王明昌

（云南省水利水電工程有限公司，云南昆明 650000）

在修建水利水電工程時(shí)，需要通過(guò)利用爆破技術(shù)破壞巖體，進(jìn)而保障水利水電工程的穩(wěn)定實(shí)施。爆破技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中具有重要作用，涉及圍堰拆除、大壩開(kāi)挖、石料開(kāi)采、渠道改造、廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖、高陡邊坡開(kāi)挖等多個(gè)施工項(xiàng)目。在水利水電工程施工中，爆破技術(shù)是其第一道施工環(huán)節(jié)，最終爆破結(jié)果影響著水利水電工程建設(shè)進(jìn)度，而且水利水電工程建設(shè)問(wèn)題具有一定的特殊性，對(duì)爆破技術(shù)也提出了技術(shù)要求，在開(kāi)發(fā)爆破過(guò)程中，對(duì)不同結(jié)構(gòu)部位都產(chǎn)生了相應(yīng)的干擾，需要做好基巖保護(hù)，嚴(yán)格控制邊坡質(zhì)量。

1.水利水電工程爆破技術(shù)概述

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

大多數(shù)水利水電工程都需要具備高水壓性能以及擋水功能，如果水壓力發(fā)生變化，則會(huì)直接影響后續(xù)建筑質(zhì)量，如果情況嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)相應(yīng)的安全問(wèn)題。水利水電工程本就具有一定的特殊性，同時(shí)也具備相應(yīng)的客觀條件，在爆破建筑物主體巖石時(shí)，不可采用常規(guī)建筑行業(yè)、鐵路行業(yè)使用的爆破技術(shù)。水利水電工程在爆破時(shí)應(yīng)當(dāng)注意：首先，應(yīng)當(dāng)保護(hù)好周?chē)鷰r石，使得巖體完整性能夠得到保障，避免產(chǎn)生爆破裂縫，降低對(duì)周?chē)刂窏l件的影響。其次，雕琢好邊界面。再次，合理控制爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)影響；最后，把握好實(shí)際施工強(qiáng)度?？梢?jiàn)，水利水電爆破技術(shù)屬于重要的工程施工技術(shù)，也是一項(xiàng)要求高、挑戰(zhàn)性強(qiáng)的工作。

在水利水電工程爆破技術(shù)施工時(shí)破壞性較強(qiáng)，在進(jìn)行修建大壩與地下廠房等過(guò)程中，需要通過(guò)破壞巖石主體結(jié)構(gòu)等方法進(jìn)行，不僅會(huì)直接影響巖石主體結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境，給后續(xù)水利水電工程建設(shè)帶來(lái)較為嚴(yán)重的安全隱患，使得工程投資成本明顯升高[1]。在應(yīng)用水利水電工程爆破技術(shù)時(shí)，會(huì)直接影響巖體爆破的效果，也會(huì)直接影響爆破的安全性，實(shí)現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著水利水電工程爆破技術(shù)的不斷完善與實(shí)施，相關(guān)工作人員仍需不斷探索其中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高自身的專(zhuān)業(yè)實(shí)力，保障最終的建設(shè)結(jié)果。

1.2 爆破原理

爆破的原因分為2個(gè)階段，第一階段為炸藥在圍巖間產(chǎn)生應(yīng)力波，并形成環(huán)向或縱向的裂縫，使得巖石破碎；第二階段在爆破過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)大的氣流，并形成空腔，使得巖石破碎，也會(huì)在氣流的影響下向外拋擲。由此可以認(rèn)為，在巖石爆破過(guò)程中，爆破主要能力分布在延時(shí)變形能量與爆炸氣體形成的拋擲能中。爆破過(guò)程中能量的消耗分布為：爆炸氣體膨脹消耗的能量為50%，沖擊波能量為10%，無(wú)用能為20%～30%。通過(guò)能量守恒定律可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)提高爆炸沖擊波能量的消耗，能夠有效提高爆破效率。在豎向掘進(jìn)過(guò)程中，由于只有一個(gè)自由面，爆破效果會(huì)受到影響，這時(shí)爆破巖石較為困難，在布置炮眼時(shí)就應(yīng)當(dāng)綜合考慮如何創(chuàng)造第二個(gè)爆破面。螺旋掏槽中空眼作用就是創(chuàng)造第二個(gè)自由面，當(dāng)采取爆破技術(shù)家里，則會(huì)形成較大的爆破力破壞巖石結(jié)構(gòu)，隨后產(chǎn)生的氣流能量，會(huì)將巖石拋出，清空槽內(nèi)。

