三峡永久船闸地下输水系统集水井开挖.doc

三峡永久船闸地下输水系统集水井开挖
李 毅 王荣富
（三联总公司 湖北 宜昌 三峡）
【摘要】通过对三峡永久船闸集水井开挖的现场跟踪 、试验，并根据集水井开挖的特点和岩石特性，本文对小断面竖井开挖摸索出了比较合理的爆破参数和行之有效的施工方法。
【关键词】集水井 开挖 爆破设计 质点振速
1概况
三峡永久船闸地下输水系统分为南、北、中三条隧洞，每条隧洞分为六级，每级由平洞、斜井、竖井（阀门井）所组成，在每级阀门井的底部均设有集水井。集水井共有24个，断面尺寸：7m×4.5m，井深一、六级8.2m，二、三、四、五级11.3m。由于场地狭小，深度较大大型机械不能使用，故集水井开挖时采用手风钻造孔，人工清渣，用吊车吊至自卸车里。出碴是最困难、最耗时的工序，而且必须控制爆破块径，以便人工清碴。另外，由于集水井断面小，临空自由面少，开挖初期爆破效率低下。对于六级集水井开挖，因六级平洞已开始进行砼浇筑，因此为了避免集水井开挖爆破对新浇砼的影响，爆破时需控制单响药量。各施工程序之间相互制约，干扰很大。
2集水井爆破设计
为了提高集水井的爆破效率，加快集水井的施工速度，尽快结束开挖，以减小集水井开挖对隧洞砼浇筑的影响，我们对现场施工进行了跟踪，根据跟踪获得的资料，重新进行了如下的爆破设计：
1、中心空孔：空孔的作用就是为紧邻的掏槽炮孔提供一个狭窄的临空面，使掏槽孔与空孔之间的岩石挤向空孔里，并使碎渣能够从槽口中抛掷出来。对于硬度不大的岩石，可不采用空孔。但永久船闸输水隧洞处的岩石均为坚硬的花岗岩，然而在原施工中，中心孔未采用空孔，经过重新设计后，在掏槽孔的中心布置了一个空孔，空孔的孔径为φ64mm，孔深3.0m。
2、掏槽孔：掏槽孔布置的方式及孔的间距直接影响着排炮进尺，要想提高爆破效率，必须对掏槽孔进行精心的设计。根据现场试验，集水井掏槽孔采取米字型布置，可以取得比较满意的效果。具体布置为：在空孔周围布置8个掏槽孔，成一“米”字，在掏槽孔周围，以空孔为圆心，半径为60cm的圆周上布置8个辅助掏槽孔，详见图一。掏槽孔与空孔的距离a按下列的经验公式计算：
a= [(5~7)D2+d2]／1.27(D+d)
式中: D------空孔直径,单位m；
d------掏槽孔直径，单位m；
施工中，掏槽孔的孔径为φ42mm，因此通过公式计算得a=16.5~22.6cm，实际采用20cm，孔深为3.0m。装药量为10节φ32的药卷，共重2.0kg。
3、爆破孔：爆破孔的孔排距略为偏小，这是因为一方面集水井断面小，周围岩石对集水井内岩石挟制作用大；另一方面，集水井清渣是由人工进行，粒径不能太大。另外，在集水井的四个角，光面孔的抵抗线较大，每次爆破时四个角上的爆破效果都不太理想，故在每个角的附近再增加一个爆破孔，从而使角上取得满意的爆破效果，具体布置见图一。爆破孔的孔径为φ42mm，孔深2.5m，装药量为8节φ32mm的药卷，共重1.6kg。
4、光面爆破孔（周边孔）：周边孔参数选择的好坏，直接影响着爆破的质量。集水井四周均需进行砼衬砌，如果开挖的质量不好，将会加大今后砼浇筑的成本。经过试验，周边孔的爆破参数设计为：孔距50cm，孔深2.5m，孔径φ42mm，装药量为6节φ25mm的药卷，共重0.75kg，间隔装药。
5、起爆顺序：掏槽孔及爆破孔每孔内装设一发非电毫秒雷管，周边孔的间隔药用导爆索连接并引出孔外，再用导爆索将同一段位的周边孔连接起来，在导爆索未端连一非电毫秒雷管。非电毫秒雷管的段位从掏槽孔向外逐渐加大，因此起爆顺序为：掏槽孔 辅助掏槽孔 爆破孔 周边孔。
6、经过现场施工实践，集水井开挖的爆破参数见表一。 表一

