗的方式來達成不同的爆破施工需求。水利工程的豎向掘進施工中，因只有一個自由面，會對爆破效果產(chǎn)生直接影響，爆破巖石的作業(yè)難度較大，在進行炮孔布設(shè)時，要考慮形成第二個自由面以提升爆破效果。

二、水利工程施工中常用的爆破施工技術(shù)

水利工程不但能夠有效保證當(dāng)?shù)厮恋陌踩?，而且還能夠有效促進地方經(jīng)濟的發(fā)展，因而，水利工程進行爆破開挖施工時，要綜合地對爆破地區(qū)的地質(zhì)特征、地形的特征以及工程項目的基礎(chǔ)設(shè)計方案進行了解，并嚴(yán)格地遵循爆破開挖施工的具體工藝流程進行施工，對工程進行爆破開挖研究能夠有效避免施工過程中事故的發(fā)生。

（一）預(yù)裂爆破技術(shù)

預(yù)裂爆破技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用取得了較好的成效，實際作業(yè)中，需要按照前期的爆破要求，放樣出輪廓線，并沿著輪廓線密集打孔，且在孔內(nèi)少量安放炸藥，先炸出裂縫，再于需要爆破的部位安放一定量的炸藥進行爆破處理。此種爆破作業(yè)手段的施工優(yōu)勢在于可以降低爆破作業(yè)對周邊已有建筑物的破壞影響，這主要是由于通過預(yù)裂處理能夠有效控制爆破影響范圍，避免出現(xiàn)欠挖和超挖的狀況，既可減少土方開挖量，又能保障爆破質(zhì)量。該項技術(shù)在葛洲壩水電站施工中取得了較好的應(yīng)用成果，此后被逐步應(yīng)用于各個水利工程的爆破施工中。

（二）光面爆破技術(shù)

主要作業(yè)方法為先在需要開挖的部位周邊布設(shè)間距較小的平行炮孔，之后在炮孔內(nèi)少量放置炸藥，引爆之后，可以將應(yīng)力集中在開挖區(qū)域內(nèi)，對于開挖區(qū)域以外的巖石起到較好的保護作用，使巖石結(jié)構(gòu)整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，爆破之后的邊緣斷面相對完整。目前，該項技術(shù)已經(jīng)在我國的水利施工中得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)優(yōu)勢為能很好地控制開發(fā)面，且周邊的圍巖結(jié)構(gòu)也相對穩(wěn)定，省去了圍巖支護的作業(yè)環(huán)節(jié)，很大程度上提升了作業(yè)效率。如三峽工程的開挖爆破作業(yè)中，便采用了光面爆破技術(shù)，爆破之后的壁面不僅完整且光滑，為后期的施工作業(yè)創(chuàng)造了良好的條件。

（三）圍堰爆破技術(shù)

大型水利工程項目建設(shè)中，涉及拆除已有臨時建筑物和影響水利項目建設(shè)的圍堰結(jié)構(gòu)等作業(yè)，為了保障施工效率，可以采取爆破技術(shù)將圍堰結(jié)構(gòu)一次性拆除。圍堰爆破技術(shù)可以被劃分為臨水爆破作業(yè)范疇，實際施工中可選擇無水區(qū)作為爆破面，該項技術(shù)對爆破工藝的要求偏高，不僅要保障一次炸通，還需同時滿足泄洪和進水需求，因此需要對炸藥用量和安置位置等進行科學(xué)確定。如周圍分布有已經(jīng)建成的建筑結(jié)構(gòu)需要在爆破前做好對已有建筑物的保護措施，盡可能降低爆破作業(yè)影響。在前期的施工實踐中已經(jīng)總結(jié)了一系列施工經(jīng)驗，但在具體施工中還會面臨很多施工安全威脅，為能保障爆破施工的可靠性和安全性，要結(jié)合現(xiàn)場實際施工狀況，制定完善的安全施工標(biāo)準(zhǔn)，盡最大可能降低施工安全影響。

（四）隧道掘進爆破技術(shù)

水利工程施工中需要對地下空間進行開發(fā)，隧道掘進爆破技術(shù)的應(yīng)用可以有效提升地下空間的開發(fā)效率，較為常見的地下工程包括引水洞、灌漿洞和斜豎井等，采取隧道掘進技術(shù)進行隧道施工不僅施工效率高，且成本相對低廉，對于地質(zhì)條件也具有較好的適應(yīng)能力。隧道工程中，掘進施工是十分關(guān)鍵的作業(yè)環(huán)節(jié)，不僅影響施工效率，還對水利工程的后續(xù)施工可靠性具有一定程度的影響。特別是在隧道掘進爆破施工中，會受到噪聲和照明等多種施工因素的影響，因地下施工條件較為復(fù)雜，隧道掘進開挖的難度偏大[2]。此外，由于爆破自由面較少，對炸藥的爆破力量造成了直接影響，為能提高爆破作業(yè)效率和質(zhì)量，可以對現(xiàn)場施工狀況進行全面調(diào)查，并制定標(biāo)準(zhǔn)化的爆破施工方案，充分分析爆破能量需求的基礎(chǔ)上切實滿足隧道掘進需求，盡可能避免因超挖問題帶來的結(jié)構(gòu)或者設(shè)施損壞狀況。因此，該項技術(shù)的應(yīng)用的要點是發(fā)揮好圍堰作用，將不破壞圍巖為前提進行掘進爆破施工。

