第１２卷 第９期 ２０１２住 中 国水运 ＶｏＩ．１２ Ｓｅｐｔｅｍｂｅ ｒ Ｎｏ．９ ２０１２ ９月 Ｏｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 光面爆破技术在竖井深爆破成井中的应用 付安学 ，李红军 （１南京大学地球科学与工程学院，江苏南京２ｌ００９３； ２江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京２１０００７） 摘要：传统钻爆法进行竖井施工，工序繁杂，施工环境恶劣，安全难保障，针对竖井工程施工困难的特点，文中 采取竖井光面爆破一次爆破成井施工技术，对竖井深爆破成井施工中爆破参数、爆孔布置、装药结构、装药方式、 钻孔工艺等参数和要求进行了优化设计，并论证爆破安全性。爆破结果表明，设计方案效果佳、周边孔半孔率高， 爆破后的井壁整体稳定性良好，可供类似工程参考。 关键词：光面爆破；竖井深爆破；安全性；稳定性 中图分类号：Ｕ４５５ ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１２）０９—０２５５—０２ 在地下井巷隧洞工程施工中，竖井是一种应用十分广泛 的构筑形式，可作为通风、运输、安全通道等。当前，竖井 的掘进方法主要还是采用钻爆法，但传统钻爆法往往存在工 序繁杂，井内作业量大，施工环境恶劣，安全难以保障等缺 陷。为解决施工中的技术难题，在对施工条件进行认真分析 的基础上，根据深孔爆破与光面爆破的相关理论Ｉ１－３｝，本文 直径均取７０ｍｍ。作为提供自由面和补偿空间的空孔直径取 ｌ００ｍｍ。 （２）掏槽方式。为确保掏槽效果，采用“双空孔螺旋掏 槽法”。布置方式为：并排布置３个￣ｌＯＯｍｍ的炮孔，其中 问采用不耦合问隔装药且首先起爆，以龟裂掏槽方式形成一 个较大的补偿空间，随后在此基础上进行螺旋掏槽。图Ｉ是 该掏槽法的示意图。 采用全断面、全井深一次钻孔装药，多段雷管微差起爆，爆 碴自动滑落成井施工技术。下面就其施工技术、爆破安全控 制等方面进行探讨，供类似工程参考。 一０ Ｌｌ 、工程概况 在云南金山矿业公司新山一马家沟矿区巷道掘扩项目中， 平硐１ ７７０巷道与平硐１ ７５０巷道有一处竖井作为运输巷道、 通风供水通道和尾矿充填通道，竖井横断面尺寸为５．６ｍ× ２．６ｍ，深度为２０ｍ，总开挖方量为２９１．２ｍ。。竖井施工部 ０ Ｌ ｏ 。 ｏ Ｌ ０ 位平硐巷道已经开挖完毕，其地质资料显示，围岩岩石构成 主要为火山角砾岩、凝灰岩、沉凝灰岩，碳质板岩和风化严 重的硅质板岩，围岩岩样的抗压强度为２３．３－９７．３ＭＰａ，岩 质较硬，节理裂隙欠发育，岩石较完整，平硐巷道围岩ＢＱ分 级属ＩＩ级的岩体。为满足竖井运输轨道安装要求，竖井井壁不 平整度控制在±２ｃｍ以内，可以超挖５ｃｍ，不允许欠挖而影 响井壁混凝土喷层厚度，以确保井壁的完整和稳定。 二、技术方案实现原理 ｏ 图１掏槽示意图 （３）布孔参数计算。掏槽孔孔距计算。考虑到可能发生 的不利情况，在计算掏槽孔距时仍是以单空孔为基准，设计 采用的掏槽炮孔布置图见图ｉ，其相应的布孔参数详见表Ｉ。 表１布孔参数／ｍｍ 该技术方案采用深孔钻机按竖井断面尺寸，沿竖井全高 自上向下钻凿一组平行炮孔，采用三段毫秒雷管起爆，先起 其它炮孔孔距的确定。