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南水北调中线京石段应急供水工程爆破施工方案

南水北调中线京石段应急供水工程S34标

1.1石方明挖基本情况

南水北调京石段应急供水工程渠道项目S34标段工程位于顺平县蒲上乡蒲王庄村与白云乡东阳各庄村之间，全长4450m，对应桩号353+250～357+700。标段建设内容为渠道土石方开挖、土方填筑、混凝土衬砌。左排建筑物（东阳各庄排水倒虹吸、峨山坡区排水渡槽、蒲王庄沟排水渡槽；交通桥（峨山桥、蒲王庄桥等），其中土石方明挖总量约500万m3，是工程量最大的施工项目，500万m3开挖任务中，石方明挖996576m3，特别是356+950～357+350段196321m3石方开挖，左侧为居民区，属于城镇控制爆破区，为爆破开挖施工的重点。本工程石方开挖主要集中在渠道开挖桩号355+350～357+700。

根据招标文件规定本工程石方明挖工作内容包括：准备工作、场地清理、钻孔爆破、石渣的运输和堆放、边坡检测和防护、完工验收前的维护以及按监理人指示对废弃的渣场进行清理工作。沿渠道右侧永久征地边缘有10KVA施工供电线路通过，且开挖边界两侧均有果林，所以，此区域需要采取控制爆破飞石的措施，以减小对高压供电线路安全的威胁以及对周边环境的影响。

本标段地貌单元属太行山东部边缘低山丘陵区，渠线附近山丘较缓，地形总体呈西高东低、北高南低。本标段处于丘陵地貌形态，冲沟发育。本标段地表大部分被第四系地层覆盖JCT 2512-2019 全固态激光器用高抗灰迹磷酸钛氧钾单晶元件技术要求，只有在山丘部位基岩零星出露。根据地质测绘和钻孔揭露，本标段发育的地层岩性主要有：上太古界埠平群南营组片麻岩；中元古界蓟县系雾迷山组白云岩、白云质灰岩，靠底部局部形成上太古界平群南营组片麻岩；中元古界县系雾迷山组白云岩、白云质灰岩、燕山期侵入岩；新生界第四系松散地层。

主要岩性为灰黑色黑云母斜长片麻岩，其次为斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩，有轻微的混合岩化，具片麻状构造。岩体表层呈全、强风化，片麻理发育，片麻理总体产状为走向NW～NE，倾角较缓。

开挖范围内的岩石级别白云岩属坚石，闪长岩属特坚石；白云岩坚固度性系数为10～12，闪长岩坚固性系数为18～20，白云岩物理力学性能指标：

(3.3~7.1)X104

1.3周围环境开挖爆破区桩号356+950～K357+350段周围环境较复杂，渠道左侧是山，右侧民房密集，民房距开挖区最近距离为15m，其它地段为荒山和果林，总体情况较好。居民区段要求爆破振动和飞石不得损坏民房，需进行城镇控制爆破施工。（见爆破警戒图1/3）。

1.4工程特点和难点及解决办法

（1）桩号356+950～357+350段爆破环境比较复杂，渠道右侧民房密集，要求爆破振动及飞石不得危及其安全，民事干扰大，必须采用城镇控制爆破进行石方开挖施工。

（2）由于开挖石料部分用于护坡块石，因此要考虑爆破后石渣的粒径；沿线需先拉槽爆破创造临空面且边坡需采用预裂爆破或光面爆破，故爆破施工难度大。

（3）开挖边坡分1:1、1:1.5和1:2三种坡度比，坡度较缓不利于石方爆破开挖施工。

（4）根据招标文件，采取一般的石方开挖爆破施工和对边坡的防护就满足要求，但是目前安全规程规定的300m安全距离内有大量居民房屋、农用高压线路、果木林等散布在渠道两侧；爆破区有公路以及乡间道路穿过；设计渠道边坡坡比较小，大部分为1：2边坡，特别是渠道过水断面两侧边坡以及渠道底板开挖精度要求高，边坡需采取有效的控制爆破措施，如果超挖较多会严重影响后期渠道衬砌施工；施工用10KVA输电线路沿渠道右侧全线架设，距离开挖区边缘约20m，一旦爆破损坏将影响相关标段的施工用电。因此石方开挖施工时的爆破飞石以及爆破震动控制是本工程的重点和难点；

（6）针对以上主要施工特点和难点，现场拟采用以下主要施工应对措施予以保证：

第一、对渠道开挖边坡采取预裂爆破或预留边坡保护层的光面爆破开挖技术，对于局部出现的少量欠挖采取浅孔微量爆破、人工撬挖或风镐凿除，使设计边坡的平整度符合规范要求，以保证边坡稳定及混凝土的衬砌厚度；

