本發(fā)明屬于水下巖塞爆破工程中的巖塞體爆破方法，適用于水利水電工程取水口、引水工程取水口的水下巖塞爆破工程，也適用于潛艇地下機(jī)庫(kù)通道采用水下巖塞爆破的工程
背景技術(shù)：
：水下巖塞爆破是一種水下控制爆破技術(shù)，在已建水庫(kù)或天然湖泊中取水、發(fā)電、灌溉供水和泄洪時(shí)，為修建隧洞的取水口，避免在深水中建造圍堰，采用巖塞爆破是一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法。目前，傳統(tǒng)的大洞徑水下巖塞爆破多采用分散型藥室、逐層起爆方法，如單層王字型和多層分散型藥室分布形式，傳統(tǒng)的分散型藥室方案存在著如下問題：(1)爆破震動(dòng)大，各個(gè)藥室主次不明確，藥量大的藥室距離輪廓線近，爆破震動(dòng)破壞影響大，不利于被保留巖體的保護(hù)，不利于附近已有建筑物的安全。(2)夾制作用明顯，前序藥室不能給后續(xù)藥室提供完整且足夠大的臨空面，夾制作用貫穿整個(gè)爆破過程，不利于爆通與成型。(3)巖塞體殘留，爆破后，容易造成巖塞腔體內(nèi)有部分巖石沒有爆除，形成殘留，影響過水流量。(4)開口形狀和尺寸不易保證，由于藥室布置格局沒有與設(shè)計(jì)巖塞口的形狀相匹配，僅靠預(yù)裂來限制輪廓，在強(qiáng)大的爆破力作用下往往達(dá)不到預(yù)期目的，超欠挖情況出現(xiàn)的概率較高。因此，鑒于目前藥室布置和起爆方法對(duì)于水下巖塞爆破的重要性，研究探討更有利于減少爆破震動(dòng)、削弱夾制作用、保證開口形狀和尺寸、有利于克服淤泥和水的影響、有利于巖塞安全爆通，有利于爆破巖渣的集渣和下泄的新型藥室布置和起爆方法已成為設(shè)計(jì)和科研人員迫切需要解決的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種水下巖塞爆破陀螺分布式藥室法，以解決爆破震動(dòng)大、夾制作用明顯、巖塞體殘留和開口形狀和尺寸不易保證的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括下列步驟：(一)在巖塞周邊按巖塞體尺寸的要求鉆預(yù)裂孔；(二)陀螺平面π位置擬定；(1)以巖塞軸線作為陀螺軸線，假設(shè)在巖塞軸線與陀螺平面交點(diǎn)z處布置一中心藥包，計(jì)算兩個(gè)方向抵抗線的比值w’下/w’上，并以此確定中心藥包位置，亦即陀螺平面π位置，w’下/w’上在1.1～1.5范圍內(nèi)選取，巖塞上口有深水或厚淤泥覆蓋時(shí)應(yīng)取大值；(2)巖塞厚度h已知，由h＝w’上+w’下，由此確定陀螺平面位置；(三)陀螺軸線上部藥包z上、下部藥包z下位置與藥量計(jì)算(1)為使z處藥包爆破作用對(duì)象明確，將z處藥包沿巖塞軸線分為陀螺平面圓上部藥包z上和下部藥包z下，兩個(gè)藥包主要任務(wù)是完成巖塞的上開口和下開口，同時(shí)也為其它藥包爆破創(chuàng)造臨空條件；(2)分成的上部藥包z上、下部藥包z下，其間距h為巖塞厚度h的1/4～1/3；(3)上部藥包z上、下部藥包z下的最小抵抗線分別用w上、w下表示，w下/w上在1.1～1.5范圍內(nèi)，巖塞上部有深水或厚淤泥取1.5；(4)選取爆破作用指數(shù)n，n的范圍為1.25～2.0；(5)由鮑列斯可夫藥量計(jì)算公式：q＝kw3f(n)，得上部藥包z上、下部藥包z下兩個(gè)藥包藥量計(jì)算式分別為：兩個(gè)藥包藥量平衡：q上＝q下，有：經(jīng)過整理得：w下/w上的計(jì)算式(1)，經(jīng)公式(1)計(jì)算的w下/w上仍需要滿足1.1～1.5范圍；式中：w上、w下——上部藥包、下部藥包最小抵抗線(m)；n上、n下——上部藥包、下部藥包的爆破作用指數(shù)，按照步驟4)選??；f(n上)、f(n下)——上部藥包、下部藥包的爆破指數(shù)：k上、k下——上部藥包、下部藥包的巖石單位耗藥量，統(tǒng)稱單耗k,kg/m3；單耗k可通過以下方法選?。喝“聪率龇椒ù_定的各巖石單位耗藥量k的算術(shù)平均值作為本塞體巖石的單位耗藥量k：①根據(jù)巖石級(jí)別參照經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算：k＝0.8+0.085n(2)式中：k——巖石單位耗藥量(kg/m3)；n——巖石級(jí)別(按16級(jí)分級(jí))。