（五）定向爆破技術(shù)

定向爆破技術(shù)主要被應(yīng)用于水利工作的壩體施工環(huán)節(jié)中，截至目前，已經(jīng)有幾十個水庫工程成功應(yīng)用此項技術(shù)。主要技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)如下：第一，對施工道路的質(zhì)量沒有較高的要求，在一定程度上節(jié)省了道路施工成本，且施工中很少依賴機械設(shè)備，還省去了部分設(shè)備應(yīng)用成本；第二，在應(yīng)用該項技術(shù)時，可以依次完成采石、運輸和填筑等作業(yè)，很大程度上提高了施工效率，且工程量較少，能夠有效提升水利施工的整體經(jīng)濟效益；第三，借助該項爆破技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)快速筑起堤壩，可盡快發(fā)揮截水作用，使水利工程施工作業(yè)順利度過汛期。

（六）巖塞爆破技術(shù)

在20世紀(jì)70年代該項技術(shù)就已經(jīng)被應(yīng)用于水利施工中，屬于水下爆破的一種。實際施工中，是先對巖塞位置進行確定，通常處于水庫底部或者隧洞末端，在洞內(nèi)的施工任務(wù)全部完成之后便可將巖塞炸除，有效打通洞庫。巖塞爆破的優(yōu)勢體現(xiàn)如下：首先，對施工環(huán)境和條件的適應(yīng)性較強，不會受到水位變化的影響；其次，爆破作業(yè)中的影響范圍較小，無需建設(shè)圍堰工程，有效降低了施工成本，且施工效率也相對較高；最后，施工中不會對水庫的正常運行和其他施工作業(yè)產(chǎn)生影響。我國現(xiàn)行的水利施工中，該項技術(shù)的應(yīng)用頻率較大，根據(jù)裝藥方式的不同可以將其分為炮孔爆破和洞室爆破兩種，而根據(jù)爆渣處理方式的不同又可將其分為泄渣和留渣兩種。在水利工程的爆破施工中，結(jié)合現(xiàn)場施工條件選擇正確的爆破手段有助于提升爆破效果和施工效率[3]。

三、水利工程中爆破技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）工程概況

某工程為集供水灌溉和防洪抗災(zāi)為一體的水利工程，主要包括溢洪道、攔河堤壩、水庫等工程。在對水利工程施工范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況進行全面勘察后

發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)域內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)較為完整，需開挖隧

洞作為進水口，根據(jù)水利工程的施工設(shè)計要求，邊

坡開口線的高度應(yīng)為120m，而臺階坡度比應(yīng)控制在1：0.65～1：0.25之間。分析現(xiàn)場的施工條件來看，采取爆破措施可能會對閘門段和進口段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此要遵循安全施工和降低對周邊結(jié)構(gòu)擾動影響的原則進行爆破施工方案設(shè)計。

（二）爆破方案設(shè)計中應(yīng)遵循的基本準(zhǔn)則

爆破施工屬于危險系數(shù)較高的一類作業(yè)內(nèi)容，除會對施工人員的人身安全構(gòu)成影響以外，還會對爆破現(xiàn)場已有的構(gòu)筑物構(gòu)成影響。在本次工程中，爆破施工段距離閘門段和進口段較近，很可能遭受爆破施工的影響。為能將影響降至最低，做好已有構(gòu)筑物的保護工作十分必要。此外還需遵循特定的爆破施工準(zhǔn)則，要重點控制爆破過程中飛石的方向與距離，主要方法為根據(jù)施工區(qū)域巖石結(jié)構(gòu)的特點和發(fā)育特點選擇適宜的爆破技術(shù)手段，為能降低飛石影響，可以采取手風(fēng)鉆解炮，對于鉆孔孔徑進行科學(xué)控制，一般采取縮小孔徑的方式減少炸藥分裝用量，可在保障爆破效果的前提下，降低對其他構(gòu)筑物的影響。此外，還需結(jié)合水利工程的現(xiàn)場施工條件（如地質(zhì)條件）合理選用爆破工藝，并對裝藥結(jié)構(gòu)進行科學(xué)設(shè)計。

