水利水电工程钻孔爆破控制原则分析

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摘要：在水利水电工程施工过程中钻孔爆破技术必不可少，对具体技术的应用及质量控制的关注也相对集中。基于此，文章在系统分析其可能存在的问题与控制原则的基础上，对具体技术方法与施工要求进行系统梳理，并从废渣运输、支护强化、辅助工程以及循环施工4个维度提出了质量控制的具体措施，旨在为后续施工提供参考。

关键词：水利水电；钻孔爆破技术；质量控制

水利水电工程中经常需要利用爆破手段对山体、土体进行清理与修整，其中钻孔是爆破工程中的常见操作。爆破施工技术要求高、风险隐患大，并容易由于不遵从现象而产生严重事故，这更进一步增加了对该问题的关注与研究热度。从质量控制的角度来看，安全、高效、节约地完成爆破是其首要控制目标，本文则将按照上述目标的维度区划，对其掘进、用量、管理等多方面施工环节中的主要技术开展研究，希望能够为后续的实际工程提供必要指导。

1.水利水电工程钻孔爆破的常见问题及其控制原则

钻孔爆破是水利工程中的常见施工手段。从爆破的风险隐患角度予以区分，爆破中常见的问题可以分为失效、弱效、风险及事故4个等级。其中失效主要是指爆破没有达到有效的工程目的，进而导致爆破失败，如引爆失败、喷眼等。形成此类问题的主要原因一般是物料管理或安装管理存在缺陷。弱效主要是指爆破达到了一定的效果但是与预期之间存在差距，形成此种问题的主要原因一般是装药量、钻孔位置、装药位点等原因。风险主要是指在爆破的过程中产生了事故，造成了财产损失。此类问题的产生严重影响后续施工，需要停工整顿，对发现的问题进行规避，升级现场管理制度，保障后续施工安全。事故主要是指产生了严重的财产损失或者人员伤亡，属于极为严重的生产事故，需要各方面进行责任确定并予以严格追责，在全面掌握并解决问题后方可进行后续施工。值得注意的是，除了一般性爆破影响因素外，水利工程还涉及到水下施工，在药量计算、钻孔点位分布确定时还需要考虑水体对于爆破横波的影响，保障爆破工程的有效性。从上述4种爆破中存在的问题与隐患分析中不难发现，水利工程中的爆破施工是一个相对复杂的系统工程。从安全原则角度来看，其大致可以分为3个方面：①运输原则。运输要以保障安全为第一要务，包括仓储安全、装载安全、行车安全、安装安全等。要保障主药、引药的分离，专业人员持证上岗，降低运输中的风险总量，限定运输中的危险系数。②钻孔安全。要严格对地质情况进行测绘，综合施策对钻孔、装药、药量、引爆波次等进行设计，充分利用类比分析、经验公式等方式进行优化，必要时可以进行计算机建模与模拟，从而保障有效性。③爆破功效。要从全生命周期的角度来考量爆破的功效，将钻孔、运渣、支护等工程纳入到爆破工程全局功效中去，形成在安全策略下的高效施工体系。

2.钻孔爆破的施工技术要求

2.1钻孔技术

从一般性钻孔爆破施工的角度来看，孔洞按照功能不同可以分为辅助孔、掏槽孔和周边孔3种。不同的孔洞类型的作用具有明显差异，对于钻孔技术以及具体的阐述要求也不同。如周边孔主要目的是限制爆破过程中产生的横向波能量传输，形成有效的阻断范围，避免装药量过大而产生的连带性系统风险。落实到具体的钻孔技术上来，当下均采用半自动钻孔机来进行施工操作，该种设备能够限定孔径，并对钻孔深度进行实时反馈，极大地提高了钻孔的效率。在具体的操作上则要求按照围岩的角度切口形成限定在2°~3°范围内的夹角，进而确定装药的范围，开挖断面外15~20cm有效范围下进行平台操作，其中孔间距不小于60cm，重点保护区域内的周边孔间距可以降低至35~45cm。辅助孔间距可以提高到80~120cm。与此同时，在全断面开挖多种挖掘量应不超过10cm，进而保障炸药耦合装填的有效性。