1.3 研究進(jìn)展

1.3.1 河道對(duì)爆破地震波傳播的影響

在水利水電工程采取爆破技術(shù)過(guò)程中，由于受到自然條件的影響，在建筑物與爆破點(diǎn)之間很容易出現(xiàn)一片水域。比如在拆除三峽三期圍堰是大壩與圍巖之間，形成了較為寬大的水域，由于部分河流的水面較窄，需要對(duì)建筑物進(jìn)行實(shí)時(shí)震動(dòng)監(jiān)測(cè)。在這種情況下，爆破施工所形成的地震波會(huì)對(duì)水中建筑物及邊坡造成影響，也會(huì)受到地震水壓力的影響。相關(guān)爆破專(zhuān)家對(duì)爆破所產(chǎn)生的地震波進(jìn)行研究，以此來(lái)控制爆破對(duì)周?chē)ㄖ镆约斑吰碌挠绊懀档蛯?duì)建筑形狀的危害。河道對(duì)爆破地震波會(huì)產(chǎn)生影響，河道距離爆破中心點(diǎn)的距離，隨著遠(yuǎn)近變化會(huì)出現(xiàn)衰減規(guī)律。在研究過(guò)程中，可以模仿相應(yīng)的數(shù)值，掌握巖石主體中震動(dòng)強(qiáng)度的具體分布規(guī)律。一般情況下，河道水量大小不會(huì)影響爆破地震波，在無(wú)水情況下相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)也不會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，只是震速在有水的情況下會(huì)比無(wú)水的情況下小[2]。

1.3.2 新澆混凝土在爆破下的安全性

相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，爆破所產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)新澆混凝土產(chǎn)生影響，在建設(shè)水利水電工程時(shí)需要合理控制爆破的震動(dòng)速度，進(jìn)而有效降低爆破震動(dòng)對(duì)新澆混凝土所產(chǎn)生的影響。通過(guò)理論研究發(fā)現(xiàn)，在爆破過(guò)程中，混凝土的極限振震速度會(huì)受到新澆混凝土的彈性模量、基巖聲波速度的影響。我國(guó)當(dāng)前混凝土澆筑規(guī)范是將1d～3d內(nèi)的混凝土劃分在同一期限內(nèi)，此種劃分模式較為籠統(tǒng)，需要對(duì)其進(jìn)一步詳細(xì)劃分。雖然我國(guó)當(dāng)前大體積混凝土基礎(chǔ)面上的安全震動(dòng)速度符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于新澆混凝土而言，其整體結(jié)構(gòu)更為特殊，震動(dòng)破壞力會(huì)受到混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，也與混凝土的應(yīng)變狀態(tài)存在緊密關(guān)聯(lián)。新澆混凝土包括自縮變形、混凝土徐變、內(nèi)部溫度等因素，很容易受到爆破震動(dòng)的影響，需要加強(qiáng)此類(lèi)方面的研究。

2.水利水電工程爆破技術(shù)要點(diǎn)

2.1 爆破器材

當(dāng)前，炸藥主要分為銨梯炸藥、乳化炸藥、銨松蠟與銨瀝蠟炸藥、水膠炸藥與粉狀銨油炸藥、靜態(tài)破碎劑、光面（預(yù)裂）爆破專(zhuān)用炸藥等。普通的爆破會(huì)造成較為嚴(yán)重的造成污染，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生諸多硝煙、粉塵顆粒，在劇烈震動(dòng)的影響下會(huì)產(chǎn)生大量飛石，危及工作人員的人身安全，可見(jiàn)普通爆破工作較為危險(xiǎn)。但是，使用靜態(tài)破碎劑則能夠使用固體膨脹產(chǎn)生的低壓慢慢切割，破碎巖石，安全性更高，噪音污染能夠有效減少普通爆破帶來(lái)的多種不利影響。但由于整體經(jīng)濟(jì)成本高，更常用于拆除混凝土建筑物，大理石、花崗石等石材切割開(kāi)采中。隨著環(huán)境保護(hù)被社會(huì)廣泛重視，降低對(duì)環(huán)境的污染是社會(huì)的發(fā)展初衷，而此種炸藥的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，擁有較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。除此之外，主要起爆器材還包括雷管、引爆器具、傳爆器材、導(dǎo)爆管。

2.2 爆破方法

2.2.1 淺孔爆破法

淺孔爆破法就是將爆破的孔徑控制在75mm以?xún)?nèi)，深度控制在5m以?xún)?nèi)。淺空爆破法能過(guò)將巖石破碎為介質(zhì)較為均勻的小塊，只需要借助操作較為簡(jiǎn)單的鉆孔設(shè)備即可，爆破效果能夠得到保障，操作方法更為簡(jiǎn)單，對(duì)地形的要求較少，在多種多樣的地形條件中都能夠有所應(yīng)用，同時(shí)也能夠有效控制爆破面的形狀與規(guī)格[3]。但此項(xiàng)方法也存在諸多不足，比如生產(chǎn)效率較低，每個(gè)炮孔所產(chǎn)生的方量不同，進(jìn)而導(dǎo)致工作量增大，人力成本也隨之提升，不利于獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.2 深孔爆破法