第二、对爆破飞石的控制，结合现场试验拟采取孔内间隔装药、必要时采用孔内微差爆破、增加炮孔堵塞长度和严格堵塞质量、控制最小抵抗线，调整网络微差顺序等爆破参数，必要时在孔口覆盖竹夹板和土袋以及搭设双排防护架等控制和防护方法，以确保渠道外侧村民的人身及财产安全。

第四、爆破施工之前，会同业主、监理以及当地相关各级政府职能部门对安全影响范围内的房屋进行逐项排查，对原有房屋状况进行详细的记录、对原房屋裂缝贴封条、拍照和摄像。在爆破过程中，随时对房屋的变化情况进行监控，防止意外情况的发生。

第五、加强安全警戒，标识明显的安全警戒线，作好安全宣传，广泛进行安民告示，与村委会沟通建立有效的防护机制，作好村民避炮工作，确保人身安全。

按2006年8月1日开工计算，峨山渡槽石方开挖10月2日结束；蒲王庄桥石方开挖10月3日结束；2007年3月份之前完成本渠段所有石方开挖施工。如果开工日期推迟则石方开挖工程工期将顺延。

2.1爆破方案编制依据

3.相关的技术标准与国家、部颁有关规程、规范、技术标准、现场调查获取的资料、我标段的技术装备水平、施工管理水平及经验等编制施工方案。

本标段工程遵照执行的现行技术标准、规程和规范，主要有：

（2）SL47—94《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》；

（3）GBJ202—83《地基与基础工程施工及验收规范》；

（4）SDJ249—88《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准》；

根据建设单位、设计图纸要求，结合本标段工程特点和现场实际情况，设计原则如下：

（1）对爆破振动、飞石和冲击波进行严格控制，确保周围居民人身安全，尽量减少对民房、果树及高压电线的损坏。

（2）选择合理的孔网参数，控制爆破岩渣最大粒径（80cm），降低大块率，提高石方机械化施工效率。

（3）根据爆破区附近有无民房及距民房远近，划分爆破区段：控制爆破区、城镇控制爆破区。采用不同的爆破方法满足不同环境条件下爆破施工要求。

（4）采用光面或预裂爆破技术进行边坡施工，边坡治理达到设计文件的要求。

根据工程特点和设计原则，结合现场实际条件，采取从高到低、从上到下的开挖顺序；先行构筑物部位开挖，为后续施工创造条件，爆破开挖分四个作业区：Ⅰ区为桩号354+350～354+950段长600m、Ⅱ区为354+950～356+050段长1200m、Ⅲ区为356+050～356+850段长700m、Ⅳ区为356+850～357+700段长850m。四个作业区同步展开爆破开挖。根据民房远近，结合本标段地形条件，本标段爆破开挖区可划分为控制爆破区和严格控制爆破区两种不同区段。采用不同爆破方法是确保爆破安全，加快施工进度。

（1）控制爆破类（即桩号354+350~356+950、357+350~357+700石方爆破开挖区）：采用深孔爆破为主，浅孔爆破为辅，进行主体石方开挖，深孔爆破用于深度大于5米的石方爆破开挖，浅孔用于修边清底和建基面保护层开挖。

（2）城镇控制爆破类（即桩号356+950～357+350的石方爆破开挖区）：通过多钻孔少装药，分段微差爆破，抵抗线方向尽量背离房屋等控爆技术来控制爆破振动及飞石对房屋影响。

2.3.1.控制爆破类施工：

本区爆破开挖方案如下：

（1）渠道边坡石方爆破开挖时，开挖边线处坡面爆破层厚度小于1.0m的采用小孔径（直径为38～42mm）光面爆破施工，厚度超过1.0m的采用大孔径（直径为80～110mm）光面爆破；除上述的其它边坡坡面采用大孔径预裂爆破施工，预裂爆破与主爆孔爆破时差不少于100ms。；控制爆破区边坡主体石方开挖采用深孔(直径为80～110mm)爆破从上到下、分层分梯段进行施工。

（2）控制爆破区渠道石方爆破施工首先采用垂直于水流方向的大孔径V型掏槽爆破创造临空面，该槽沿渠道轴线长6.0m、布孔宽度为3～5m。后向两侧扩挖，扩挖采用大孔径深孔爆破施工，为后继渠道石方爆破开挖形成临空面。距开挖边线两侧预留1.5~2.0m厚的光爆层。后续渠道石方开挖采用沿渠道轴线方向，预留0.7m左右的保护层，由下游向上游开挖，其两侧边坡采用预裂爆破。（详见掏槽示意图及渠道爆破布孔示意图）