②根據(jù)巖石的容重按經(jīng)驗(yàn)公式(3)計(jì)算：式中：k——巖石單位耗藥量(kg/m3)；γ——巖石容重(kg/m3)；③通過現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗試驗(yàn)確定；(四)陀螺平面藥包y1～ym位置布置與藥量計(jì)算(1)在陀螺平面內(nèi)，相鄰?fù)勇萜矫嫠幇g的圓心角θ＝360°/m，陀螺平面藥包數(shù)量m應(yīng)滿足相鄰藥包之間最小間距要求；(2)陀螺平面藥包的位置應(yīng)關(guān)于過陀螺軸線的鉛垂面ω對(duì)稱布置，(3)單耗k的計(jì)算，取按下述方法確定的各巖石單位耗藥量k的算術(shù)平均值作為本塞體巖石的單位耗藥量k：1)根據(jù)巖石級(jí)別參照經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算；2)根據(jù)巖石的容重按經(jīng)驗(yàn)公式(3)計(jì)算；3)通過現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗試驗(yàn)確定，(4)藥包與巖塞側(cè)向邊界或預(yù)裂面距離ρ，ρ由下式(4)計(jì)算：ρ＝rc+0.7b(4)式中：b——藥室寬度m，取0.8m；rc——壓縮圈半徑m，壓縮圈半徑計(jì)算公式(5)如下：式中：μ——巖石壓縮系數(shù)，根據(jù)巖石等級(jí)查有關(guān)文獻(xiàn)或規(guī)范得到；δ——炸藥密度，根據(jù)藥包質(zhì)量和體積即可計(jì)算出其密度，kg/m3；q——藥包藥量kg，藥量計(jì)算公式(6)如下：q＝kw3f(n)(6)式中：q——藥包藥量kg；k——標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位耗藥量kg/m3，其計(jì)算方法與步驟(三)的(5)相同；w——最小抵抗線，m，由設(shè)計(jì)圖紙實(shí)際量得；n——爆破作用指數(shù)；f(n)——爆破作用指數(shù)函數(shù)，其計(jì)算公式(7)如下：f(n)＝0.4+0.6n3(7)(5)將公式(7)代入(6)再代入(5)整理后得：上式μ、k、δ、n一定時(shí)，壓縮圈半徑rc僅與最小抵抗線w有關(guān)，據(jù)此可以初步估算rc的值，一般取w＝0.45h估算rc值，以便確定各陀螺平面藥包與邊線的距離ρ；(五)陀螺分布式藥室布置最終確定(1)相鄰?fù)勇萜矫嫠幇g距a計(jì)算，水下巖塞爆破條件下，為確保爆通及考慮巖石的夾制作用，相鄰?fù)勇萜矫嫠幇g距a應(yīng)采用下式(9)計(jì)算:式中：a——藥包間距(m)；wcp——相鄰藥包的平均最小抵抗線(m)；f(ncp)——相鄰藥包的平均爆破作用指數(shù)函數(shù)；(2)爆破漏斗破裂范圍復(fù)核計(jì)算，為坡面爆破漏斗示意圖，上破裂半徑r＇和下破裂半徑r計(jì)算公式(10)、(11)如下：式中：r＇——上爆破漏斗半徑(m)；r——下爆破漏斗半徑(m)；β——考慮地形地質(zhì)條件系數(shù)；(3)漏斗開口應(yīng)滿足設(shè)計(jì)過流開口要求，開口大小主要由z上藥包決定：ab應(yīng)大于滿足過流要求的開口；其中，點(diǎn)a為上破裂半徑與坡面交點(diǎn)，點(diǎn)b為下破裂半徑與坡面交點(diǎn)，點(diǎn)o為藥包中心點(diǎn)，ab為爆破漏斗開口尺寸，m為直線ab上的點(diǎn)，且om垂直ab,om的長(zhǎng)度等于最小抵抗線w；(4)藥室的布置是一個(gè)循環(huán)設(shè)計(jì)過程；(六)藥室和施工通道1)藥室中心應(yīng)與計(jì)算藥包中心重合，其尺寸應(yīng)考慮炸藥裝填體積；2)藥室開挖及裝藥施工通道，將陀螺平面與巖塞軸線交點(diǎn)作為分界點(diǎn)，分界點(diǎn)及以上藥室共用一個(gè)通道，分界點(diǎn)以下共用一個(gè)通道。整個(gè)巖塞藥室分成上部和下部?jī)蓚€(gè)施工通道區(qū)；3)施工通道在滿足施工條件下，斷面尺寸應(yīng)盡量小，一般寬度80～100cm，高度120～150cm；4)為提高爆破效果，軸線上的兩個(gè)藥室z上、z下之間不應(yīng)直接設(shè)置通道相連；5)各藥室裝藥、聯(lián)網(wǎng)、堵塞、回填、灌漿，之后等強(qiáng)，一般等強(qiáng)3～5天；(七)爆破順序及起爆時(shí)間間隔(1)先起爆預(yù)裂孔，預(yù)裂孔全部爆破完成之后，再同時(shí)起爆陀螺軸線藥室中的上部藥包z上、下部藥包z下，起爆完成后，巖塞已經(jīng)形成上開口和下開口，并初步形成通道和為陀螺平面內(nèi)藥室爆破創(chuàng)造了臨空面；(2)接著按高程從上至下，分段起爆陀螺平面內(nèi)各藥室；(3)分段起爆時(shí)間間隔，分段起爆時(shí)間間隔按下式計(jì)算：式中：t——分段時(shí)間間隔(s)；a——系數(shù)，取0.0021。