非洲复杂地质条件下爆破参数分析及效果研究

非洲复杂地质条件下爆破参数分析及效果研究

王喆

中国水利水电第一工程局有限公司  吉林长春  130033

摘要：中西非刚果金布桑加水电站峡谷基岩主要为千枚岩及石英千枚岩，千枚岩原岩通常为泥质岩石（或含硅质、钙质、炭质的泥质岩）、粉砂岩及中、酸性凝灰岩等，坝肩开挖总方量接近110万m³。借此，开展了复杂地质条件下的爆破技术参数研究，从初期爆破参数的初拟、比选、优化等过程，最终确定了爆破技术参数，从而为非洲同类型地质条件下的爆破施工提供借鉴。

关键词：千枚岩爆破；预裂爆破；爆破参数；布桑加水电站；刚果金

1 工程概况

布桑加水电站项目拦水建筑物布置为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶高程为885m，坝底高程为743.5m，坝址河段为峡谷地貌，呈“V”型河谷。

工程区域范围内地层主要由第四系（Q）、第三系（N）、前寒武系（Pt）及太古界地层组成。峡谷基岩主要为千枚岩及石英千枚岩，坝肩开挖总方量接近110万m³。借此，开展了该区域千枚岩爆破技术参数的研究，从初期爆破参数的初拟、比选、优化等过程，最终确定爆破技术参数，从而为非洲同类型地质条件下的千枚岩爆破施工提供借鉴。

2 地质情况分析

千枚岩是具有千枚状构造的低级变质岩石，原岩通常为泥质岩石（或含硅质、钙质、炭质的泥质岩）、粉砂岩及中、酸性凝灰岩等，经区域低温动力变质作用或区域动力热流变质作用的底绿片岩相阶段形成。本项目千枚岩为绢云千枚岩，灰黑色，夹杂石英脉，层理明显，节理发育，稳定性差，本身强度较低，成孔爆破效果较差。

3 现场试验参数确定过程

3.1设备选型

本工程爆破钻具以T35液压钻、100B潜孔钻机和AD50型钻机为主，钻头主要有60mm、90mm等。

3.2指标范围

根据以往其他大中型工程爆破开挖的实践经验，并结合工程区特有的围岩类别初拟了爆破参数的大致范围。测试区围岩类型为绢云千枚岩，Ⅳ~Ⅲ类围岩。

（1）以下为初期主爆孔参数拟定范围：爆破孔孔径D=90mm～120mm；孔距a=2.0~4.0m；排距b=2~4.0m；开挖高度H=15m；钻孔高度L=15.66m（开挖高度15m，坡比1：0.3）；药卷直径d=32、60、90、120mm；不耦合系数Dd=D/d=1.29；装药结构：连续装药；填塞长度L2=1.5～2.5m；

结合以上范围初拟主爆区爆破参数如下：

表3.2-1              主爆区爆破参数表

（2）以下为初期预裂孔参数拟定范围：爆破孔孔径：60～90mm；孔距：0.6~1m；钻孔深度：15.66m；药卷直径：32mm；不偶合系数为2.81；装药结构：间隔装药；填塞长度1~2m。

选用预裂爆破钻爆参数见表。

表3.2-2预裂爆破钻爆参数表

根据4组主爆孔和2组预裂孔进行了爆破测试，对整个过程进行了记录、分析。（比选要求：大块率、飞石距离、半孔率、飞石大小，飞石大小含有率、抛石距离等）。

3.3爆破施工测试

（1）1#爆破施工测试（搭配A组预裂）

根据1#爆破组参数进行了爆破试验，开挖爆破高度为15m，开挖坡比为1：0.3，造孔时采用了AD50钻孔，爆破方量在1.4×104m³，本次总数预裂孔66孔，主爆孔总数为103孔，从中抽取预裂孔5孔、主爆孔7孔，对钻孔间距，钻孔深度、钻孔角度、装药长度、堵塞长度等记录。（本次选用乳化炸药）记录见表3.3-1~2。

表3.3-1主爆孔参数表

注：Ø65乳化炸药单节长60cm，单节重2.273kg。

表3.3-2预裂孔参数表

注：Ø32乳化炸药单节长60cm，单节重0.625kg

抽取区域内检测主爆孔数12孔，合格12孔，合格率100%，数据满足拟定参数。本次爆破现场联网示意图如下：

①钻爆效果

主爆孔造孔耗时70小时（三台钻机），预裂孔造孔耗时40小时（三台钻机）；渣堆中体积大于8m³的大块石占爆破方量的3%~4%，体积大于6m³的占爆破方量的6%以上；体积在0.1m³左右的小块石飞距达到约200m，0.2m³左右的小块石飞距达到约173m，0.3m³左右的小块石飞距达到约145m，个别飞石距离达到300m以上；爆破完成后，经过现场勘查，该爆破区抛石距离在13~15m之间；根据初露基岩面来看，边坡开挖平整度较低，建基面的平整度不高，约5%，残留的岩梗较多，须做二次爆破进行基础面找平；开挖剥离后预裂孔半孔率约80%左右。