孔 径
孔 深
孔 距
孔数
单孔药量
堵塞长度
线装药密度

（mm)
（m）
（cm）
（个）
(kg)
（cm)
( g/m)
空 孔
64
3.0
20
1
--
--
--
掏槽孔
42
3.0
20
8
2.0
30
--
爆破孔
42
2.5
85
52
1.6
30
--
周边孔
42
2.5
50
46
0.75
30
375
备 注：
掏槽孔，爆破孔炸药直径φ32mm，周边孔间隔装药炸药直径φ25mm 。单耗2.0kg/m3。
3施工方法
集水井开挖每一循环的工序为：测量放线 打眼装药 清碴 打系统锚杆孔 注锚杆，循环作业时间见表二。由于集水井场地狭小，各工序之间基本不能平行作业。 表二
工序
时间（小时）
4
8
8
8
8
8
4
测量放线
1

钻孔
16

吹孔及装药
3

清碴
20

打系统锚杆孔
6

注锚杆
3

1、造孔：由于集水井深而窄，大型机械使用不上，因此造孔只能用手风钻进行。一个集水井用2台手风钻同时钻孔，由一台柳州产的9.0m3压风机供风。对于周边孔，钻孔时要控制好方向，以减少超欠挖。对于掏槽孔，钻孔时定位和方向都要准确，以免相互串通。
2、装药：装药前用风吹干净炮孔，以避免药卷装不到位。各孔的装药量严格按爆破设计中给出的装药量进行装药，周边孔间隔药绑扎在竹片上。
3、清碴：在4.0m深以上时，采用反铲清碴。当超过4.0m深时，施工初期用人工将石碴提入自卸车里，这样既费力又费时。后来我们用钢板设计了一个1M3
的吊桶，桶底是活动的，由人工将石碴装入桶内，插上底部的销子，待吊车将桶吊入自卸车上后，拔掉销子，往上提桶，桶内石碴自动漏入车里，从而大大地提高了工效，使原来的一个循环用时3天降低为2天。
4、系统锚杆：其参数为：Φ25 @ 150×150cm。每开挖一层，系统锚杆跟进，造孔仍用手风钻。
4爆破质点振速控制
由于集水井的开挖严重滞后，特别是一、六级，开挖与隧洞砼浇筑产生矛盾，因此为了控制集水井爆破对新浇砼的影响，采取了下列的一些措施：1：增加雷管段位，控制单响药量；2：对于距新浇砼较近的集水井（15m以内），对其周边进行预裂爆破；3：请长委地质人员进行现场爆破质点振速监测。通过监测，质点振速均满足要求。
5结束语
1、集水井开挖初期，爆破效率低下，在采用了米字型掏槽孔布置及掏槽孔中心布置空孔的方法后，大大地提高了爆破效率，从原来的不足50%提高到80%以上，这说明米字型掏槽孔的布置方式是行之有效的。
2、米字型掏槽孔布置方式的缺点在于空孔周围布孔密集，因此在造孔时，造孔方向的精确度要求较高，否则，会导致孔与孔之间相互串通。
3、集水井开挖断面小，四周岩石对集水井内岩石挟制作用大，集水井开挖所需炸药单耗相应较大。因此在爆破设计中，减小了爆破孔的孔排距，以增大单耗，从而进一步地提高了爆破效率。
4、质点振速的经验计算公式为：
V=K（W1/3/D）a
式中K、a分别为与岩石特性有关的参数；W为单响药量，单位kg；D为距爆破源的距离，单位m；V为质点振速，单位m/s。通过长委地质几次实测的数据，发现该公式的计算值在15m范围内与实测值相差较大，而在15m范围以外，计算值与实测值很接近。因此我们认为距爆破源较近的地方（15m以内），其质点振速不宜用该经验公式进行计算。表三为其中一次爆破时的实测值和经验公式计算值。其它几次的情况大同小异。
表三
距离（m）
5
10
15
20
25
30
45
60
实测质点振速（m/s）
28.71
13.4
4.85
3.26
2.35
1.86

1.10
0.74
计算质点振速（m/s）
22.21
8.40
4.76
3.18
2.33
1.81
1.02
0.68
注：此次爆破的最大单响药量W=8kg ，k 、a值根据岩石情况及试验得：
K= 80 ， a=1.4 。

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