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明藥室布置層次分明，各藥室相互關(guān)系清楚，爆破機(jī)理和作用對(duì)象明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握；(1)主爆破藥室位于巖塞中間，且遠(yuǎn)離輪廓線，減少爆破震動(dòng)破壞影響，有利于巖塞圍巖穩(wěn)定，有利于工程安全；(2)主爆破藥室位于巖塞中間靠近庫(kù)區(qū)，有利于克服淤泥和水的影響，有利于巖塞安全爆通；(3)先行起爆巖塞軸線上的兩個(gè)藥室，有利于爆破巖渣的集渣和下泄，防止淤堵；(4)周圈藥室在軸線上藥室之后起爆，使之作用方向向著巖塞體軸線方向，有利于保護(hù)巖塞輪廓線外的保留巖體，避免超挖，避免出現(xiàn)工程隱患；(5)周圈藥室由上到下分層起爆，爆破作用方向明確，減少夾制影響，減少圍巖體的振動(dòng)。本發(fā)明應(yīng)用前景廣闊，填補(bǔ)了大型水下巖塞爆破集中藥包布置理論與實(shí)踐的空白，是水下巖塞爆破藥室布置的新突破，對(duì)于水下巖塞爆破設(shè)計(jì)與施工具有明顯的實(shí)際應(yīng)用意義，本發(fā)明適用于所有大型水下巖塞爆破，尤其是深水厚淤積高密度覆蓋條件下的巖塞爆破，本發(fā)明為采用巖塞爆破修建取水口的水電站機(jī)組擴(kuò)容，城鄉(xiāng)調(diào)水，水庫(kù)和江河湖泊的排淤減淤，生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，具有廣泛深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。附圖說明圖1是本發(fā)明陀螺分布式藥室結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明陀螺平面位置示意圖；圖3是本發(fā)明陀螺軸線藥包位置示意圖；圖4是本發(fā)明陀螺平面關(guān)于過陀螺軸線的鉛垂面ω對(duì)稱示意圖；圖5是本發(fā)明陀螺平面與側(cè)向邊界距離示意圖；圖6是本發(fā)明上部藥包爆破漏斗示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)例1陀螺平面內(nèi)各藥包圓周布置示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)例1爆破后巖塞口處淤積覆蓋物地形圖。具體實(shí)施方式包括下列步驟：(一)在巖塞周邊按巖塞體尺寸的要求鉆預(yù)裂孔；在巖塞體爆破之前，首先進(jìn)行預(yù)裂爆破，使巖塞所處的使巖塞所處的巖體被預(yù)裂面切割成孤立的巖塞體，巖體預(yù)裂爆破技術(shù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道很多，在此不做贅述；(二)陀螺平面π位置擬定；(1)以巖塞軸線作為陀螺軸線，假設(shè)在巖塞軸線與陀螺平面交點(diǎn)z處布置一中心藥包，計(jì)算兩個(gè)方向抵抗線的比值w’下/w’上，并以此確定中心藥包位置，亦即陀螺平面位置，w’下/w’上在1.1～1.5范圍內(nèi)選取，巖塞上口有深水或厚淤泥覆蓋時(shí)應(yīng)取大值；(2)巖塞厚度h已知，由h＝w’上+w’下，由此確定陀螺平面位置，陀螺平面位置如圖2所示；(三)陀螺軸線上部藥包z上、下部藥包z下位置與藥量計(jì)算(1)為使z處藥包爆破作用對(duì)象明確，將z處藥包沿巖塞軸線分為陀螺平面圓上部藥包z上和下部藥包z下，兩個(gè)藥包主要任務(wù)是完成巖塞的上開口和下開口，同時(shí)也為其它藥包爆破創(chuàng)造臨空條件；(2)分成的上部藥包z上、下部藥包z下，其間距h為巖塞厚度h的1/4～1/3；陀螺軸線藥包z上、z下位置如圖3所示；(3)上部藥包z上、下部藥包z下的最小抵抗線分別用w上、w下表示，w下/w上在1.1～1.5范圍內(nèi)，巖塞上部有深水或厚淤泥取大值；(4)選取爆破作用指數(shù)n，對(duì)于水下巖塞爆破的n值選擇，一般仍然以陸地拋擲爆破條件選用，在考慮地表坡度和開口尺寸時(shí)，應(yīng)考慮巖塞上覆水深和淤積物的厚度，n的范圍為1.25～2.0；(5)通過爆破參數(shù)(單耗k、抵抗線w、爆破作用指數(shù)函數(shù)f(n))計(jì)算的兩個(gè)藥包的藥量應(yīng)符合平衡原則；由鮑列斯可夫藥量計(jì)算公式：q＝kw3f(n)，得上部藥包z上、下部藥包z下兩個(gè)藥包藥量計(jì)算式分別為：兩個(gè)藥包藥量平衡：q上＝q下，有：經(jīng)過整理得：w下/w上的計(jì)算式(1)，經(jīng)公式(1)計(jì)算的w下/w上仍需要滿足1.1～1.5范圍；式中：w上、w下——上部藥包、下部藥包最小抵抗線(m)；n上、n下——上部藥包、下部藥包的爆破作用指數(shù)，按照步驟4)選??