深孔爆破技術(shù)就是指爆破鉆孔孔徑在75mm以上，孔深超過(guò)5m以上，此種保護(hù)方法在爆破后會(huì)出現(xiàn)大石塊，為了處理好此類(lèi)大石塊，則需要再次進(jìn)行爆破。當(dāng)前，在開(kāi)挖大型基坑、開(kāi)發(fā)大型采石場(chǎng)時(shí)主要采用深孔爆破法，與淺孔法相比，巖石鉆孔工作量較小，所消耗炸藥也較少，勞動(dòng)生產(chǎn)率較高，具體操作過(guò)程更加簡(jiǎn)單，與淺孔法相比操作更為簡(jiǎn)便。但深孔爆破法也存在缺點(diǎn)，例如深孔設(shè)備更復(fù)雜、價(jià)格高、鉆孔速度較慢。這就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，因此需要慎重使用。

3.水利水電工程爆破技術(shù)的應(yīng)用

3.1 預(yù)裂、光面爆破

預(yù)裂爆破技術(shù)的具體操作方式為：在爆破過(guò)程中按照設(shè)計(jì)方案開(kāi)挖并打密集孔，安裝少量的材料，使其能夠預(yù)先爆炸成縫，使得爆區(qū)之外巖體能夠得到保留，也能夠避免建筑物受到破壞。光面爆破技術(shù)的主要操作方式為：在已經(jīng)開(kāi)發(fā)的輪廓線周?chē)贾瞄g距較小的平行炮孔，炮孔放置藥量控制在少量即可，而后引爆。這種爆破方式不僅能夠爆破輪廓下的巖石，對(duì)輪廓線以外的巖石也能夠起到保護(hù)作用，不會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的破壞，而且這項(xiàng)技術(shù)能夠在周?chē)粝潞圹E，使得斷面更加整齊，圍巖更加穩(wěn)定。此項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)水利水電工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，最初成功應(yīng)用于云南糯扎渡水電站，在使用之后獲得了良好的爆破效果與經(jīng)濟(jì)效益，而后得到了推廣。此項(xiàng)技術(shù)不僅能夠有效控制開(kāi)發(fā)面，也能夠保持邊坡與圍巖的穩(wěn)定性，降低開(kāi)發(fā)工作量，施工效率明顯提升。比如，在三峽永久船閘開(kāi)挖爆破過(guò)程中，則優(yōu)先采用了光面爆破技術(shù)，獲取到了良好的爆破效果，能夠有效保留壁面完整性，提高爆破水平。

3.2 面板堆石壩級(jí)配料開(kāi)采爆破

此項(xiàng)技術(shù)主要是在混凝土面板堆石板的中應(yīng)運(yùn)而生，近年來(lái)此項(xiàng)技術(shù)得到了快速的推廣與使用，在建設(shè)中小型水電站中應(yīng)用更為常見(jiàn)[4]。比如，在天上教一級(jí)水電站中，主要采用的就是混凝土面板堆石壩壩體技術(shù)，這一大壩高度位居世界第二，壩體方量位居世界第一。在建設(shè)烏弄龍水電站時(shí)，主要采取的施工方法為直接上壩填筑堆石壩級(jí)配料。天生橋一級(jí)水電站不僅采取了直接上壩填筑方法，還研究分析了爆破塊度分布、塊度預(yù)報(bào)以及參數(shù)優(yōu)化，對(duì)后續(xù)水利水電工程建設(shè)起到良好指導(dǎo)效果。

3.3 圍堰爆破拆除

在建設(shè)大型水利水電站時(shí)，需要拆除周?chē)呐R時(shí)建筑物，為了保障拆除效率，使得施工進(jìn)度的逐步推進(jìn)，可優(yōu)先選擇圍堰爆破拆除法。此項(xiàng)技術(shù)屬于臨水爆破作業(yè)范圍，一般通過(guò)利用無(wú)水區(qū)來(lái)開(kāi)展爆破作業(yè)，比如非臨水面等。一般情況下，此項(xiàng)技術(shù)的施工要求更高，需要一次爆通成型，同時(shí)需要滿(mǎn)足泄水與進(jìn)水的基本需求。對(duì)于周?chē)呀?jīng)建好了建筑物，需在爆破時(shí)做好防護(hù)措施，減少不必要損害的發(fā)生。在建設(shè)三峽工程過(guò)程中就積累了較為豐富的圍堰爆破拆除經(jīng)驗(yàn)。在具體操作過(guò)程中，需要充分破碎圍堰滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求，保障閘門(mén)與建筑物的安全性，使得電廠設(shè)備能夠穩(wěn)步運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)適中貫徹落實(shí)高單耗、低單響的思想，在實(shí)際工作過(guò)程中充分利用接力起爆系統(tǒng)，并構(gòu)建完善的安全控制標(biāo)準(zhǔn)，避免飛石產(chǎn)生巨大危害，提高工程建設(shè)效果。