（3）为了避免使建基面岩体出现大量爆破裂隙，以及避免使原有构造裂隙和岩体的自然状态产生明显恶化，建基面开挖采用预留保护层的方法，保护层厚度采用设计要求预留为0.7m左右。保护层开挖采用大孔径水平预裂爆破辅以垂直浅孔梯段爆破法一次爆破或小孔径垂直钻孔爆破法，根据现场爆破试验进行确定，选取对建基面影响小，施工进度快的开挖办法。建基面保护层开挖见建基面水平预裂爆除法和建基面一次性爆除法。

石方开挖施工方法见流程图。

钻机平台是钻机工作场地，为了保证钻孔位置正确，保证钻孔按设计方向和角度造孔，并使钻机能在平台上自由移动，应做好平台的修建工作。平台应力求平整，不允许有突出的大石块，并根据钻机类型确定平台宽度。本标段使用英格索兰自行分体式351型钻机，平台宽度为6～8m。

（2）工作面清理及测量放样

为了给钻机提供好的平台和施工部位，保证钻孔质量和钻孔速度，钻孔前必须对钻孔部位的浮碴清理干净并修整临时道路。部位清理后先由测量人员放出爆破施工边线和桩号、高程，技术人员再根据测量和设计参数放出实际孔位、孔深和孔斜度，边坡光面（或预裂）爆破孔必须在基岩上用油漆标识孔位和孔向参考点并作详细的技术交底。

布孔要求：由专门技术人员按设计参数现场布设，并设孔位桩。

(a)方格型或矩型（b）三角形

钻孔三要素：对位准、方向正、角度精。

钻孔基本操作方法：软岩慢打，硬岩快打；

钻孔基本要求：孔口要完整，孔壁要光滑。

爆破主要采用手风钻、潜孔钻机、英格索兰钻机造孔。在钻孔时，严格控制开口、孔深及超钻偏差。开挖部位梯段高度3m以上，用100B型潜孔钻机或英格索兰分体式钻机钻孔爆破、梯段高度3m以下部位用手风钻钻孔爆破。预裂孔外侧1.5m布置一排缓冲孔。

钻孔验收后应做好钻孔的保护工作，防止地表水或杂物石块进入孔内造成堵孔或卡孔。

预裂孔装药结构示意图如下：

②预裂孔爆破和光面爆破装药要求：

e为了克服炮孔底部岩层的夹制作用，炮孔底部需增加药量，为线装药密度2~3倍，本工程取2.5倍，长度0.7m左右。

3#○1#○○○○○○○

（a）排间微差接力网络

11#○○○○○○○11#

9#○○○○○○○9#

7#5#3#1#3#5#7#

微差接力网路是控制单响药量、减少振动效应的最有效办法。国内已多次进行从几十个孔到多达3080个孔的一次爆破，爆破中应用此网络一次药量最高达148吨，均获得了良好的爆破效果和减振效果。

爆破后，首先由爆破工及安全人员进入开挖区进行安全检查，对发现的问题如盲炮、险石等进行及时处理。确认无安全隐患后，方能继续下一工序作业。

出渣之前，采用反铲清理边坡危石，及时对开挖岩面进行检查，并根据情况确定是否需要临时支护，以保证岩石边坡稳定安全。

出渣采用反铲挖装，自卸汽车运输至指定渣场，出渣完成后，人工辅助机械清理工作面的石渣等杂物，为下一工序作业创造良好地施工条件。

边坡开挖之后，对开挖面加强安全巡视检查，保证边坡的稳定，并派专人进行安全监测的资料分析，发现异常情况立即报告相关人员，并迅速采取必要的处理措施。在边坡上揭露的局部不稳定岩体，及时报告监理工程师，予以锚杆加固处理；不良地质地段边坡不稳定岩体，报请监理工程师验收后采用砂浆锚杆或锚喷支护等措施处理。

边坡的支护在开挖过程中分层进行，上层的支护保证下一层的开挖安全顺利进行，有安全隐患的部位经处理后方能继续施工。

2.3.2爆破参数选择

2.3.2.1主体石方开挖爆破参数说明

（1）台阶高度H的确定

台阶高度H是深孔爆破的最重要参数之一，它直接影响钻孔、爆破挖运作业系统，因此应综合考虑工地的地形地质条件，钻孔机械的配备、挖运能力，工期要求、工程成本等因素进行确定，原则上越深越好，一般取10~15m，本工地由于目前设计的台阶高度为6～6.6米，故暂时按6～6.6米高度分台阶。