；f(n上)、f(n下)——上部藥包、下部藥包的爆破指數(shù)：k上、k下——上部藥包、下部藥包的巖石單位耗藥量，簡(jiǎn)稱單耗(kg/m3)；單耗k可通過以下方法選?。?從權(quán))取按下述方法確定的各巖石單位耗藥量k的算術(shù)平均值作為本塞體巖石的單位耗藥量k：①根據(jù)巖石級(jí)別參照經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算：k＝0.8+0.085n(2)式中：k——巖石單位耗藥量(kg/m3)；n——巖石級(jí)別(按16級(jí)分級(jí))；②根據(jù)巖石的容重按經(jīng)驗(yàn)公式(3)計(jì)算：式中：k——巖石單位耗藥量(kg/m3)；γ——巖石容重(kg/m3)；③通過現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗試驗(yàn)確定，其試驗(yàn)方法有關(guān)文獻(xiàn)有介紹和報(bào)道。(四)陀螺平面藥包y1～ym位置布置與藥量計(jì)算(1)在陀螺平面內(nèi)，相鄰?fù)勇萜矫嫠幇g的圓心角θ＝360°/m，可根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，陀螺平面藥包數(shù)量m應(yīng)滿足相鄰藥包之間最小間距要求；(2)陀螺平面藥包的位置應(yīng)關(guān)于過陀螺軸線(巖塞軸線)的鉛垂面ω對(duì)稱布置，以6個(gè)藥包為例，y1與y2、y3與y6、y4與y5的位置應(yīng)關(guān)于過陀螺軸線的鉛垂面ω與陀螺平面π交線y對(duì)稱，如圖4所示；(3)單耗k的計(jì)算，取按下述方法確定的各巖石單位耗藥量k的算術(shù)平均值作為本塞體巖石的單位耗藥量k：?jiǎn)魏膋(k1、k2、……、km)應(yīng)綜合以下方法所得的值進(jìn)行對(duì)比分析，選擇合適的巖石單位耗藥量；1)根據(jù)巖石級(jí)別參照經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算；2)根據(jù)巖石的容重按經(jīng)驗(yàn)公式(3)計(jì)算；3)通過現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗試驗(yàn)確定，其試驗(yàn)方法有關(guān)文獻(xiàn)有介紹和報(bào)道。(4)藥包與巖塞側(cè)向邊界或預(yù)裂面距離ρ(如圖5所示)，其目的是為了減少藥包對(duì)巖塞周邊原巖的破壞影響；ρ由下式(4)計(jì)算：ρ＝rc+0.7b(4)式中：ρ——藥包與巖塞側(cè)向邊界或預(yù)裂面距離m；b——藥室寬度m，取0.8m；rc——壓縮圈半徑m，壓縮圈半徑計(jì)算公式(5)如下：式中：μ——巖石壓縮系數(shù)，根據(jù)巖石等級(jí)查有關(guān)文獻(xiàn)或規(guī)范得到；δ——炸藥密度，根據(jù)藥包質(zhì)量和體積即可計(jì)算出其密度，(kg/m3)；q——藥包藥量kg，藥量計(jì)算公式(6)如下：q＝kw3f(n)(6)式中：q——藥包藥量kg；k——標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位耗藥量kg/m3，其計(jì)算方法與步驟(三)的(5)相同；w——最小抵抗線，m，由設(shè)計(jì)圖紙實(shí)際量得；n——爆破作用指數(shù)；f(n)——爆破作用指數(shù)函數(shù)，其計(jì)算公式(7)如下：f(n)＝0.4+0.6n3(7)(5)將公式(7)代入(6)再代入(5)整理后得：上式μ、k、δ、n一定時(shí)，壓縮圈半徑rc僅與最小抵抗線w有關(guān)，據(jù)此可以初步估算rc的值，一般取w＝0.45h估算rc值，以便初步確定各陀螺平面藥包與邊線的距離ρ；1)根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和要求，對(duì)各藥包進(jìn)行布置，根據(jù)各藥包布置圖，結(jié)合地形測(cè)量圖，在圖上進(jìn)行抵抗線的量測(cè)和計(jì)算。