张华衍
(广东水电二局股份有限公司，广东 广州 510000)
飞来峡枢纽建设于广东省清远市珠江北江干流中部，本枢纽工程周边铁路、公路、水运交通便利，主要包括京广线、飞来峡火车站、广青高速、106国道等、300T级韶关至清远通航等各类交通。飞来峡枢纽船闸工程主要通过建设千吨级船闸满足北江航道的扩能升级需求，为实现对飞来峡枢纽三线船闸的扩建，工程单位需对船闸两边的石方进行爆破作业，爆破区域主要微风化、中风化、全风化等不同风化程度的花岗岩，爆破量为200万m3。
该工程是在现有的飞来峡水库大坝的右岸进行新建船闸，在施工的同时，不能对巷道的正常运行造成影响，同时爆破产生的危害也不能对原有水库大坝的使用造成影响。对爆破效果要求高，同时开完后边坡不能出现太多的超挖欠挖。根据本工程的特点，山体爆破部分为了爆破作业效率，采用Φ140 mm的台阶深孔松动爆破方案，台阶高度为8～15 m；
船闸处的巷道由于所处的位置比较特殊，需要往下分层开挖，采用Φ115的中深孔爆破方案；
对于边坡，为了保证不超挖不欠挖，采用光面爆破、预裂爆破，所用炮孔直径为Φ76 mm。
2.1 山体部分爆破技术参数设计
为避免因爆破飞石、震动等影响周边环境，同时提升一次起爆药量，在爆破山体是选择应用深孔毫秒微差松动技术进行爆破，每次爆破3排孔，每排孔10个，各排孔的爆破参数详见表1。为了减少上部大块率，装药时采用间隔装药技术分为上下两层装药，下部分装2/3，上部分装1/3，中间堵塞满足空口堵塞长度[1]。
表1 爆破参数
2.2 船闸航道处参数设计
船闸巷道处需要往下分层开挖，离现在正在航运的巷道距离最近处30 m左右，为了在爆破施工的时候不会对正常的航运造成影响，同时提高爆破施工效率，选择应用中深孔毫秒微差技术起爆[2]。
由于爆破工作面只有一个自由面，爆破时先前行掏槽，为后面的爆破创造自由面。掏槽形成第二个自由面后采用单排孔逐孔爆破技术进行爆破。采用单向掏槽的形式，炮孔间相互平行，中间炮孔不装药。同时新形成的自由面的方向应该面向已有的三线船闸，减少爆破震动对三线船闸的影响。爆破参数如下：
孔径d2为115 mm、孔深h为6 m、孔距a2为3 m、排距b2为2.5 m、最小抵抗线W2为2.5 m、堵塞长度L2为20～30 d，但不应≥2.5 m；
炸药单耗q2为0.5 kg/m3；
单孔装药量Q2见式(1)：
Q2=q2a2b2h
(1)
式中：q2为炸药单耗，kg/m3；
a2为孔距，m；
b2为排距，m；
h为孔深，m。
离三线船闸近处爆破时，最大同段起爆药量应控制在14 kg。
2.3 边坡控制爆破参数设计
2.3.1 光面爆破参数设计
为了避免因欠挖、超挖等对工程建设质量造成负面影响，在山体边坡区域选择应用光面爆破的方式完成爆破施工[3]。其中，该爆破技术主要包括一次分段延期以及预留光爆层两种应用方式，前者采取毫米延时雷管对主爆孔与光面爆孔在同一次爆破中分段起爆，主爆孔爆破150～200 ms后起爆光面爆孔；
后者需要先爆破开挖主石方，将光面层按设计要求预留一定厚度，在此基础上将光面爆孔沿开挖边界紧密布置，光面层厚度即主爆孔(最外层)与周边孔的间距。同时，为了避免边坡稳定性受到爆破震动的影响，选择应用低爆速炸药进行光面爆破。本工程选择的光面爆破技术方法为一次分段延期法，相关参数要求如下：
钻孔直径d3为76 mm；
台阶高度H3与主体台阶高度相同；