辅助炮孔的作用在于扩大掏槽成 爆周边孔，减小对周边围岩的破坏，后起爆中间掏槽孔，为 后面起爆创造自由面，最后起爆中间扩大孔，将井内被挖岩 体同时爆碎，使被爆岩体在立井横断面上形成粉碎区、破碎 区、龟裂区，爆破后在下方通道用机械清渣，粉碎区与破碎 区的爆碴在自重作用下，自动下落，并拉动龟裂区岩石散体 下落成井。 果，为最后成井创造有利条件，它的位置合适与否将是成井 成败主要影响因素之一。 参考类似工程的爆破经验［４－ｓＩ和对具体情况的分析，将 其布置成距掏槽孔中心线６５０ｍｍ的六边形。因爆破断面为 长方形，且掏槽后爆破条件相对较好，在形成的拉槽两端各 布置４个问距７００ｍｍ左右的扩大孔。周边孔的功能是控制 井的形状和规格，布置在四周边界上，按照光面爆破参数计 算，选择周边孔的孔距为６５０ｍｍ－７００ｍｍ。典型的炮孔平 三、爆破参数和爆子Ｌ布置优化 （１）炮孔直径。装药的掏槽孔、辅助孔和周边孔的炮孔 收稿日期：２０１２—０６—０１ 作者简介：付安学（１９７９一），男，湖南邵东人，硕士，南京大学华东有色地勘局地下空间与地质环境研究所工程师，研 究方向为地下工程施工、岩石力学及工程地质。 ２５６ 面布置图见图２。 中国水运 第１２卷 况，可将空心孔孔底装入 长的药包（为控制其 十＿＿●●● 引 ●上１ ２ １ ２ ５ ７ ８ 长度，可采用事先加工的药包），作为抛渣药包，其装药结构 见图 所示。抛渣药包在全部槽孔爆破后起爆，与槽孔最后 一响时差 ．。 ｆｌ ｆ Ｉ 誊 窨 装药方法 用 长的尼龙绳和 的导爆索，按设计捆绑在一 处和 ． 处分别设 块形成吊索，在吊索距孔口 ． 置同段毫秒雷管，使雷管聚能穴朝井底方向，管体与导爆索 用塑料胶带贴紧包缠。将每个雷管的导爆管分别引出孔口外 ． 长，使之形成同一炮孔内有两条起爆线路。而后，将 图 炮子Ｌ平面布置图 四、凿岩钻孔工艺要求 ２ ３ 一次爆破成井的凿岩工作，是在竖井断面设计范围内， 采用中深孔凿岩设备，首先打好全部的垂直于顶板的平行炮 ０●●●●．Ⅲ ２ ３ 孔，一次爆破成井达到设计高度。该工程采用生产现场Ｈ型 ０●●●● 潜孔钻机。该机的外形尺寸：２ ３ ××． ；有效钻孔深度： ２ ２ ２ ｌ一 ～；钻孔直径为 １ ｌ Ｏ １ ２ 。经现场标定，该钻机的现 有平均台班效率约 台班，此时的钻孔直径 ，扩 孔直径可达 。 提高钻孔质量，控制钻孔偏斜率是深孔爆破成井能否取 得成功的前提条件。为此，钻孔时采取了以下措施： （）开孔前先将孔口凿平，凿岩时每打一个孔都认真调 整钻机对好孔位，并固定牢固； （２）开口后要停下来检查一下钻机是否移位，校对完后 再继续钻进，开孔段慢速钻进； （３）钻进过程中，为减少钻孔偏斜，可在周围已钻成的 炮孔内插杆来判定钻孔的偏斜情况； （）钻进时注意纠偏，保证钻孔的“平、直、齐”。每 钻进 ，测斜一次，出现偏斜时，采用反向回转钻进纠 偏法纠偏； （５）钻孔临近全深时，减压钻进。钻凿完毕，炮孔偏斜 率一般不超过．５％，最多不超过１％，钻孔在深度和垂直平 行度方面要满足爆破施工的要求。 五、装药结构与起爆网络优化 １装药结构 为确保掏槽效果，中间 １ 炮孔采用不耦合间隔装 药，且首先起爆，以龟裂掏槽方式形成一个较大的补偿空间； 周边孔采用间隔不耦合装药，线装药密度． ，不耦合 系数２．１９，炮孔全长敷设导爆索，确保稳定传爆； 个掏槽 孔采用连续不耦合装药，线装药密度为２． ，不耦合 系数． ，孔口不装药段为 ． ； 个扩大孔线装药密 度为 ． ，不耦合系数为１． ，不装药段长度为 ． ；炮孔底部堵塞先用圆锥形木塞将炮孔孔底塞紧后，先 向炮孔底部填塞 厚细砂，再开始装药。