2)對(duì)布置的藥包進(jìn)行阻抗平衡復(fù)核計(jì)算，各藥包向庫(kù)區(qū)(迎水)方向和隧洞(背水)方向的抵抗線w1、w2，則w2/w1宜控制在1.1～1.5之間。巖塞上口有深水或厚淤泥覆蓋時(shí)應(yīng)取大值。(五)陀螺分布式藥室布置最終確定(1)相鄰?fù)勇萜矫嫠幇g距a計(jì)算，水下巖塞爆破條件下，為確保爆通及考慮巖石的夾制作用，相鄰?fù)勇萜矫嫠幇g距a應(yīng)采用下式(9)計(jì)算:式中：a——藥包間距(m)；wcp——相鄰藥包的平均最小抵抗線(m)；f(ncp)——相鄰藥包的平均爆破作用指數(shù)函數(shù)；(2)爆破漏斗破裂范圍復(fù)核計(jì)算，圖6為坡面爆破漏斗示意圖，上破裂半徑r＇和下破裂半徑r計(jì)算公式(10)、(11)如下：式中：r＇——上爆破漏斗半徑(m)；r——下爆破漏斗半徑(m)；β——考慮地形地質(zhì)條件系數(shù)；(3)漏斗開口應(yīng)滿足設(shè)計(jì)過流開口要求，開口大小主要由z上藥包決定，由圖6可知：ab應(yīng)大于滿足過流要求的開口；其中，點(diǎn)a為上破裂半徑與坡面交點(diǎn)，點(diǎn)b為下破裂半徑與坡面交點(diǎn)，點(diǎn)o為藥包中心點(diǎn)，ab為爆破漏斗開口尺寸，m為直線ab上的點(diǎn)，且om垂直ab。om的長(zhǎng)度等于最小抵抗線w；(4)藥室的布置是一個(gè)循環(huán)設(shè)計(jì)過程，在滿足以上要求時(shí)，允許根據(jù)具體實(shí)際情況進(jìn)行小量調(diào)整。(六)藥室和施工通道6)藥室中心應(yīng)與計(jì)算藥包中心重合，其尺寸應(yīng)考慮炸藥裝填體積；7)藥室開挖及裝藥施工通道，將陀螺平面與巖塞軸線交點(diǎn)作為分界點(diǎn)，分界點(diǎn)及以上藥室共用一個(gè)通道，分界點(diǎn)以下共用一個(gè)通道。整個(gè)巖塞藥室分成上部和下部?jī)蓚€(gè)施工通道區(qū)；8)施工通道在滿足施工條件下，斷面尺寸應(yīng)盡量小，一般寬度80～100cm，高度120～150cm；9)為提高爆破效果，軸線上的兩個(gè)藥室z上、z下之間不應(yīng)直接設(shè)置通道相連；10)各藥室裝藥、聯(lián)網(wǎng)、堵塞、回填、灌漿，之后等強(qiáng)，一般等強(qiáng)3～5天；(七)爆破順序及起爆時(shí)間間隔(1)先起爆預(yù)裂孔，預(yù)裂孔全部爆破完成之后，再同時(shí)起爆陀螺軸線藥室中的上部藥包z上、下部藥包z下，起爆完成后，巖塞已經(jīng)形成上開口和下開口，并初步形成通道和為陀螺平面內(nèi)藥室爆破創(chuàng)造了臨空面；(2)接著按高程從上至下，分段起爆陀螺平面內(nèi)各藥室，以陀螺平面6個(gè)藥室y1～y6為例：按高程分段，其中2個(gè)藥室在上部、2個(gè)藥室在中部、剩余2個(gè)藥室在下部，從上部到下部的藥室分段起爆；(3)分段起爆時(shí)間間隔，應(yīng)滿足爆破漏斗形成和在抵抗方向巖石開始移動(dòng)時(shí)間，分段起爆時(shí)間間隔按下式計(jì)算：式中：t——分段時(shí)間間隔(s)；a——系數(shù)，取0.0021；為了減少爆破震動(dòng)破壞影響，應(yīng)控制最大單響藥量不超過周圍建筑物抗震允許標(biāo)準(zhǔn)。下面通過具體工程實(shí)例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。工程實(shí)例1(1)工程概述黃河劉家峽洮河口排沙洞及擴(kuò)機(jī)工程，進(jìn)水口采用水下巖塞爆破技術(shù)，設(shè)計(jì)巖塞體近似倒置截錐圓臺(tái)體，其軸線與水平面夾角為45°，母線與軸線呈15°夾角。巖塞上開口呈橢圓形，尺寸為21.60m×20.98m，下開口為圓形，直徑10m，巖塞厚度12.30m，巖塞處于正常蓄水位以下70m，且上有厚淤泥沙層覆蓋。巖塞部位的巖石為云母石英片巖，主要為弱風(fēng)化巖石，見有少量微風(fēng)化巖石，弱風(fēng)化巖石厚度2.0～6.0m，巖石強(qiáng)度較高，巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均值為60.mpa，平均飽和容重2820kg/m3，為堅(jiān)硬巖，巖石較完整，屬于ⅱ類巖石(按16級(jí)分級(jí)，相當(dāng)于10級(jí))。工程實(shí)例1采用的炸藥為高能乳化炸藥，炸藥密度1.21g/cm2。雷管為高精度數(shù)碼雷管，延期精度為±1ms。