[科普中国]-岩塞爆破

简介

岩塞爆破形成的进水口常年在水下运行，需要有良好的运行条件。岩塞的位置和几何形状确定后，才能进行爆破设计。岩塞爆破一般有2类方法:铜室爆破法和钻孔爆破法。其中铜室爆破法又分为集中药室铜室爆破法和条形药室铜室爆破法;而钻孔爆破法又包括大孔径深孔爆破法和小孔径炮眼爆破法;还有就是上述方法的组合1。

岩塞位置的选择对于岩塞的位置，既要水力学条件好，又要具有良好的爆破条件。因此岩塞位置要求选择在岩性单一、整体性好、构造简单、裂隙不大发育的地方，且岩面平顺，岸坡坡度在30-60度宜。另外，还要考虑与已成建筑物的关系，尽可能远离已建成的建筑物2。

岩塞形状岩塞的形状有马蹄型、圆形、椭圆形、矩形等等，包括内口形状和外口形状，一般外端呈喇叭状，里端开口尺寸小于外端开口尺寸。岩塞的形状一般是根据隧洞的形状和功能选择，要求满足进水的流态要求。从理论上说，岩塞形状可以任意选择，但实际工程中的岩塞一般为圆形，岩塞轴线与岩塞外的水下地形基本垂直。国内外成功实施的岩塞爆破，也大部分选择圆形岩塞，针对圆形岩塞国内外进行了大量的模型试验和数值计算，属于比较成熟的岩塞体型3。

岩塞倾角岩塞的倾角有上倾角、水平和下倾角3种。3种倾角的爆渣处理方式是不一样的:上倾角岩塞的爆渣一般以集渣或泄渣的方式进人隧洞;下倾角岩塞的爆渣以进人库区水中为主;水平岩塞的爆渣一般部分进入库区，部分进入隧洞。

由于水平岩塞和下倾角岩塞的爆渣要往库区中去，受水压的作用，实现起来有很多不确定因素，因此选择这2种岩塞倾角的工程实例不多，一般还是以上倾角岩塞为主。对于上倾角岩塞方案，上倾角度越陡，越有利于岩渣进人集渣坑，但角度越大，施工难度越大;而坡度越缓，则岩渣滑人集渣坑的难度就越大3。

岩塞开口尺寸岩塞开口尺寸要满足过水断面要求。对于聚渣方案，在岩塞段后方的过渡段断面要适当扩大，使聚渣坑满足积渣容积要求，且过渡平顺，以保证水流顺畅。在满足以上条件的情况下尽量减小岩塞尺寸，以减少爆破振动破坏和贯通难度2。

岩塞厚度和体型岩塞厚度的选定是确保施工安全与设计合理的主要影响因素。岩塞厚度的选取与地质条件、岩塞尺寸、上覆水深度等因素有关，岩层结构越稳定、越完整，则选择的岩塞厚度就可以适当减小。国内几个工程岩塞厚度H与岩塞直径(或跨度)D之比在1.0-1.4之间，国外工程的比值一般也在1.0-1.5之间，个别的也有在2. 0之上的。当岩塞采用药室爆破方案时，在塞体内开挖导洞和药室具有一定的危险性，为了施工安全，故所选的H值较大;对于钻孔爆破的岩塞，施工相对安全，H值可以适当减小1。

集渣坑的设计对于上倾角岩塞，岩塞体爆破后产生的石渣必随水冲流人隧洞，如果不能通过隧洞泄渣，为保证水流畅通和过水断面，必须在岩塞后方取水洞段挖一集渣坑。集渣坑的容积根据岩塞体体积计算确定，松散系数按1.6倍计算，集渣坑体积按松散体的2倍计算，同时还必须考虑岩塞外的松渣和岩塞爆破时的超挖因素1。

岩塞爆破的设计原则与要求岩塞爆破形成的进水口常年在水下运行，需要有良好的运行条件。因此，岩塞爆破的设计原则与要求如下:

①必须一次爆破成型，不允许出现拒爆或爆破不完全;

②爆破后岩塞四周的围岩应当有一定的完整性和稳定性，不遗留可能发生滑坡坍塌等隐患;

③岩塞顶部和底部的开口应满足进水流态的要求，具有良好的水力学条件;

④岩塞爆破时必须确保周围保护物的安全;

⑤岩塞厚度应满足岩塞体在水压力作用下的稳定，保证爆破施工安全;

⑥泄渣时应尽力减轻岩渣对隧洞结构产生的磨损;

⑦岩塞体底部集渣坑的容积应满足爆落岩渣顺畅下泄，不允许岩渣在洞内发生瞬时堵塞事故3。

岩塞爆破方法的设计岩塞的位置和几何形状确定后，才能进行爆破设计。岩塞爆破一般有2类方法:铜室爆破法和钻孔爆破法。其中铜室爆破法又分为集中药室铜室爆破法和条形药室铜室爆破法;而钻孔爆破法又包括大孔径深孔爆破法和小孔径炮眼爆破法;还有就是上述方法的组合。这里需要强调一点，岩塞不能采用水下裸露药包爆破，这种爆破办法是不能爆通岩塞的，充其量仅使岩塞体表面产生一些裂缝和零星破碎而已，原因是爆炸能量大部分转化为水中冲击波了。因此，只能将药包置于岩体内部去实现“爆通”和“成型”。

(1)铜室爆破法。在岩塞体内开挖铜室，装药爆破，根据装药的集中程度，分为集中药室铜室爆破法和条形药室铜室爆破法。铜室爆破的优点是装药集中，抛掷能力强，相应的计算公式也较多，起爆网路简单。缺点是开挖药室安全性差，爆破漏斗破裂线不易控制，爆破振动影响较大。铜室爆破适用于直径较大的岩塞工程，如国内211工程、310工程及250工程及汾河水库等岩塞爆破工程。

(2)钻孔爆破法。包括深孔和炮孔爆破法2种(孔径D)75 mm、孔深h,4 m的称为深孔，小于以上数值的称为炮孔)。钻孔爆破优点是:施工安全，机械操作施工方便，药量分散，爆破振动影响小，爆破的岩石块度均匀;同时，它还可以通过试探钻孔打穿岩塞，更清楚地确定岩塞真实厚度。但是钻孔爆破法的孔位布置、炮孔装药、网路连接等工作量较大，施工技术要求高。

(3)铜室和钻孔爆破相结合的方法。有的设计将岩塞体分为2部分，前部分用铜室爆破，后部分用钻孔爆破。有的很明确，以铜室爆破为主，钻孔装药仅作为辅助手段。

除了上述3种方法外，就铜室爆破而言，还有集中药室铜室爆破和条形药室铜室爆破的组合，钻孔爆破里面也有大孔径深孔爆破和小孔径炮眼爆破的组合。上述大部分方法在国内外工程中均有实施，在实际设计中应根据工程规模大小、施工设备条件和人员开挖经验等各种因素，经过综合比较确定具体的爆破方法3。