爆破采用乳化炸 药，按照设定的装药位置，绑扎在沿炮孔全长敷设的尼龙绳 和导爆索上，装药完毕，不装药部分填压 厚干黄土即可， 其装药结构如图 所示。装药孔起爆后，由于周围药孔爆破 的共同作用，使得抛向空心孔底的碎渣出现挤死现象，孔越 深这一现象越严重，这将直接影响爆破效果。为克服这一情 起爆吊索悬吊在炮孔内设计位置，即可开始装药。 ．起爆网路 为确保雷管和导爆管起爆安全，传爆通畅，所有引出的 导爆管扎成一束，采用双雷管引爆传爆，起爆器采用充电式 雷管起爆器。考虑掏槽孔间距较小，为不使前响挤死后响或 使后响炸药产生误爆，间隔时问不能过长。但要使岩石完全 破碎达到抛掷，并形成空腔，又需要一定的排渣时间，间隔 又不能太短。根据物理模型试验的研究结果及高速摄影露天 爆破抛掷试验和理论推算，掏槽孔的微差间隔时间取 左右较为理想。掏槽孔与扩大孔间隔时间取为１ 。抛渣 孔在全部槽孔爆破后起爆，与槽孔最后一响间隔时间为 左右。 ４．安全防护 起爆前，采用砂袋、湿润的草帘对爆破面进行覆盖；平 硐巷道内、外人员均撤离到安全距离以外，并做好警戒工作。 图 掏槽孔装药结构示意图 ／孔 至—一，，导爆管雷管 ’＼ 彬 图 抛渣子Ｌ装药结构示意图 六、爆破震动安全性验算与评价 经计算，同段起爆药量最大为周边孔，起爆药量为 ． ，与最近衬砌点距离 ． 。 由ｖ： ｆ 其中Ｋ取 ， 取．，可得１，＝． ，经查 相关资料，符合 水电水利工程爆破施工技术规范 （ １ 一 ）规定，也符合隧洞巷道地震安全速度≤ 要求，故安全。 七、爆破效果评价 按该方案钻孔、装药、起爆后，围岩 （下转第 页） ２２２ 中国水运 第１２卷 成表层的排水工作之后问隔一定的时间，并且根据施工设计 时的规定来进行各项工序的具体施工。在完成浅层抽水固结 处理之后立即进行深层真空预压处理施工，将二者有机的结 合起来。 埋在粉砂下１５ｃｍ，开槽处采用中粗砂回填并包裹滤管，安 装射流泵；⑥挖压膜沟（场区的四周可打设粘土密封墙）及 铺设３层密封膜，压膜沟深度至少应挖至不透水、不透气土 层顶面以下０．５ｍ。开挖压膜沟时，沟内排水板不剪断，应沿 （１）浅层抽水固结处理具体的施工操作：①首先需要 在吹填泥面上分别覆盖一层规格为２００ｇ／ｍ。的编织布和一 层规格为３００ｇ／ｍ 的无纺土工布；②通过人工方式可以安 沟边向上与滤管连接，铺密封膜后用粘土回填压膜沟；⑦安装 射流泵（约每１，０００ｍ 布置一台泵），试抽气，检查，要求 先分３批循环开启真空泵，每批只开启１／３的泵数量，每批 装设置竖向的呈正方形的塑料排水板，要求板与板之间的距 离为０．７ｍ，入淤泥的深度要求达到４．５ｍ，露到外面的部分 持续时间为５ｄ，然后开启全部真空泵，然后实施深层抽水固 结处理（膜下真空压力不小于８５Ｋｐａ）的抽真空恒载时间约 １００ｄ；⑧设置地面沉降标，连接抽真空设备，试抽气，检查， 正式抽气；⑨卸载和效果检验：满足卸载标准后，停止抽气， 并将真空预压区膜上覆水排出，进行加固后的效果检验；⑩压 模沟的处理方式：要求换填处理之后的效果高于区内真空预压 处理的效果，或者与其保持一致；（１Ｄ对于在路基围埝周围的 地方可以进行换填作业，换填料最好选用建筑渣土，将其深度 保持在３．０ｍ以上，换填的时候可以进行分层密实；Ｑ２）在完 要求在０．６ｍ。将塑料排水板的底部位置进行密封处理，防 止淤泥流入到排水板内；③铺设水平滤管，并将排水板与滤 管连接要求排水板与滤管紧密接触，连接后外裹土工布，以 避免淤泥中的土颗粒进入接触面；④按图铺设水平排水板， 在滤管上面铺设一层土工格栅，及一层土工布（２００ｇ／ｍ ）； ⑤铺设两层密封膜，连接抽真空设备（约每１，２００ｍ。