②1#组爆破结论

本次预裂爆破效果较明显，半孔率达到了80%，但开口线部位的基岩面不完整，且造孔工作量大，从成本方面考虑，本次预裂参数需进一步优化处理。本次爆破飞石距离较大，警戒范围较大，不利于开挖设备的保护。

本次爆破主爆区大块率高，基础面的平整度较差，需解大块石和基础面找平，不利于现场渣料运输和下道工序的施工，并增加了的开挖成本。针对本次爆破的测试效果，对1#组参数进行改良，开始2#组爆破参数的测试，并比选各项指标。

（2）2#爆破施工测试（搭配B组预裂）

根据1#组爆破测试效果，对主爆孔的间排距进行了略微的改动，选用@2.5m×2.5m的间排距，炸药采用乳化和硝铵（小颗粒）混搭的方式，并将单耗调整为0.43kg/m³，预裂孔堵塞长度也做调整，其余参照1#组进行了本次测试，测试区围岩类型为绢云千枚岩，Ⅳ~Ⅲ类围岩。

本次测试爆破区域爆破高度15m，坡比1：0.3，面积在1.3×103m2左右,爆破方量约1.5×104m³，采用AD50造孔。本次预裂56孔，主爆120孔，抽取预裂5孔，主爆10孔进行各项参数的比选，以下分别为主爆孔和预裂孔参数记录表。

表3.3-3主爆孔参数表

表3.3-4预裂孔参数表

本次爆破现场联网示意图如下：

2#组爆破结论：本次预裂爆破效果相比1#较有较大的改观，半孔率达到了90%，开口线部位的基岩面完整率高，确定了本工程上述围岩类别下的预裂孔参数。本次爆破飞石距离较1#组有所改善，本次爆破主爆区大块率较1#组有明显降低，大块石减少，根据上述测试的效果，主爆孔按3#组参数进行测试。

（3）3#爆破施工测试

根据2#组爆破测试效果，对主爆孔的间排距进行了略微的改动，选用@2.5m×2.0m的间排距，炸药采用乳化和硝铵（小颗粒）混搭的方式，并将单耗控制在0.40kg/m³，本次测试爆破区域爆破高度15m，坡比1：0.3，面积在0.9×103m2左右,爆破方量约1.3×104m³，采用AD50造孔。主爆142孔，抽取主爆10孔进行各项参数检查(主爆孔参数表及爆破连网示意图略)。

3#组爆破结论：本次爆破飞石距离较2#组有所改善，满足现场安全生产要求，抛石距离达到了一般爆破的要求；主爆区大块率较2#组有明显降低，石块的较均匀，满足渣料运输条件，且开挖完成后建基面平整。

（4）4#爆破施工测试

根据3#组爆破测试效果，更换造孔设备，造孔直径为 120mm，增大造孔间排距，选用@4.0m×3.0m的间排距，炸药采用乳化和硝铵（小颗粒）混搭的方式，并将单耗控制在0.38kg/m³，本次测试爆破区域爆破高度15m，坡比1：0.3，面积在1×103m2左右,爆破方量约1.5×104m³，孔径 120mm。主爆83孔，抽取主爆7孔进行各项参数检查(主爆孔参数表及爆破连网示意图略)。

4#组爆破结论：本次爆破飞石距离较3#组而言，造孔时间减少，但大块率较高，不利于现场渣料运输，飞石距离较3#组无明显差距，但增加额外的开挖工序，解大块石，处理超欠挖，从经济节约来说，不适合本工程的开挖施工。

4 爆破参数的选用

经过上述爆破测试的结果，对各组参数下的爆破效果进行整理，表4.1-1如下。

表4.1-1各组爆破效果成果表

根据上述成果表可以明显的看出主爆参数3#为最佳，B组预裂效果最佳，从经济角度出发，4#组更符合节约成本的条件，但从施工角度出发，3#组最佳，更符合现场生产需求。预裂孔参数B组，在平整度、造孔成本方面都要优于A组。

最终在经过爆破测试选定3#和B组作为爆破参数，按照选定的参数进行现场施工，现场整体效果满足各项指标。

5 结语

通过对不同的爆破参数比对，选取最优组合，同时针对不同地区爆破后的效果，进行最终确定项目爆破参数，并在施工中灵活运用、调整爆破参数，使项目施工精细化的质量控制、成本控制落到实处，是项目成功的关键要素。

参考文献：

[1]张燕清.复杂地质条件下隧道综合施工技术研究与应用[J].科技与企业,2016,03:180-182.

[2]李长林. 大断面千枚岩隧道塌方处治施工技术研究[J].四川建材,2020,46(02):83-85.