工程爆破 ENGINEERING BLASTING 文章编号:1006—7051(2016)06--0062—04 光面爆破在卡鲁玛尾水隧洞开挖中的改进与应用 杨玉银,陈长贵,黄浩,刘志辉,李新伟,陈斌,陈建林 (中国水利水电第五工程局有限公司,成都610066) 摘 要:在乌干达卡鲁玛尾水隧洞8 支洞Ⅲ类围岩开挖中,为了解决光面爆破施工中用的 25 mm细药卷短缺、绑扎光面爆破药串用 的竹片无法买到等问题,采用了经过加工的 32 mm常规药卷,调整了光面爆破孔内装药结构和装药方法,并在选用常规周边光面爆破孔 孔距条件下,适当减小光面爆破层厚度,将周边光面爆破孔密集系数提高到1.25~1.43。爆破实践表明:通过一系列改进,即便在只有最 常见的 32 mm常规药卷和导爆索条件下,仍能取得良好的光面爆破效果。这一改进简化了光面爆破药串加工工序,减少了光面爆破层 脱落需要克服的阻力,减轻了爆破对洞周被保留岩体的伤害。 关键词:光面爆破;装药结构;装药方法;炮孔密集系数;技术改进 中图分类号:TD854.2 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1006—7051.2016.06.014 Improvement and application of smooth blasting used in excavation in Karuma HPP TRT proj ect YANG Yu—yin,CHEN Chang—gui,HUANG Hao,LIU Zhi—hui,LI Xin—wei,CHEN Bin,CHEN Jian—Iin (Sinohydro Bu reau 5 Co.,Ltd.,Chengdu 610066,China) ABSTRACT:During tunnel excavation of classⅢwall rock in adit-8 of Karuma HPP TRT project,in order to resolve the problems like,/,25 mm cartridge lacking and unavailableness of bamboo chips for fixing cartridge.The ̄32 mm normal cartridge was used in smooth blasting.Charging structure and method were adjusted,the thickness of smooth blasting layers was de— creased and density coefficient of periphery borehole was increased tO 1.25~1.43 on condition of normal spacing of periphery boreholes.The blasting effect showed that the smooth blasting could achieve satisfactory result even only using ̄3z mm norma1 cartridge and prim cord.The cartridge processing was simplified,the residence to the falling of the smooth blasting layers was reduced,and the harms to the preserved rock body were relieved through the improvement. KEY WORDS:Smooth blasting;Charging structure;Charging method;Borehole density coefficient;Technical improvement 1 引言 随着我国国力的增强和国内水电市场进入后水 生了短缺,再加上光面爆破常用的竹片等爆破物资 无法买到,于是利用现有的声32 mm常规药卷和导 爆索进行了技术改进,取得了良好的效果。 电时代,中国电建集团承揽了越来越多的国外水电 和非水电工程。在国外工程施工,尤其是在非洲等 不发达国家施工中,爆破施工常用火工材料、物资, 经常会因为各种原因出现短缺或无法买到等情况, 2 工程概况 2.1概述 卡鲁玛水电站尾水隧洞工程位于乌干达境内的 卡尔扬东哥地区卡鲁玛村,距离乌干达首都坎帕拉 270 km,距离古芦75 km。