布置一 台泵），试抽气，检查，要求先分３批循环开启真空泵，每个 批次开启泵的数量要在三分之一，开启持续的时间要达到 ５ｄ，并且试抽气的时间在１５ｄ以上，接着将真空泵全都开启 进行浅层抽水固结处理工作。 成卸载之后需要对场地进行排水和整平工作。 五、施工安全保证措施 （１）一定要严格遵守施工安全以及施工用电的各项规章 制度。 （２）浅层抽水固结处理在施工过程中需要注意的关键 点：①在吹填砂的施工过程中，一定要确保施工作业的安全 可靠性，避免工作人员不慎陷入到泥潭里。②在吹填粉砂的 过程中，要安排专门的工作人员负责每一根输砂软管，控制 回填的时间，避免时间拖的过长导致下面的淤泥向上翻开， （２）要求工程项目的负责人员组织安排施工作业人员进 行施工安全方面的教育，在整个施工过程中安全人员要随时 对施工状况进行安全检查，一旦发现隐患需要及时采取适当 的措施进行整改。 （３）严格遵守夜间施工的相关规定以及要求。 （４）确保发电机能够正常工作，发现故障及时解决。 （５）不能把明火等危险物品带入发电机房里。 （６）发电机房只有工作人员可以入内，闲杂人等禁止进 入。 最终出现泥包。③要想让粉砂的表面保持平整，所有看管软 管的工作人员适当的移动软管。④在完成吹填粉砂的工序之 后，人工将粉砂的表面平整。⑤为了在施工工期里完成施工 作业，在吹填的过程中按照具体的施工需求投入所需要的设 备，保证该工序能够按时完成。 （３）深层真空预压处理具体的施工操作：①填筑粉砂 的时候将其厚度控制在０．８ｍ左右。按照现场的施工状况进 行分层吹填，还可以适当的进行人工填筑，如果浅层处理无 法达到要求，则需要采取补强措施；②在整平场地的时候将 高度差控制在０．２ｍ之内；③呈正方形设置塑料排水板，排 水板之间的距离保持在０．８ｍ的范围内，露在外面的部分在 （７）安排好工人的交工作。 参考文献 『１１陆永焕，严桂强，杨剑锋．航道疏浚工程施工浅点成因与 控制分析『『１．西部交通科技，２０１０（Ｚ１ 【２】汪崇龙．浅析内河航道通过能力及改善措施ⅡＪ．中国水运 （下半月），２０１０，（０４）． ０．６ｍ左右。打设塑料排水板过程中，宜避免出现冒泥，板 头污染等现象。如出现以上现象，应采取措施，并及时处理， 保证粉砂垫层和排水板头的清洁；④埋设监测仪器；⑤在 粉砂上开槽，铺设滤管，滤管与排水板连接，确保该处滤管 『３１王春飞．内河航道疏浚工程施工技术分析［『１＿现代商贸工 业，２００９，（１７ 『４１张伟．内河航道疏浚施工项目管理措施【ＩＩ．中国水运（下 半月），２００９，（１２）． （上接第２５６页） 碎度均匀，爆碴下落顺利，现场爆破监 测显示，对周围围岩和１５０ｍ以外的衬砌扰动较小，石碴清 【２】祝树枝，吴森康，杨昌森．近代爆破理论与实践【ＭＪ．武 汉：中国地质大学出版社，１９９３． ［３】霍永基．工程爆破文集第五辑（Ｍ１．武汉：中国地质大学 出版社。１９９３． 理后，预裂面较为平整，开挖轮廓与设计轮廓的差值≤１０ｃｍ， 周边孔半孔率达８５％，取得了较好的效果。 参考文献 【４】孙桂喜，魏口华，付廷伍．竖井爆破开挖控制技术卟北水利水电．２００７，（９）：１６—１７． 东 【１１陈华腾，钮强等 爆破计算手册【Ｍ】．辽宁：辽宁科学技 术出版社，１９９１ 【５】周运李．抽水蓄能电站闸门竖井开挖爆破 爆破，２００１， （４）：３３—３５．
