岩塞爆破实用技术

为了取水、灌溉、发电、泄洪以及放空水库等目的，需要在天然湖泊或已建成的水库中修建引水洞或泄洪洞，而这些隧洞的进口常位于水面以下数十米深处。如按常规方法施工，需要在湖中修筑围堰，先将要施工的进水口围住，再把围堰内的水抽干，然后才能进行进水口开挖、衬砌等施工项目。如果水库或湖泊很深，则围堰也需要修筑的很高，这样的围堰修筑和清除都是十分困难的，有时甚至是不可能的。随着爆破技术的发展，已经找到了一个不用围堰修筑水下进水口的方法，这就是水下岩塞爆破。

水下岩塞爆破是水利水电领域资源开发利用和防洪、减灾工程中的一项重要施工技术，主要应用于已建水库或湖泊，在不放空水库或不修筑围堰的条件下，经济安全地修建各类隧洞水道的引水口。国内外工程实践已经证明，水下岩塞爆破是一个切实可行、经济而又快速的施工方法。

水下岩塞爆破技术源于挪威，并实施了500多例。1969年我国在建设丰满水电站时首次采用岩塞爆破，并在辽宁清河211工程和镜泊湖310工程中进行岩塞爆破试验。至今我国实施的岩塞爆破工程有20余例。河北省首例岩塞爆破于2012年4月1日成功爆除，另一例岩塞也即将爆破。此两例岩塞爆破与一般岩塞爆破相比具有独特的方面，对于岩塞爆破技术的发展具有积极的意义。

一般岩塞爆破首先是按照常规的施工方法修建隧洞，而在靠近库底或湖底处，预留一定厚度的岩石（即岩塞），最后采用爆破的方法，一次炸除预留的岩塞形成进水口。岩塞断面一般为圆形，也有城门洞型的。

本书的内容主要分为两大部分，其一为复杂环境下岩塞爆破的关键技术，其二为河北省的两个工程实例，介绍了两种不同常规、不同性质的岩塞爆破技术。

（1）复杂环境下岩塞爆破关键技术。

主要内容包括：水下岩塞爆破的工程应用及特点、水下岩塞爆破分类和基本技术要求、工程地质与岩塞爆破的关系、岩塞爆破设计方案、爆破参数的选择与计算、岩塞爆破岩碴处理、爆破振动对水工建筑物的影响、施工中的技术要求、金属结构、水工模型试验、爆破效应观测几个方面。

（2）王快－西大洋水库水平预置混凝土岩塞爆破技术。

河北省的白洋淀是中国北方现存的最大的半封闭式淡水水体。自20世纪80年代起，由于气候干旱、上游断流、大量水库修建、上游和周边城镇工业的兴起等诸多复合因素，使得白洋淀陷入了持续近20年的干淀和污染的恶性循环。为重现白洋淀昔日风光，政府规划兴建王快－西大洋水库连通工程，即通过王快水库经由西大洋水库向白洋淀及保定市一亩泉水源地补水的跨流域引水工程。时值王快水库除险加固工程正在实施，提出在王快西大洋水库连通工程引水渠渠首提前预置岩塞，为以后的工程做好前期准备。该工程是一种水平预置式的无聚碴坑的岩塞爆破，已成功实施并安全运行两年有余。该技术不同于传统意义上的岩塞爆破技术，是一种修建预置式取水口的施工技术，是对可预见的或已规划的取水项目的提前投资，减少了后续工程的建设费用，缩短了工期，保证了安全生产，降低了安全投入，是一种将水下高风险施工变为露天常规施工的安全可靠、变难为易的施工方法。

（3）丰宁抽水蓄能电站异形岩塞爆破技术。

丰宁大(1)型抽水蓄能电站引水平硐断面为城门洞型，平硐水平呈6%逆向纵坡，即出口高程高于进口高程。本工程具有隧洞一端封闭，难泄碴；隧洞断面小、集碴坑设计施工难度大；低水头、岩塞形状特殊、施工难度大、要求高等特点。该岩塞是一种典型的异形岩塞，其爆破技术远比一般岩塞爆破复杂。

本书在编写过程中参考和引用了许多专业论述，同时也得到了有关专家的支持和帮助，在此，编者向有关人员致以崇高的谢意！因编者水平有限，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。