（2）超钻深度h的选择

超钻作用是为了克服底盘岩石的夹制作用，使爆破后不残留根坎，开挖后形成平整的底部平面，一般取h=（8～12）D或h=（0.05～0.25）H。根据以往施工经验，结合本工地的岩石情况，进行台阶高度选取：

当H=6m时，取h=0.8m；可在上层台阶爆破时，进行统计分析，决定超钻深度，以确定不再产生清底工作。

（3）底盘抵抗线W1的选择

（4）孔距a和排距b的选择

合理的孔排距可以增加钻孔延米爆破方量，改善爆破效果，降低大块率。一般设计孔距大于排距，即a=（1~1.56）b。根据本工地采用钻孔直径D=105mm和D=38~42mm类似爆破工程经验，控制爆破区取a=3.5m，b=3.0m。

（5）堵塞长度L2的确定

合理的堵塞长度和良好的堵塞质量，是改善爆破效果、防止飞石确保安全的重要手段，一般按：L2≥0.75W1或L2=（20～40）D。为了确保本工地爆破安全，本工地取L2≥0.75W1=2.5～3.0m。

（6）单位用药量q的选择

单排孔和多排孔第一排孔单孔药量计算：

后排孔同时爆破时单孔药量计算：

根据上述爆破参数选择方法，本爆破区初选出的爆破参数见下表，该表的爆破参数要在爆破实践中不断加以优化，使爆破效果达到最优。

控制爆破初选爆破参数表

2.3.2.2预裂或光面爆破参数说明

预裂或光面爆破参数首先使用经验公式或工程类比法确定初值，再结合生产性试验加以调整。

（1）预裂或光面爆破孔径的确定

开挖边线处边坡治理爆破层厚度小于1.0m的采用小孔径（直径为38～42mm）光面爆破施工，厚度超过1.0m的采用大孔径（直径为105mm）光面爆破；预裂爆破均采用大孔径（直径为105mm）施工。

（2）预裂或光面爆破孔距的确定

合理的孔距是预裂（光面）爆破成败关键，预裂爆破的孔距一般按公式a=（7~10）D选取，本工地取a=0.7m；光面爆破的孔距一般按公式a=（8~12）D选取，本工地大孔径光面爆破孔距取a=0.7m，小孔径光面爆破孔距取a=0.4m。在爆破试验和爆破施工中不断优化此参数，以保证最佳爆破效果。

（3）预裂（光面）爆破线装药密度q线的确定

线装药密度是预裂破成败的关键，一般有理论计算法、经验计算法和经验类比法。

以及我公司以往施工经验公式

Q线＝0.367〔δ压〕0.5*〔α〕0.0.86

光面爆破线装药密度的计算用通用经验公式：

Q线——线装药密度，kg/m；

Wmin——光爆孔最小抵抗线。

结合国内资料和本工地岩石性质和结构初步确定q光=200~250g/m，q预=400~500g/m。在爆破试验和爆破施工中不断优化此参数，以保证最佳爆破效果。

（4）光爆层厚度W光（光面爆破抵抗线）的确定

W光大小直接影响爆破效果，W光太大，爆破所产生的石渣体积较大，W光太小不能形成良好的光面爆破效果，根据经验公式W光=（10~20）D本工程大孔径光面爆破取W光=1.5m，小孔径光面爆破取W光=（0.6~0.7）m。

（5）预裂孔和主爆孔距离的确定

预裂孔和最后一排主爆孔距离一般为孔径的10~20倍，本标段中控制爆破区中取1.5m。最后一排主爆孔的装药量为正常装药量的1/2~2/3。在爆破试验和爆破施工中不断优化此参数。

（6）堵塞长度L2的确定

堵塞长度是保证预裂（光爆）效果的重要措施，一般取L2=（15～20）D。L2太小易产生喇叭口，使保留边坡顶部出现破裂情况，需清除危石；L2太大，顶部产生盖帽现象，即在顶部出现伸出岩块与边坡连接，需二次处理，本标段取L2=1.5～2.0m。

小孔径光面爆破的堵塞长度为孔深的1/4~1/3，即堵塞长度为L2=0.50~0.60cm。在爆破试验和爆破施工中不断优化此参数。

2.3.2.3建基面保护层水平预裂开挖方法和保护层一次开挖方法如下：

I.建基面水平预裂开挖方法

建基面保护层开挖采用水平预裂爆破辅以垂直浅孔梯段爆破法一次爆破完成。

采用水平预裂爆破的施工方法可以增加保护层开挖施工进度。对于渠道底部建基面预留的保护层，采取水平预裂和钻垂直爆破孔一次爆破的施工方法，保护层垂直爆破孔采用Y26手风钻机，孔径为Φ38～42mm。孔底高程距建基面不小于0.7m，采用梯段微差爆破。爆破后，可以直接用大型挖掘设备挖装，缩短保护层开挖的出渣时间，此施工方法可减少保护层分层开挖频繁出渣和钻孔的工序，加快保护层开挖施工进度。