(2)巖塞周邊預(yù)裂孔及裝藥在巖塞周邊布置一圈預(yù)裂孔，共計(jì)98個(gè)，預(yù)裂孔自巖塞下底面，直徑為10m的圓周上鉆孔，鉆孔方向與巖塞軸線成15°，預(yù)裂孔孔深為11.9m～17.2m，孔徑76mm，最小孔距32cm，最大孔距51cm。線裝藥密度950～1100(g/m)；(3)陀螺平面位置擬定陀螺平面位置選擇在距巖塞下口7.30m處，巖塞厚度h為12.3m，則距上口為5.0m。設(shè)平面與軸線交點(diǎn)處有一虛擬藥包z，有w’下/w’上＝1.46，滿足1.1～1.5范圍；(4)軸線藥包位置擬定1)為取得較好的爆破效果，使爆破方向和作用明確，設(shè)置上部藥包z上、下部藥包z下；2)兩藥包相距3.3m，相距滿足巖塞厚度h的1/3～1/4要求；3)兩個(gè)藥包最小抵抗線w下/w上＝5/4＝1.25，滿足1.1～1.5范圍，4)爆破作用指數(shù)n選取工程實(shí)例中，陀螺平面布置了6個(gè)藥包，藥包編號(hào)為#1、#2、#3、#4、#5、#6，根據(jù)巖塞口上部水深、淤泥厚、巖面起伏情況等，參照以往工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程特點(diǎn)，各藥室爆破作用指數(shù)選取結(jié)果如下表1：表1各藥室爆破作用指數(shù)藥包編號(hào)爆破作用指數(shù)n藥室編號(hào)爆破作用指數(shù)nz上1.98#31.35z下1.35#41.35#11.35#51.55#21.35#61.555)軸線藥包平衡條件復(fù)核對(duì)于藥包z上和藥包z下，由公式(7)計(jì)算的相應(yīng)爆破作用指數(shù)函數(shù)值為：f(n上)＝0.4+0.6n上3＝5.08；f(n下)＝0.4+0.6n下3＝1.88取藥包z上和藥包z下所爆破的巖石單位耗藥量相同k上＝k下，由公式(1)計(jì)算得：w下/w上＝1.39，比值在1.1～1.5范圍內(nèi)，軸線藥包爆破作用指數(shù)選取比較合理。(5)陀螺平面藥包位置擬定1)陀螺平面布置的6個(gè)藥包，先按等分圓周布置，相鄰藥包之間的圓心角為θ＝360°/6＝60°。2)按高程將#1和#2藥包布置在上部，#3、#4藥包在中部，#5、#6藥包在下部?？紤]藥包z上和z下起爆后，防止上部藥包之間及底部藥包之間的巖石夾制作用，將#1、#2藥包之間，#5、#6藥包之間的圓心角調(diào)整為45°(虛線為調(diào)整前)，直線y兩側(cè)藥包關(guān)于y對(duì)稱，藥包布置如圖7所示。3)單位耗藥量k選?、賻r石相當(dāng)于10級(jí)，公式(2)中n＝10，計(jì)算得：k＝1.65kg/m3；②巖石容重γ＝2820kg/m3，由公式(3)計(jì)算得：k＝1.72kg/m3；③通過現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗試驗(yàn)確定，試驗(yàn)結(jié)果為k＝1.71(kg/m3)；取通過以上三種方法得的算術(shù)平均值，巖塞的巖石單位耗藥量k為1.70kg/m3；4)藥包與預(yù)裂面邊界距離炸藥密度δ＝1210kg/m3，巖石等級(jí)ⅹ級(jí)，查壓縮系數(shù)μ為10，取w＝0.45h＝0.45×12.3＝5.535，陀螺平面內(nèi)藥包作用指數(shù)n為1.35和1.55；由公式(8)得壓縮圈半徑rc分別為1.02和1.14，取藥室寬度為1m，由公式(4)計(jì)算保護(hù)層厚度分別為1.72和1.84，因而，取藥包與巖塞側(cè)向邊界距離為1.84m；5)由以上步驟各藥包位置基本確定，將各藥包布置在圖上。6)各藥包巖塞軸線方向抵抗線根據(jù)巖塞坡面地形圖和巖塞下口位置圖，量測(cè)和計(jì)算各藥包迎水(上口)方向和背水(下口)方向的抵抗線w1、w2，如下表2：表2各藥包迎水和背水方向抵抗線表藥包名稱w1w2w2/w1#1藥室4.996.911.39#2藥室5.477.791.42#3藥室56.511.30上部藥室5.48.31.54#4藥室5.887.71.31#5藥室5.096.821.34#6藥室5.347.591.42由于z下藥室上部有z上藥室，不予考慮z下抵抗線的平衡影響。其它各藥室w2/w1基本在1.1～1.5之間，因巖塞上覆淤泥，w2/w1值較大，符合實(shí)際要求。