尾水隧洞共两条:1 尾 水洞长8 553.290 m,2 尾水洞长8 459.911 ITI,开 挖断面呈平底马蹄形,开挖洞径宽13.7~14.8 1TI, 爆破工程技术人员和爆破技术工人就开动脑筋,设 法利用现有的火工材料、设备物资,通过爆破技术的 改进,来达到满足规范要求的爆破效果。在乌干达 卡鲁玛尾水隧洞8 支洞施工中,由于火工材料供应 的问题,刚刚进洞施工142 1TI, ̄25 mm细药卷就发 收稿日期:2016—03—09 高13.45~14.8 ITI,隧洞总开挖方量295.8万m。、土 作者简介:杨玉银(1968一),男,教授级高级工程师,从事地下工程及士石方明挖施工爆破技术、安全管理工作。E—mail:752153592@qq.corn Engineering Blasting 工程爆破,2016,22(6):62-65,74 杨玉银,等:光面爆破在卡鲁玛尾水隧洞开挖中的改进与应用 石方明挖147.97)-m。、混凝土衬砌38.3万m。,总投 资5.9亿美元,是目前世界上规模最大的尾水隧洞 工程。 8 施工支洞与1 、2 尾水洞分别相交于 TRT(1)2+610.071、TRT(2)2+586.173,全长 1 068.30 m。根据围岩出露情况及设计地质工程师 现场勘察,从0+061开始,按照Ⅲ类围岩开挖,开挖 断面呈城门洞形,开挖断面宽8.24 m、高7.38 m, 底坡9.5 。Ⅲ类围岩洞段以花岗片麻岩为主,局 部夹少量侵入体,岩体以弱风化为主,节理、裂隙较 发育,大节理面较多,将围岩切割成块状结构,坚固 系数厂一6~10,属中硬偏软岩。 2.2光面爆破施工难点 (1)研究对象为8 施工支洞Ⅲ类围岩缺少光面 爆破用细药卷的洞段,具体桩号为0+122.8~0十 225.6洞段,该洞段节理、裂隙较发育,均质性不好, 不易出现明显的光面爆破效果。 (2)缺少光面爆破施工所需主要火工材料,比如 缺少保证光面爆破不耦合装药要求必须的 ̄20 mm 或 ̄25 mm细药卷,只有常规的 ̄32 mm药卷。 (3)缺少光面爆破施工所需主要物资,比如保证 药卷间隔装药所需竹片无法买到。 3 改进总体思路 鉴于以上光面爆破施工难点,为了8 支洞Ⅲ类 围岩取得较好的光面爆破效果,对火工材料、装药结 构、装药方法、爆破参数进行改进和调整。 (1)减少局部爆炸能量。为减少局部爆炸能量 过大对保留围岩造成的伤害,除孔底使用一整只  ̄32 mm药卷(长20 cm,重200 g)外,其余部位均使 用半只 ̄32 mm药卷。 (2)改进装药结构。根据多年的爆破施工经验, 当岩体较为坚硬时,对于孔内的 32 mm药卷,即便 不将其绑扎在导爆索上,导爆索及孔底炸药爆炸的 能量仍能将 ̄32 mm药卷起爆。因此光面爆破孔内 可以不采用竹片绑扎制作药串的装药结构,只用孔 内的导爆索起爆,光面爆破孔内按设计线装药密度 确定的半只 ̄32 mm药卷间隔装药。 (3)改变装药方式。将导爆索一端插入整只 32 mm药卷,将炸药插入导爆索的一端朝向孑L底, 用炮棍直接推入孔底,然后直接用炮棍控制间隔装 药的设计装药间隔距离,将剩余药卷装入孔内。 (4)调整光面爆破参数。为了减小光面爆破孔内 炸药爆炸剥离光面爆破层时对被保留岩体的反作用 WWW.cseb.org.cn/form/xhqk/indexframe.html 力,减少爆炸高压气体作用于被保留岩体的作用时 间,在周边光面爆破孔按常规间距选取的情况下,适 当减小光面爆破层厚度,提高光面爆破孔密集系数。 (5)确保周边光面爆破孔同时起爆。由于提高 了光面爆破孔密集系数m,减小了光面爆破层厚度 w,其厚度甚至小于光面爆破孔孔距E,E>w> 0.5E(见图1)。为了避免由于高段位雷管起爆时间 间隔误差,造成相邻光面爆破孔1和光面爆破孔2 中的一个先行起爆,假设光面爆破孔1先爆,当其应 力波已经从光面爆破孔1的孔壁A传播到光面爆 破孔2的孔壁B时,光面爆破孔2内炸药尚未起爆, 将不能很好地在两孔AB间形成应力波叠加,并先 在AB之间形成贯通裂缝,这时,先爆孔1的应力波 要击穿的岩石厚度为两孔间距E,超过了光面爆破 层厚度w,由于最初的裂缝出现在炮孔壁向外的最 短距离内 ,可能造成先爆光面爆破孔1内炸药爆 炸能量集中于垂直光面爆破层方向,向洞内CG方 向冲出,从而影响光面爆破效果,因此,光面爆破孔 内导爆索在孔外统一采用导爆索联炮,确保所有光 面爆破孔同时起爆。这样,几乎可以确保光面爆破 孔1和光面爆破孔2的爆炸应力波同时到达AB的 中点M,并先在两孔间形成贯通裂缝。 