A.水平预裂参数的选择与确定

根据我国水利工程边坡预裂爆破一般采用孔径为80～110mm的施工经验，并结合本标段现有的钻孔机械设备的性能特点，选择CM351液压钻为水平预裂孔的主要钻孔机具，钻孔直径为105mm，其次选择手风钻为辅助钻孔机具，钻孔直径为42mm。

钻孔间距a和钻孔直径D的关系可用间距系数n来表示：a＝nD；n值的大小决定着钻孔的数量，n值过大，不能保证预裂缝的形成，影响预裂效果；n值过小，将增加钻孔数量，不经济，并且影响施工进度。根据经验—般认为n值取7～12较合适。

经多次生产性试验和施工总结，确定采用CM351钻机(相应钻孔直径为80～110mm)施工时，设计钻孔间距80～100cm，n值为8～10；采用手风钻(相应钻孔直径42mm)施工时，设计钻孔间距40～50cm，n值为10。通过试验和现场施工不断总结，在不同部位根据实际情况选取最佳的钻孔间距。

根据钻孔直径D的大小选择药卷直径d。不耦合系数E是指钻孔直径与药卷直径的比值，可用E＝D/d表示。用于本工程预裂爆破的药卷直径为32mm，钻孔直径为105mm时，E值为3.28，钻孔直径为42mm时，E值为1.31。

水平预裂的钻孔施工难度较大，当钻孔深度过大时(孔深超过10m时)，钻孔水平精度难以掌握，往往出现向下偏斜，造成孔口与孔底不在同一高程上，最大偏差达50cm，为保证建基面的开挖平整度，实际钻孔过程中除严格控制开孔孔位高程和角度外，还必须控制钻孔深度。当采用CM35l钻机时，钻孔深度以≤10m为宜，采用手风钻钻孔时，钻孔深度以≤3m为宜。

根据白云岩的岩性，参照其它水利工程的施工经验，选择经验公式为：

⊿线＝0.034[σ压]0.63a0.67式中：⊿线——线装药密度(kg/m)[σ压]——岩石极限抗压强度(MPa)a——钻孔间距(m)。

依据上式计算的结果，初步确定线装药密度为400～450g/m，在生产性试验中不断优化线装药密度。

实践证明，孔口堵塞长度对水平预裂面的效果有一定影响，堵塞长度过短，则爆破时气体逸出，不易形成预裂缝或预裂缝宽度不够；堵塞长度过长，则在孔口附近部位易残留水平炮孔。实际施工中的堵塞长度根据爆破效果进行不断调整修正，一般取80～100cm为宜。

⑦装药结构设计水平预裂

一般边坡预裂爆破是在无限体中进行的，底部夹制作用较大，而水平预裂爆破是在2.0～2.5m厚的有限体中进行，类似于光面爆破，底部夹制作用小。爆破施工过程中，为方便施工，根据钻孔深度的不同，将确定的线装药密度均匀分布在孔内，孔底40cm范围内装药密度适当增加一倍，孔口堵塞长度以下50cm适当减小一半药量。典型装药结构见图l。

图1水平预裂孔典型装药结构图

B.浅孔梯段爆破参数的选择

现有的钻孔机械和药卷品种规格方城县钢筋工程施工方案，选用Y26手风钻作为钻孔设备，钻孔直径为38～42mm，相应药卷直径为32mm。

钻孔深度视保护层厚度而定，但必须控制钻孔底部在距建基面0.7m左右终孔。见图2。

参照垂直梯段爆破的经验，当采用手风钻钻孔时，孔距一般为1.0～1.2m，排距0.5～0.6m。

根据白云岩的岩性特点，单位耗药量q值控制在0.40～0.45kg/m3范围内。

爆破参数的确定原则，一般根据钻孔机具的性能、岩石性质，并参照以往的工程经验选定其基本参数，施工中根据爆破效果不断进行调整和修正。典型布孔示意图见图2，实际采用的爆破参数见表1。

GB／T 41680-2022标准下载C.施工工艺及技术要求

进入保护层厚度范围内钻孔作业前，首先进行测量放样，以确定水平预裂和浅孔梯段爆破的作业范围，并用红油漆标明水平预裂孔的开孔高程线，水平预裂开孔高程线以上70cm处为浅孔梯段爆破孔的孔底高程。