(6)陀螺分布藥室位置最終確定1)相鄰藥包間距復(fù)核計(jì)算在圖中量得各藥包最小抵抗線后，由公式(9)計(jì)算相鄰藥包允許間距a，見下表3：表3相鄰藥包允許間距表相鄰藥室實(shí)際間距計(jì)算允許間距a(m)#1和#2藥室4.066.97#1和#3藥室5.986.48#1和z上藥室4.997.97#2和z上藥室5.588.27#2和#4藥室6.197.71#3和z上藥室5.547.68#3和#5藥室5.986.48z上和#4藥室5.427.64z上和#5藥室5.818.86z上和#6藥室5.988.27#4和#6藥室6.497.71#5和#6藥室4.146.97表3說明，各藥包實(shí)際間距滿足計(jì)算的允許間距要求，藥包布置是合理的。2)爆破漏斗破裂范圍復(fù)核計(jì)算工程地面坡度在30°～50°，巖石為堅(jiān)硬與致密巖石，則地形地質(zhì)條件系數(shù)β取為2。由公式(10)和(11)、(12)計(jì)算z上藥包的上破裂半徑r＇＝15.1m，下破裂半徑r＝10.7m，開口25.8m，開口滿足設(shè)計(jì)過流尺寸要求。3)陀螺分布式藥室布置結(jié)果。由前述計(jì)算結(jié)果，確定各藥室的大地坐標(biāo)如下表4：表4陀螺分布式藥室位置表4)爆破參數(shù)藥量計(jì)算。由前述計(jì)算和選取的爆破參數(shù)，及公式(6)計(jì)算各藥室藥量如下表5。表5爆破參數(shù)及藥量計(jì)算結(jié)果表(7)藥室和施工通道藥室和施工通道采用“短進(jìn)尺，小藥量”開挖方式。為減少施工干擾，將藥室施工分成兩個(gè)獨(dú)立區(qū)域進(jìn)行，即上部施工區(qū)和下部施工區(qū)。對(duì)應(yīng)施工區(qū)共布置2條主導(dǎo)洞、6條連通洞。在巖塞下方布置1#主導(dǎo)洞，連接#3、#4、#5、#6、z下藥室。在巖塞上方布置2#主導(dǎo)洞，連接#1、#2、z上藥室。主導(dǎo)洞與各藥室由連通洞相連。主導(dǎo)洞進(jìn)出口布置在巖塞下口。主導(dǎo)洞和連通洞的開挖尺寸為80×150cm(寬×高)。(8)起爆時(shí)間間隔和順序1)分段起爆時(shí)間間隔由公式(13)計(jì)算各藥室分段時(shí)間間隔如下表6：表6各藥室起爆時(shí)間間隔計(jì)算結(jié)果表表6中各藥室最大起爆時(shí)間間隔為25ms。爆區(qū)內(nèi)周圍建筑物不發(fā)生振動(dòng)破壞影響時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的最大單響控制藥量為2000kg，而本工程z上和z下同時(shí)起爆最大單響藥量為1752.5kg，滿足不發(fā)生破壞要求。2)確定的起爆順序和時(shí)間間隔第一響，預(yù)裂孔起爆，巖塞體由周圍巖體切割；第二響，75ms后，z上和z下藥室起爆，爆除巖塞上、下口巖石，形成上、下開口和沙漏狀通道；第三響，100ms后，#1和#2藥室起爆，借助沙漏通道爆除巖塞上部巖石，并形成新的臨空面；第四響，125ms后，#3和#4藥室起爆，借助新的臨空面和沙漏通道，爆除巖塞中部巖石，并再次形成新的臨空面；第五響，150ms后，#5藥室起爆，借助沙漏通道和新的臨空面爆除巖塞下部巖石，形成新的臨空面；第六響，175ms后，#6藥室起爆，借助新的臨空面和沙漏通道爆除下部最后巖塞巖石。通過數(shù)值模擬計(jì)算，巖塞能夠達(dá)到完全爆通。本工程于2015年9月巖塞圓滿成功爆通，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：出口實(shí)測(cè)流量為870m3/s，巖塞開口滿足過流流量600m3/s要求。爆區(qū)周圍建筑物沒有受到振動(dòng)破壞影響，邊坡巖體沒有新的裂縫產(chǎn)生和塌落現(xiàn)象。爆破后立即進(jìn)行水下聲納地形圖測(cè)量，結(jié)果見圖8，由于坡面覆蓋淤沙，地形圖呈漏斗狀。結(jié)果表明巖塞爆通。工程實(shí)例2(1)工程概況某工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)口段巖體邊坡陡峭，坡度一般75°～85°，局部形成反坡。進(jìn)口段圍巖巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖石呈弱～微風(fēng)化狀態(tài)，表部巖石完整性較差，巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均值為118mpa，巖石平均飽和容重2900kg/m3，屬于ⅱ類巖石(按16級(jí)分級(jí)，相當(dāng)于10級(jí))，設(shè)計(jì)巖塞下開口為圓形，內(nèi)徑7m，外口近似橢圓，尺寸11.96m×12.63m；巖塞最小厚度9.8m，巖塞進(jìn)口軸線與水平面夾角72°，采用高能乳化炸藥，密度1210kg/m3；(2)巖塞預(yù)裂孔為保證巖塞體成型良好，在巖塞周邊布置68個(gè)預(yù)裂孔，擴(kuò)散角為15°，預(yù)裂孔線裝藥密度為270g/m，藥卷直徑20mm；(3)陀螺平面位置該平面位于巖塞體中上部，距離巖塞下口垂直距離為5.3m，距離上口最小距離為4.5m，w下/w上＝5.3/4.5＝1.2，在1.1～1.5之間；(4)陀螺軸線藥室布置1)藥室布置巖塞布置8個(gè)藥室，按陀螺型布置藥室，即巖塞軸線上布置2個(gè)藥室，z上藥室和z下藥室，z上藥室中心距離上開口中心點(diǎn)的距離為3.0m，z下藥室中心距離內(nèi)側(cè)塞口中心點(diǎn)的距離為3.8m，兩個(gè)藥室中心距離為3.0m。