G H 图1 相邻光面爆破炮孔起爆间隔时间分析示意图 Fig.1 Internal time analysis of neighboring smooth blasting blastholes (6)改变炮孔填塞方式。由于药径偏大,不耦合 系数不能满足光面爆破要求,为了减轻粗药卷爆炸 对被保留岩体的破坏,允许部分爆炸能量溢出孔外, 因此,光面爆破孔可以不填塞土卷,不堵孔。 4爆破设计 8 支洞Ⅲ类围岩洞段,围岩稳定性较好,开挖 断面55.32 m。,可以采用全断面开挖,利用自制钻 爆台车钻孑L,钻孔采用YT28手风钻,掏槽采用多级 楔形掏槽,周边孔采用光面爆破,3.5 m。侧翻装载 机装20 t自卸汽车出渣。 December 201 6 l Engineering Blasting lVo1.22,No.6 64 工程爆破 ENGINEERING BLASTING 4.1爆破参数 保留岩体的反作用力,减轻对被保留岩体的伤害,理 论上可取E>W>0.5E,实践中建议取E>w≥ 0.7E。岩石均质性较好、完整性较好、硬度高取小 4.1.1爆破器材 8 支洞洞口段使用火工材料均为北京奥信化 学科技有限公司生产。 (1)炸药。周边光面爆破孔、崩落孔、掏槽孑L均 选用≯32 mm乳化炸药,重200 g,长20 cm。 值。根据8 支洞围岩具体情况,取保护层厚度w 一0.8E=40 cm,实际操作中,局部保护层厚度最薄 到W一35 cm,但均取得了较好的光面爆破效果。 (5)光面爆破孔密集系数 。在8 支洞Ⅲ类围 (2)导爆索。选用塑料导爆索,炸药以太安为药 芯,外观红色,导爆索直径5.4 mm,装药量10 g/m, 爆速不小于6×10。m/s,主要用于周边光面爆破孔 内及周边孔孔外联炮。 岩光面爆破改进洞段施工中,一般部位 —E/w一 50/40===1.25,保护层最薄部位 —E/W一50/35— 1.43。m值超出了相关文献的建议取值范围 。 (3)雷管。孔内及孔外连炮选用MSl~MS11段 (6)药卷直径d药。由于细药卷的短缺,周边光 面爆破孔只能选用声32 mm常规药卷,d药一32 mm。 (7)不耦合系数k。根据文献[2],对于孔径 姐2 mm的光面爆破孔,药卷直径宜选用20 ̄25 1TIF/1,即 非电毫秒导爆管雷管;起爆选用8 普通工业电雷管。 4.1.2周边孔光面爆破参数 (1)钻孔直径d孔:选用YT28手风钻钻孔,钻孔 直径42 mm。 常规不耦合系数应达到1.68~2.1。设计中志一 / =42/32=1.31,小于隧洞光面爆破常规不耦合系数。 (8)线装药密度q。岩体属中硬岩偏软,且节 理、裂隙较发育,线装药密度宜选取介于中硬岩和软 岩之间,取g一160 g/m。实际装药中,孔底装一只 32 mm、重200 g药卷,间隔布置3个半只 32 (2)钻孔深度L。鉴于围岩整体稳定性较好,单 循环进尺取3.2 m,同样,取周边光面爆破孔钻孔深 度L一3.2 m。 (3)光面爆破孑L孔距E。围岩主要为弱风化花 岗片麻岩,属中硬岩偏软,根据规范。 ,取E一12d, E≈5O cm。 mm、重100 g药卷,单孑L药量共计G==:500 g,实际线 装药密度为q=G/L一500/3.2—156 g/m。 (9)填塞方式。光面爆破孔孔口不进行填塞。 (4)光面爆破层厚度(最小抵抗线)W。按照规 范∞ ,光面爆破层厚度应选取60~70 cm。由于光 面爆破孔使用了声32 mm的粗药卷,为了使光面爆 破层易于脱落,减小光面爆破层脱落时炸药爆炸对 4.1.3其他爆破参数 崩落孔、掏槽孔爆破参数如表1所示。 表1 Ⅲ类围岩典型爆破设计参数 Table 1 Typical blasting parameters for elassⅢsurrounding rock 炮孔名称 雷管段刷 孔 mm m 孔数/爪 cm (抵 诫狐.纸, /cm 药径mm约麓 /Rg 总 kg 主掏槽 L 1 MS1 30 6O 50~75 主掏槽孔2 辅助掏槽1 辅助掏槽2 MS3 MS5 MS7 80~85 85 90 80 50 75 辅助掏槽3 MS8 内崩落孔 外圈崩落孔 周边光面爆破孔 底孔 MS8 MS9 MSIO MS11 4.2周边光面爆破孔装药结构 周边光面爆破孔装药结构如图2所示。将导 爆索插入一只≯32 mm药卷内,用炮棍反向推入孑L 一底,然后每间隔80 cm推人半只≯32 mm药卷,共 装入3个半只药卷,药卷间隔距离采用炮棍 控制 ]。 320 .