超深h3为1.5 m；
最小抵抗线W见式(2),孔距a3见式(3), 炮孔长度L3见式(4),线装药密度q光见式(5),单孔装药量Q光见式(6)。
W=Kd3
(2)
式中：K为系数，取15。
a3=mW3
(3)
式中：m为炮孔密集系数，取0.8；
W3为最小抵抗线，取值为阶梯的0.5～0.8倍。
(4)
式中：H为台阶高度，m；
h为超深度， m；
α为倾角，(°)。
q光=K光a3W3
(5)
式中：K光为炮孔直径，取180 mm；
a3为孔距，取(3)值；
W3为最小抵抗线；
取0.5 m。
Q光=q光L
(6)
式中：q光为线装药密度，g/m3；
L为炮孔长度，m。
2.3.2 船闸巷道处边坡的预裂爆破参数
船闸航道处开挖，为了减少爆破震动对正在使用的巷道的影响，同时爆破后可以获得比较光滑平整的边坡，采用预裂爆破的方法是在开挖面与保留边坡之间开挖一条裂缝[4]。在具体实施过程中，工程单位选择应用一次分段延期的方式进行起爆，预留爆破参数设计如下：
钻孔直径d裂76 mm；
孔距a=(8～12)d=0.6～0.9 m；
台阶高度：对于开挖深度较大的边坡，应采用2～3个台阶分层开挖，一般取台阶高H≤10 m；
边坡平台：需结合边坡坡度对边坡平台进行适当调整，通常边坡平台大于2 m；
预裂孔先装药密度q裂；
钻孔深度l,预爆破炮孔底部增加药量Q加=(5～8)q裂,预裂孔单孔装药量Q裂=q裂l+Q加；
预裂爆破装药结构详见表2。
表2 预裂爆破的装药结构
2.4 炮孔的布置形式
本工程采用梅花形炮孔布置的形式，这样可以提高炸药利用率，减少大块率，达到工程效果。炮孔布置形式，见图1：
图1 炮孔布置
2.5 装药与堵塞
山体深孔爆破部分，采用间隔装药结构，这样不仅可以提高炸药的利用率，还可以减少大块率，同时可以减少单孔装药量。船闸航道处采用连续装药结构，见图2，用双雷管起爆[5]。
图2 连续装药结构
装药后要严格按照设计要求，使用炮泥或者岩粉堵塞炮孔，严禁不堵塞就实施爆破。堵塞炮孔后在容易发生爆破飞石的地方还有加减防护，在爆破上方放置沙袋或者在 上面加覆盖层等。
2.6 起爆网络设计及起爆方法
山体深孔爆破期间，采用的起爆方式为毫秒延时孔间微差法，孔外为3段毫秒导爆管雷管，孔内为15段毫秒导爆管雷管，最终使用电雷管起爆导爆管。电雷管起爆导爆管雷管是中深孔微差松动爆破常使用的起爆网络。使用簇连即大把抓的方式连接，该方法连接方便简单，具有较强的抗干扰能力，适用于大规模的微差爆破。根据现场情况，可分多组循环实施爆破。为了提升爆破效果，必须结合实际爆破情况，根据每次爆破的炮孔起爆药包数量进行合理分段延时，调整爆破网络。在船闸巷道中的爆破中根据现场实际使用1、3、5、7分段导爆管雷管多排孔毫秒微差起爆。预裂爆破使用导爆索孔内同时起爆，孔外使用低段别导爆管雷管连接。为确保安全起爆，采用炮孔排与排之间逐排微差起爆的方式进行操作。
3.1 爆破振动校核
《爆破安全规程》(GB 6722—2014)中指出，爆破振动判据应为保护区质点峰值主频率与振动速度，为避免因爆破震动导致附近的3线船闸造成严重影响，选择振动速度为v=2.0 cm/s。
毫秒延时爆破时的单响同段最大起爆药量Qm按下面公式(7)计算：
Qm=[R(V/K)1/α]3
(7)
式中：Qm为毫秒延时爆破时同段最大起爆药量或者齐发爆破总量，kg；
R为爆破中心到测点的距离，m；