z上和z下兩個(gè)藥包最小抵抗線w下/w上＝3.8/3.0＝1.27，滿足1.1～1.5范圍，兩個(gè)藥室中心距離為巖塞厚度h的0.3倍左右，在(1/3～1/4)h之間。2)爆破作用指數(shù)n和單耗kz上藥室爆破作用指數(shù)取n＝2；z下藥室爆破作用指數(shù)取n＝1.4；#1、#2、#3、#4藥室爆破作用指數(shù)取n＝1.4；#5、#6在下部，為了消除夾制作用，取n＝1.57，單位耗藥量由公式計(jì)算后取k＝1.8kg/m3；3)藥室平衡條件復(fù)核由公式(7)計(jì)算的z上和z下藥室爆破作用指數(shù)函數(shù)值分別為：f(n上)＝5.20；f(n下)＝2.05，取z上和z下所爆破的巖石單位耗藥量相同k上＝k下，由公式(1)計(jì)算得：w下/w上＝1.36，比值在1.1～1.5范圍內(nèi)；(5)陀螺平面藥室布置1)藥室分布陀螺平面布置6個(gè)藥室，即#1、#2、#3、#4、#5、#6藥室，相鄰藥室圓心角為60°，藥室按高程分布，上部2個(gè)藥室為#1、#2藥室，中部3個(gè)藥室為#3、#4藥室，下部2個(gè)藥室為#5、#6藥室。2)藥室與預(yù)裂面邊界距離炸藥密度1210kg/m3。巖石等級(jí)ⅹ級(jí)，查壓縮系數(shù)μ為10。取w＝0.45h＝0.45×9.8＝4.41，陀螺平面內(nèi)藥包作用指數(shù)n為1.4、1.57。由公式(8)得壓縮圈半徑rc分別為0.86、0.95，取藥室寬度為0.5m，由公式(4)計(jì)算保護(hù)層厚度分別為1.1、1.3m，因而，取藥包與巖塞側(cè)向邊界距離為1.3m。3)各藥室抵抗線初步確定各藥包位置，將各藥包布置在圖上。根據(jù)巖塞坡面地形圖和巖塞結(jié)構(gòu)圖，量測(cè)和計(jì)算各藥包迎水方向和背水方向的抵抗線w1、w2。陀螺平面內(nèi)各藥包w2/w1在1.1～1.5之間。(6)各藥室位置最終確定1)相鄰藥室間距復(fù)核，見表7。表7相鄰藥包允許間距表相鄰藥室實(shí)際間距計(jì)算允許間距a(m)#1和#2藥室3.644.23#1和#3藥室3.704.23#1和z上藥室4.154.74#2和z上藥室4.154.74#2和#4藥室3.704.23#3和z上藥室4.144.74#3和#5藥室3.704.49z上和#4藥室4.144.74z上和#5藥室4.145.00z上和#6藥室4.145.00#4和#6藥室3.704.49#5和#6藥室3.644.75相鄰藥室間距均滿足藥室允許間距的要求；2)爆破漏斗破裂范圍復(fù)核計(jì)算工程地面坡度在75°～85°，巖石為堅(jiān)硬與致密巖石，則地形地質(zhì)條件系數(shù)β取為4。由公式(10)和(11)、(12)計(jì)算#4上藥包的上破裂半徑r＇＝12.4m，下破裂半徑r＝6.7m，開口18m。開口滿足設(shè)計(jì)過流尺寸要求；3)陀螺分布式藥室布置結(jié)果，見表8表8陀螺分布式藥室位置表(七)藥室和施工通道藥室分成上部和下部?jī)蓚€(gè)施工區(qū)，共布置了2條主導(dǎo)洞。在下部施工區(qū)1#主導(dǎo)洞，連接#3、#4、#5、#6、z下藥室；在上部施工區(qū)2#主導(dǎo)洞，連接#1、#2、3#、z上藥室，主導(dǎo)洞與各藥室由連通洞相連；(八)起爆順序和時(shí)間間隔各藥室總裝藥量為1375kg，最大單響為#4上和#4下同時(shí)起爆，藥量為443kg。預(yù)裂孔首先起爆；75ms后，z上和z下藥室起爆；間隔25ms，順次起爆#1、#2藥室，#3、#4藥室，#5、#6藥室，各次起爆間隔25ms。工程于2008年4月巖塞圓滿爆破成功，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：巖塞開口符合設(shè)計(jì)要求，爆區(qū)周圍建筑物沒有受到振動(dòng)破壞影響，邊坡巖體沒有新的裂縫產(chǎn)生和塌落現(xiàn)象。當(dāng)前第1頁(yè)12