{Q}I一婴 单位:cm 图2周边光面爆破炮孔装药结构示意 Fig.2 Charging structure of periphery blasthole Engineering Blasting 工程爆破,2016,22(6):62—65,74 杨玉银.等:光面爆破在卡鲁玛尾水隧洞开挖中的改进与应用 4.3炮孔布置与爆破设计参数 8 支洞Ⅲ类围岩光面爆破改进洞段炮孔布置 如图3所示。典型爆破设计参数如表l所示。 (a)整体光爆效果The whole smooth blasting effect (b)局部光爆效果The partial smooth blasting effect ~段洞进围类Ⅲ一4 g 段 进一~.堰兰似昏 一~眦KH ~ 一光~实改一面2 m 一 Ⅲ r.2~T 九.一 。一 淬一金她. 一一砭献 m 效 ∞破h 爆 面 统 效 破 果 . ㈨一;{一一 茬 晌问 隔台 , 单位:cln 图3光面爆破改进洞段Ⅲ类围岩炮孔布置 Fig.3 Blasthole arrangement for class Ⅲsurrounding rock in improved tunnel excavation ㈣一一 8 7 7 7 6 6 6 6 6 6 q q q 5 爆破效果 2Ol4年12月23日,8 施工支洞Ⅲ类围岩开 挖至0+122.8桩号时,周边光面爆破孑L必需的 m—一5 2 2 2 O O O O O O q q q q  ̄25 mm细药卷短缺,只能选用 32 mm常规药卷, 通过采取上述改进措施,取得了良好的光面爆破 效果,除局部破碎较严重洞段外.光面爆破半孑L率 达到7O 以上(见图4)。 光面爆破改进洞段的爆破实验在0+122.8~ 注:每次实验的平均光爆孔深度为3.2 m,光爆孔数量为39个。 0+161.2洞段进行,共12茬炮,光面爆破效果统计 情况如表2所示。根据规范比 ,改进洞段半孔率应 ≥6O 9/5,两茬炮之间的台阶应小于20 cm,相邻两孔 间岩面平整.孑L壁不应有明显的爆振裂隙。从图4、 表2的光面爆破效果情况看,改进洞段均无明显爆 6 结语 在乌干达卡鲁玛尾水隧洞8 支洞Ⅲ类围岩开 挖爆破施工中,在缺少光面爆破用细药卷和无法买 到绑扎光面爆破药串用的竹片情况下,通过分析光 (下转第74页) December 2O l 6 1 Engineering Blasting IVoI.22,No.6 破振动裂隙,完全满足规范要求。 www.cseb.org.cn/form/xhqk/indexframe.html 74 MA Jian-jun,CHEN Fu—sheng.A mathematical model of multihole blasting fragmentation of the open pit bench 工程爆破 ENGINEERING BLASTING discussion on mechanism of small resistance line and big deep—hole(Volume I)[J].Blasting,1987,4(2):5-10. [5]谈庆明.量纲分析[M].合肥:中国科学技术大学出版 社,2005:120-129. EJ].Journal of Wuhan University of Metallurgy Science and Technology,1996,19(1):4-12. [2]周传波.现场小台阶模型试验的相似理论分析EJ].爆 破,2001,18(4):4-6. ZHOU Chuan-bo.The analysis of similarity theory in TAN Qing—ming.Dimension analysis[M].Hefei:Press of University of Science and Technology of China,2005: 12O一129. the model test on field smaller bench[J].Blasting, 2001,18(4):4—6. (63杨亚东,李向东,王晓鸣,等.密闭空间内爆炸缩比相似 模型研究EJ].振动与冲击,2014,33(2):128—133. YANG Ya-dong,LI Xiang—dong,WANG Xiao—ming,et a1.Scale similarity model of internal explosion in closed (33成雪纯,李泽华,张昌锁.岩体爆破块度控制与工程应用 研究fJ].