V为允许的安全振动速度，取2.0 cvm/s；
K为场地、岩石相关系数，取180；
α为地震衰减系数，取1.8；
峰值主频率为10～60 Hz(深孔爆破)和40～100 Hz(浅孔爆破)。起爆量计算结果详见表3。
表3 与爆心不同间距部位的最大起爆药量
爆破期间，工程单位需对最大起爆量进行严格管控，避免周边船闸运行等受到爆破振动的影响。
3.2 爆破飞石
个别爆破飞石安全距离计算如式(8)：
R=KD
(8)
式中：K为安全系数，取1.5～1.6；
D为炮孔直径，取140 mm。
山体深孔爆破个别飞石安全距离R1=210.0～224.0 m。
船闸巷道中深孔爆破个别飞石安全距离R2=172.5～184.0 m。
光面爆破、预裂爆破个别飞石的安全距离R3=114.0～121.6 m。
3.3 空气冲击波
空气冲击波达到一定值后，会对周围的人员、建筑物或者设备造成破坏。爆破空气冲击波安全距离，见式(9)～式(10)：
(9)
(10)
式中：R人、R建为爆破空气冲击波人员、建筑物的安全距离，m；
K人、K建人员、建筑物的系数，对建筑物取0.5～1.0；
对人员取5～8；
Q为最大一段装药量，kg。
根据表4结合工程的实际情况，在船闸航道处的基坑爆破离现有船闸最近30 m，取最大一段装药量Q=14 kg，则R建=3.7 m，R人=18.5 m，此时不会产生损伤警戒范围外人员或物的爆破空气冲击波。
4.1 安全防护措施
为实现对爆炸振动的有效控制，本工程对各段的最大起爆药量进行了严格计算与控制，借助微差爆破技术对起爆顺序等进行合理设计，有效规避了振动波叠加等扩大振动影响的问题；
工程单位对最小抵抗线方向进行了充分研究分析，充分考虑了该方向爆破飞石严重但在爆破振动小的情况，选择将保护区放置于该方向的两侧实现对振动和飞石问题的同步管控；
此外，工程单位还应用了减震沟、预裂爆破技术以及密度和爆速低的炸药，并结合振动监测结果对爆破药量进行动态调整。针对爆破飞石问题，工程单位合理应用了微差爆破等起爆技术，对炮孔不足方式和堵塞质量等进行了合理控制，在炸药单耗量设计时也参考了起爆区验收节理、裂隙勘测结果，实现了对爆破飞石的有效防治。针对空气冲击波问题，工程单位利用毫秒延期技术对冲击波强度进行了有效缓解，同时对考虑了施工区间的天气状况产生的影响，还对爆破时间与方向进行了合理设计与严格控制。
4.2 环保防护措施
由于船闸工程石方爆破施工期间的机械破碎、起爆、打孔等各项操作均会产生较多噪音、粉尘污染，为避免对船闸等周边环境、设施造成污染，工程单位需针对爆发施工制定相应的环保防护措施。在粉尘防治方面，爆破施工产生的粉尘主要为机械破碎粉尘、爆破飞扬尘埃以及炸药爆炸形成的烟雾等，工程单位可以通过湿式凿眼的方式对钻孔粉尘进行控制。在噪音防治方面，工程单位一方面可以对一次起爆药量进行适当减少，另一方面也需要合理选择施工时间并加快工程进度。
在飞来峡枢纽船闸爆破施工区间，为避免影响航道运行，确保开挖量符合施工需求，工程单位针对山体爆破区域应用的Φ140 mm台阶深孔松动爆破施工技术，针对船闸部位采取Φ115 mm中深孔爆破技术，针对边坡采取Φ76 mm预裂爆破与光面爆破技术；
为实现对爆破飞石、振动、冲击波的有效控制，通过安全校核的方式对不同距离的最大起爆药量以及安全距离进行了计算与控制；
针对安全环保施工需求，从技术与施工管理角度制定了相应的防护措施。