2.2用药技术

用药技术是钻孔爆破中的关键性技术，重点包括测量及用药量的计算2个部分。在具体操作过程中，水利工程中的钻孔爆破一般采用经验公式或者类比法作为确定基础，其中类比法主要应用在相同工程（即相同地质条件）下的连续爆破施工中，通过对前一阶段爆破用药量及用药方式的总结形成对后续爆破施工的指导。在经验公式确定用药量的过程中，计算过程与计算结果应该通过现场施工的实际情况与具体条件来进行综合调节，计算公式如下：Q=q×V=q×L×S×n（1）式中：q为每排炮尺的装药总量，钻爆时的用药量，一般以现场试验的方式予以确定；V为岩石爆破的进尺体积，与岩石密度、孔隙等物理性质相关，通过现场采集样本实验室测定的方式予以确定；q×V的指标函数在经验公式体系中还可以具体化为公式q×L×S×n；L为钻孔深度；S为开挖断面总面积；n为炮孔利用率。利用上述公式可以对装药总量进行计算与确定，确定后的数值需要经过安全评估，当下的评估方式多采用松动圈半径核算的方式来进行。松动圈是抵抗下的最小允许范围，表征了爆破产生应力的具体结果模拟，只有当松动圈超过工程需求并小于安全防护时，上述药量的计算结果才可以进行实际应用。具体的松动圈半径按照如下公式进行计算：（2）式中：RP为松动圈半径；a为衰减值，一般与地质条件相关，现场可以通过实验获得；p为炸药密度；s为岩体抗拉强度；γ为炮孔半径；v为泊松比。经过上述公式进行确定，沿炮孔夹角计算其水平的防护安全距离，当最小抵抗线隔离符合施工要求是可以认证利用公式（1）进行的用药量属于合理范围，可以用于后续施工用药。与此同时利用公式（3）对具体炮孔的实际用药量进行分别计算并形成有效的单一炮孔用药规划。（3）式中：e为换算系数；t为标准炸药量；g为堵塞系数；l为炮孔深度；w为最小抵抗线；n为炸药消耗与深度的影响系数。

2.3程序控制

当下，进行爆破管理的程序控制软件多采用BIM、PingCode、UltraLAB、Revit等软件进行实现。其中BIM可以实现对钻孔及位点的3D管理，实现可视化远程监控，对于后续的效果评价、现场管理及安全防控具有积极作用。而后2种软件则提供了爆破自动计算以及爆破效果仿真功能。在自动计算方式下，可以通过向系统输入地质条件、炸药参数等基础数据，获得系统计算结果，对不同炮孔的用药量进行自动计算，操作人员仅需要对计算数据进行修订与检验便可以进行实际应用。而仿真模拟则是在药量及基本参数计算的基础上进行效果演示，对用药合规性、钻孔安全性等进行充分预判，极大程度上保障了钻孔爆破的有效性。

3.钻孔爆破施工质量的控制对策

除了对技术进行严格把控并对风险进行预判与解决之外，水利水电工程中钻孔爆破还需要考虑其他因素，进而达到合规、高效生产的根本目的。从这一角度进行考量，其质量控制可以分为4个方面，如表1所示。由表1中可以看出，在具体的质量控制上存在4个方面改进方式。废渣的运输主要完成爆破后的废渣快速清理，为下一轮钻孔爆破提供场地保障。这一过程决定了综合施工效率，也是循环施工的必要保障。在具体施工过程中要进行掘进布局，清理出废渣运输通道，必要时构建自动传输设备，该施工过程在钻孔时应该予以同时建设，并对出渣量及具体的线路进行计算与规划。支护强化主要是指在掘进过程中，周边岩体会不同程度地受到冲击波的影响。从实际施工的角度来看，支护系统包括永久支护与临时支护2种。永久支护多采用混凝土静态支护为构建主体，其支护系统除了为爆破工程提供必要支撑外还是后续水利水电工程的主体结构部分，二者随着掘进施工同时展开，是支护系统的主体结构。在永久性支护之外，爆破过程中需要通过临时支护形成强化支护体系，配合永久支护形成更为立体、有效的施工期防护措施。具体操作层面上可以采用临时性岩壁支护、支撑柱支护以及围岩支护3种手段来进行具体搭建，同时要保障支护系统不能对废渣运输、辅助工程等造成不必要的影响。辅助工程主要是指对爆破施工现场的有效管理，通过强化管理在人、财、物以及相关设备上进行有效施策。水利水电工程的辅助作业质量也会影响到隧洞爆破施工的质量。因此在实施隧洞爆破钻孔工程时应当提高辅助作业的质量，强化现场管理，尤其是在爆破前对现场风险点位的评估与清场尤为重要。同时要重点提高通风、防尘、消烟的保护措施，尽可能地降低爆破施工可能带来的现场隐患。在水下爆破中，还需要观察并监控现场水位，对于特殊施工位点，要建立强排水设施，以备不时之需。在保障施工人员安全上投入更多力量，确保施工能够安全、有效地顺利进行。水利水电工程借助隧洞钻孔爆破技术进行开挖，应当优化工作程序，以循环施工的理念达到提高施工有效性的目标。一方面，优化施工的每道具体工序，分别准备好钻孔、合理的装置炸药、还要延长运输线路，并且做风水管线的布置工作等。另一方面，在每个昼夜循环里应当保证作业数为整数，循环时间以2的倍数为宜，开挖断面的大小应当根据岩层的稳定情况而定。如果岩层的稳固性好，可以采用多臂钻车钻孔，配合使用短臂挖掘机，采用深孔少循环的方式，这样可以节约辅助工作的时间，减少不必要的施工麻烦。

4.结语

水利水电工程中钻孔爆破施工必不可少，由于其施工烈度相对较高，也是工程项目中的主要风险来源。本文对钻孔爆破可能造成的危害与问题进行系统梳理，提出3项控制的基本原则；按照钻孔技术、用药技术以及程序控制技术3个方面对当下钻孔爆破施工的主要技术要求、流程与方式方法进行研究，重点对用药量的计算进行描述；从废渣运输、支护强化、辅助工程以及循环施工4个维度提出了质量控制的具体对策。

作者：朱晓峰