煤炭技术,2015,34(9):3-5. CHENG Xue-chun,LI Ze—hua,ZHANG Chang—SUO. field r-J1.Journal of Vibration and Shock,2014,33(2): 128-133. Research on mechanism and application of blasting frag— ment size[J].Coal Technology,2015,34(9):3-5. [4]郑瑞春,马柏令,高土才.爆破参数对破岩质量的影响规 律及小抵抗线大孔距爆破机理的探讨(上)[J].爆破, 1987,4(2):5-10. ZHENG Rui-chun,MA Boding。GAO Shi—cai.The [7]李海洪,李启月,肖六杏,等.基于相似理论的中深孔爆 破参数优选[J].采矿技术,2009,9(4):110—111. LI Hal—hong,LI Qi—yue,XIAO Liu—xing,et a1.Optimi— zation of blasting parameters in deep—hole blasting based on similarity theory EJ].Mining Technology,2009, 9(4):110—111. effect of blasting parameters on rock blasting quality and (上接第65页) 面爆破原理,改进光面爆破技术参数、调整装药 结构、细化装药方法、确保光面爆破孔同时起爆, underground works on hydraulic structures[S].Beijing: China Power Press,2011. 成功地在Ⅲ类围岩中实现了光面爆破,保证了开 挖质量,确保了施工安全。实践证明,在隧洞开 挖光面爆破施工中,在某些条件不具备的情况 下,通过专业爆破工程技术人员对现有条件的分 析、研究,对光面爆破技术加以适当改进、调整, [3]徐颖,方江华.光面爆破合理炮孔密集系数的研究[J]. 工程爆破,1998,4(1):25—29,38. XU Ying,FANG Jiang—hua.Study on proper burden-to— spacing ratio of blasting for smooth blasting[J].Engi— neering Blasting,1998,4(1):25—29,38. (43马洪琪,周宇,和孙文.中国水利水电地下工程施工(上 册)VM-I.北京:中国水利水电出版社,2011:197—198. MA Hong—qi,ZHOU Yu,HE Sun—wen.Construction 仍然能够达到光面爆破的目的,并取得良好的光 面爆破效果。 of underground hydro warks in China(Volume I)I-M]. 参考文献(References): (13汪旭光.爆破设计与施工rM].北京:冶金工业出版社, 2011:360—361,249. Beijing:China Water Power Press,2011:197—198, (53杨玉银.隧洞开挖光面爆破新技术[C]//汪旭光.全国 工程爆破学术会议论文集第七辑.乌鲁木齐:新疆青少 年出版社,2001:302—307. YANG Yu—yin.A new technique of tunnel excavation by WANG Xu—guang. Blasting design and construction [M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2011:360— 361,249. smooth blasting with interval charging[C]//WANG Xu— guang.National engineering blasting academic confer— (23 DL/T5099—2011水工建筑物地下开挖工程施工技术规 范[s].北京:中国电力出版社,2011. DL/T5099—201 1 Technical specification for excavation ence collection 7.Urumchi:Xinjiang Youth Press, 2001:302—3O7. Engineering Blasting 工程爆破,2016,22(6):70—74