作 者

2015年1月

序
前言
第一章 复杂环境下岩塞爆破关键技术 1
1.1 水下岩塞爆破的工程应用及特点 1
1.2 水下岩塞爆破分类和基本技术要求 2
1.2.1 水下岩塞爆破分类 2
1.2.2 水下岩塞爆破基本技术要求 3
1.3 工程地质与岩塞爆破的关系 5
1.3.1 水下地形测量 6
1.3.2 开挖测量 7
1.3.3 工程地质与岩塞爆破的关系 8
1.3.4 岩塞爆破的工程地质问题分析 13
1.3.5 水下岩塞爆破工程地质勘察 19
1.4 岩塞爆破设计方案 23
1.4.1 岩塞进水口布置 23
1.4.2 岩塞厚度的选择 26
1.4.3 岩塞爆破方案选择 28
1.4.4 药包布置 30
1.5 爆破参数的选择与计算 33
1.5.1 岩石单位耗药量 34
1.5.2 爆破作用指数n的选择 35
1.5.3 硐室爆破参数的计算 35
1.5.4 钻孔爆破参数计算 37
1.5.5 硐室钻孔结合爆破参数计算 39
1.5.6 起爆时间间隔的选择 39
1.5.7 岩塞周边预裂设计 40
1.5.8 爆破器材的检验 42
1.6 岩塞爆破岩碴处理 48
1.6.1 岩碴处理形式的选择 49
1.6.2 聚碴型式 49
1.6.3 泄碴型式 52
1.6.4 聚碴坑设计 54
1.6.5 洞内堵塞段设计 54
1.7 爆破振动对水工建筑物的影响 57
1.7.1 岩塞爆破振动的特点 58
1.7.2 爆破振动破坏判据 59
1.7.3 爆破振动对隧洞的影响 62
1.7.4 爆破对洞脸边墙的影响 67
1.8 施工中的技术要求 68
1.8.1 施工中的技术要求 68
1.8.2 施工中的问题 69
1.9 金属结构 74
1.9.1 岩塞爆破对金属结构的设计要求 74
1.9.2 拦污设备的布置 74
1.9.3 埋件设计 76
1.9.4 门型选择 78
1.9.5 爆破时闸门的防护 79
1.9.6 爆破时闸门的操作 84
1.10 水工模型试验 86
1.10.1 概述 86
1.10.2 模型设计与制作 88
1.10.3 模型试验的操作和测量 94
1.11 爆破效应观测 96
1.11.1 观测目的和内容 96
1.11.2 岩塞爆破的地震效应 97
1.11.3 水中冲击波 101
1.11.4 爆破作用下岩体和混凝土的应力与应变 106
1.11.5 空气冲击波 111
1.11.6 岩塞口水面鼓包运动 116
1.11.7 宏观观测 117
1.11.8 爆后效果检查 118
第二章 王快水库水平预置混凝土 岩塞爆破技术 121
2.1 工程前期背景 121
2.2 工程概况 122
2.2.1 地质情况 123
2.2.2 混凝土预置塞体 123
2.2.3 环境条件 124
2.3 引水渠预处理 124
2.4 引水隧洞混凝土堵塞体爆破设计 125
2.4.1 爆破设计难点与要求 126
2.4.2 混凝土堵塞体爆破设计的编制依据 128
2.4.3 爆破方案的选择 128
2.4.4 爆破设计参数选取的分析 129
2.4.5 掏槽孔设计 132
2.4.6 主炮孔设计 132
2.4.7 爆破器材与起爆网路设计 134
2.4.8 关于应用电子雷管的建议 135
2.4.9 爆破泄碴设计 136
2.4.10 混凝土堵塞体爆破施工组织 144
2.4.11 爆破器材及起爆网路试验 147
2.4.12 爆后安全检查 149
2.4.13 有关爆破安全问题的论证 149
2.4.14 在爆破前后需进行的必要工作 154
2.5 变更设计 158
2.5.1 编制说明 158
2.5.2 爆破设计参数 158
2.5.3 爆破起爆网路设计 160
2.5.4 爆破网路调整 162
2.6 实施方案 164
2.6.1 工程地质条件 164
2.6.2 渠首堵塞体结构及环境条件 164
2.6.3 爆前准备工作 165
2.6.4 爆破时间、起爆程序 167
2.6.5 爆后安全检查 168
2.6.6 应急救援预案 168
2.7 爆破效果 170
2.8 小结 173
第三章 丰宁抽水蓄能电站异形岩塞 爆破技术 175
3.1 工程概况 175
3.2 水文气象 176
3.2.1 气温 176
3.2.2 降水 176
3.2.3 蒸发 176
3.2.4 风速风向 177
3.2.5 地温、相对湿度 177
3.2.6 水文 177
3.2.7 泥沙 178
3.2.8 冰情 178
3.3 工程地质 178
3.3.1 地形地貌 178
3.3.2 地层岩性 178
3.3.3 施工供水系统线路及泵站工程地质评价 179
3.3.4 取水泵站平洞及竖井工程地质评价 179
3.4 工程难点与特点 180
3.4.1 低水头、泄碴难 180
3.4.2 岩塞形状特殊、施工难度大、要求高 181
3.4.3 隧洞一端封闭，难泄碴 181
3.4.4 隧洞断面小，聚碴坑设计施工难度大 182
3.5 岩塞爆破设计 182
3.5.1 岩塞进口位置 182
3.5.2 岩塞形状尺寸的确定 182
3.5.3 岩塞爆破钻孔方案设计 184
3.6 岩塞石碴处理设计 194
3.6.1 方案的选择 194
3.6.2 聚碴坑爆破设计 196
3.7 爆破试验 203
3.8 现场施工 203
3.8.1 岩塞的地形测量与淤泥处理 204
3.8.2 超前孔的设置、堵漏措施 204
3.8.3 灌浆处理施工材料工艺 207
3.8.4 锚杆支护与处理 208
3.8.5 岩塞爆破施工 213
3.9 爆后检查及处理 213
3.10 岩塞爆破应急措施 214
3.11 安全保护措施 214
参考文献 216