3.4 定向爆破筑壩

定向爆破筑壩技術(shù)既快捷又高效，在建設(shè)水利水電工程中得到了廣泛應(yīng)用，此種方法在東川口水電站建設(shè)中應(yīng)用最早，而后得到了進(jìn)一步的推廣，目前超過(guò)60座水庫(kù)擁有了此項(xiàng)技術(shù)。此種方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具體主要表現(xiàn)為：首先，對(duì)施工道路的要求較低，能夠有效降低建設(shè)道路的基本成本，同時(shí)也不需要在施工過(guò)程中應(yīng)用到大量的機(jī)械設(shè)備，在一定程度上節(jié)約了成本的支出。其次，此項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)一次性完成采石、運(yùn)輸與填筑等流程，既能夠有效節(jié)約人工成本，也能夠減少工程建設(shè)成本，提高水利工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益[5]。最后，此項(xiàng)技術(shù)的使用施工速度更快，爆破堆積高度更高，能夠起到攔洪的效果，更利于度汛，能夠有效節(jié)約建設(shè)圍堰工程所產(chǎn)生的施工成本，獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 巖塞爆破

巖塞爆破技術(shù)屬于水下爆破的方式之一，早在上世紀(jì)70年代就已得到應(yīng)用。通過(guò)對(duì)巖塞位置的觀察，可以發(fā)現(xiàn)其一般處于水庫(kù)底部，隧洞末端，當(dāng)完成洞內(nèi)工程建設(shè)后，需要炸除全部巖塞，進(jìn)而使得洞與庫(kù)之間能夠互相聯(lián)通。巖塞爆破具有諸多優(yōu)勢(shì)，主要包括：第一，不會(huì)受到水庫(kù)水位上漲的影響，也不會(huì)受到季節(jié)性降水的影響；第二，在爆破時(shí)不需要修建圍堰工程，使得工程量明顯降低，工程施工成本得以節(jié)??；第三，爆破攻擊較短，施工效率更高、資金投入較少、成本更低；第四，在施工過(guò)程中，水庫(kù)能夠正常運(yùn)行并不會(huì)受到任何影響。當(dāng)前我國(guó)在建設(shè)水利水電工程時(shí)，巖塞爆破的應(yīng)用較為常見(jiàn)，通過(guò)對(duì)裝藥方式的分類(lèi)，可以將其分為為硐室爆破和炮孔爆破。而通過(guò)對(duì)爆碴處理方式的分類(lèi)，將其分為留碴爆破和泄碴爆破。而在具體施工中，通過(guò)合理選用巖塞爆破方式能夠有效提高爆破效果，積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，值得進(jìn)一步推廣。

3.6 隧道掘進(jìn)爆破

隧道掘進(jìn)爆破技術(shù)是爆破中的重要技術(shù)之一，在水利工程建設(shè)中需要進(jìn)行地下工程開(kāi)發(fā)，而隧道掘進(jìn)爆破是其重要組成部分，常見(jiàn)的包括引水洞、斜豎井、灌漿洞等。這種爆破方法不僅成本低廉，地質(zhì)條件也具有較高的適應(yīng)性，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。在建設(shè)隧道工程過(guò)程中，爆破開(kāi)發(fā)是其關(guān)鍵步驟，其技術(shù)的好壞直接影響著水利工程的后續(xù)建設(shè)質(zhì)量，會(huì)影響具體施工進(jìn)度。在隧道掘進(jìn)爆破過(guò)程中會(huì)受到照明、噪聲等多項(xiàng)因素的影響，而施工作業(yè)效果也會(huì)間接受到影響，使得施工難度加大[6]。除此之外，由于爆破的自由面較少，破碎的巖石會(huì)直接影響藥量損耗，為了提高爆破效率爆破質(zhì)量，就應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐步進(jìn)行，不可出現(xiàn)超挖等情況，要避免支架、電線等受到損害。因此在施工過(guò)程中，要盡量降低爆破對(duì)圍巖的影響，使得圍巖的完整性得以保存，進(jìn)而提高工程質(zhì)量。

4.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水利水電工程當(dāng)前對(duì)爆破技術(shù)的使用已經(jīng)積累了一定經(jīng)驗(yàn)，但是對(duì)爆破技術(shù)的使用范圍了解不夠全面，進(jìn)而導(dǎo)致爆破技術(shù)的關(guān)鍵施工技術(shù)未得到全面應(yīng)用，使得工程進(jìn)度、工程成本以及質(zhì)量都受到影響，需要不斷完善現(xiàn)有技術(shù)，加強(qiáng)質(zhì)量控制，提高施工效率。