（三）施工方案設(shè)計

在現(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)，施工部位的地質(zhì)狀況較為特殊，既包括整版巖石，又包括土夾石，針對此類現(xiàn)象，要正確區(qū)分巖石結(jié)構(gòu)后，選擇對應(yīng)的爆破施工手段。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，如開挖時發(fā)現(xiàn)整版巖石，就可能伴隨出現(xiàn)土夾石狀況，此時要優(yōu)先選用深口臺階微差擠壓爆破技術(shù)，即先將大塊巖石翻出之后，再利用收風(fēng)鉆鉆孔爆破。這里需特別注意的是，要將臺階高度控制在5m～10m的范圍之內(nèi)，且鉆孔孔徑應(yīng)為138mm，采取密集布孔方式來控制裝藥單耗。對于土夾石區(qū)域，考慮到粘土夾雜著塊石覆蓋物，如繼續(xù)向下挖掘可能出現(xiàn)包裹孤石的狀況，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來不利影響，因此可以采取分層爆破措施。同時，采取明挖措施將石塊拋出，形成滿足隧道施工需求的隧洞。水利工程的隧道施工難度較大，需要面臨較為復(fù)雜的地質(zhì)情況，在施工中要根據(jù)地質(zhì)情況選擇對應(yīng)的爆破施工技術(shù)，其中對于復(fù)雜地質(zhì)條件要優(yōu)先選用硝銨炸藥，并將乳化炸藥作為輔助炸藥，對于地下水分布較為豐富的區(qū)域則需全面應(yīng)用乳化裝藥措施，保障炸藥爆破效果的有效發(fā)揮。

（四）科學(xué)設(shè)計爆破施工參數(shù)

鑒于進水口的開挖高度較大，可以采取爆破措施提升開挖作業(yè)的效率，爆破施工中需要遵循分層爆破原則，且自上而下的布設(shè)炸藥，這里要注意將臺階高度控制在5m～10m之間，因此，將松動爆破臺的高度控制在6m左右。主要布孔形式為多排梅花形，爆破孔均為垂直孔，如爆破過程中發(fā)現(xiàn)存在土夾石狀況，則需適當(dāng)增設(shè)爆破孔。在設(shè)計爆破參數(shù)時，要將臺階施工需求作為重要的參考，單位消耗炸藥量的確認需綜合考慮巖石性質(zhì)、炮孔直徑、炸藥類型和臺階高度要求等。對于本次研究的水利工程而言，為能達到較為理想的爆破施工效果，可以將單位炸藥的消耗量控制在0.45kg/m3～0.6kg/m3之間，且炮孔直徑設(shè)計為138mm，孔深為臺階高度和超鉆深度之和，這里的超鉆深度在50cm～150cm范圍內(nèi)。底盤抵抗線以施工現(xiàn)場的施工狀況為標(biāo)準(zhǔn)進行動態(tài)調(diào)整，一般在250cm～320cm之間。如將孔深控制在5m～10m之間，則孔距應(yīng)為2.8m～4.2m。排距應(yīng)設(shè)計為2m～2.4m，堵塞長度3.2m左右，對于現(xiàn)場地質(zhì)條件較為復(fù)雜的狀況優(yōu)先選擇上述參數(shù)的最大值施工。進行裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要盡量考慮爆破施工對周邊建筑物的影響因素，采取分層耦合裝藥的措施，這既可減少裝藥量，也能控制爆破影響范圍[4]。

（五）做好爆破保護措施

為能進一步提升爆破施工的安全作業(yè)水平，還需采取有效的爆破防護措施，將爆破影響范圍進行有效控制，特別需要關(guān)注對抵抗線長度的控制工作，對飛石方向進行合理控制，降低對閘門段和進口段結(jié)構(gòu)安全的影響。在進行爆破設(shè)計時，便要將安全因素考慮在內(nèi)，通過對爆破方式和爆破參數(shù)的合理設(shè)計能夠很大程度上提升作業(yè)安全水平。但在現(xiàn)實施工中很可能出現(xiàn)偏差，這則要求相關(guān)施工設(shè)計人員對爆破施工方案進行詳細梳理，做好細節(jié)把控工作，確保能夠?qū)Ρ谱鳂I(yè)進行明確指導(dǎo)，并在現(xiàn)場安排監(jiān)理人員參與施工，對爆破作業(yè)的整個過程進行嚴(yán)格監(jiān)管，全部操作符合設(shè)計要求的基礎(chǔ)上方能點燃炸藥，進行爆破作業(yè)，反之則要根據(jù)爆破施工方案做好糾正和調(diào)整，直至與方案要求相符。此舉能夠有效提升爆破作業(yè)安全，且保障爆破作業(yè)效果。

結(jié)語

爆破施工技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用年限已久，且積累了大量的施工經(jīng)驗，但水利工程的施工條件相對復(fù)雜，需要面臨很多不同的地質(zhì)地形條件，這些現(xiàn)場施工條件均會對爆破施工的效果產(chǎn)生一定影響。為此，通常需要在全面調(diào)研施工現(xiàn)場實際狀況的基礎(chǔ)上才能確定最佳的爆破施工技術(shù)方案，為水利施工創(chuàng)造良好的施工條件。一旦爆破施工不當(dāng)不僅影響作業(yè)安全，還會對施工進度帶來不利影響。因此，今后的水利施工中仍需不斷積累爆破施工經(jīng)驗，爭取打造更為完善的爆破施工技術(shù)體系，為水利工程的順利施工提供可靠的技術(shù)支撐。

參考文獻：

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[4]胡欣，郝超，唐仁兵等.毗河水利工程特小斷面隧洞爆破施工技術(shù)研究[J].四川水力發(fā)電，2019，38（04）：16-18，67.