一种隧洞水道的水下岩塞爆破方法

技术领域

本申请涉及爆破技术领域，具体而言，涉及一种隧洞水道的水下岩塞爆破方法。

背景技术

水下岩塞爆破是水利水电领域资源开发利用、防洪和减灾工程中的一种水下控制爆破技术，主要用于已建水库或天然湖泊，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进水口或者出水口。

目前，传统采用隧洞水道的水下岩塞爆破方法中，在修建的进水口或者出水口结构处设置岩塞，在进行水下爆破时的水气浪冲出井口，造成高达20～40m的“井喷”，同时爆破水气浪和突泄水流将爆破的岩渣冲向下游，分散堆积到上游的隧洞内，影响隧洞内水流条件，堆渣面凹凸不平，水流流态不佳。

综上所述，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种隧洞水道的水下岩塞爆破方法，其能够有效解决传统岩塞爆破方法实施爆破时产生的井喷现象及爆破后石渣分散的问题。

本申请具体提供了一种隧洞水道的水下岩塞爆破方法，包括以下步骤：

在隧洞水道的进水口或者出水口的爆破位置处设置岩塞，在洞内所述岩塞的下游至闸门井之间的底部设置具有安全裕度的集渣坑；

在靠近闸门井的下游预定位置处设置堵头，并于爆破前经所述闸门井对隧洞的洞内进行充水；

在所述闸门井内的水位到达充水水位时，在岩塞下游至闸门井之间的洞顶处形成具有预定体积、预定压力的气垫室；

在所述气垫室的作用下进行爆破，爆破产生的全部爆破石渣均容纳于所述集渣坑内。

在一种实施方式中，所述形成气垫室包括：所述岩塞的下游至闸门井段的洞顶为向下游倾斜的倾斜段，对所述隧洞充水后，所述倾斜段与水面之间形成预定体积的压缩空气垫，所述压缩空气垫为所述气垫室。

在一种实施方式中，所述气垫室内的压力小于等于库水位下隧洞内洞顶的水头压力。

在一种实施方式中，所述集渣坑的横截面为梯形。所述集渣坑在容纳全部爆破石渣后仍有安全裕度，以使集渣坑的堆渣面分布更加均匀。

在一种实施方式中，所述堵头的强度大于爆破时动水冲击波压力。

在一种实施方式中，所述堵头采用球壳形堵头，在爆破后将所述堵头进行拆除。

在一种实施方式中，所述闸门井内的充水水位需高过隧洞洞顶的高程，且低于库水位。

在一种实施方式中，所述岩塞为上大下小的渐变的喇叭形结构，所述岩塞的进口大断面处的过流流速小于等于2.5m/s。所述岩塞的结构满足岩塞及围岩的强度安全要求，且需在爆破后所述岩塞的过水流速满足抗冲要求。

在一种实施方式中，爆破后最高涌浪水位小于等于所述闸门井的平台高程。

在一种实施方式中，爆破方式采用双层硐室加排孔相结合的爆破方式。

在一种实施方式中，所述双层硐室加扩大排孔的爆破方式具体包括：

所述岩塞上包括上下两层集中药包，上层集中药包用于爆除上部岩体，以形成爆破漏斗。下层集中药包用于爆通，岩塞上包括多圈排孔，多圈排孔的排孔数量由内向外依次增加。岩塞的周侧均布多个预裂孔，所述预裂孔用于减震和以及在爆破时控制周边形体。

所述上层集中药包包括两个药包，按斜坡面抛掷爆破同时起爆的要求计算炸药重量。

所述下层集中药包滞后起爆，用于爆通岩体上下两个临空面。

所述扩大排孔的排距、孔距、孔径以及抵抗线均根据爆破的岩体性质及范围确定。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请的技术方案中，有效解决传统岩塞爆破方法实施爆破时产生的井喷现象及爆破后石渣分散的问题。通过设置堵头，并对洞内进行充水，以在洞顶形成气垫室，通过气垫室的作用使破产生的全部爆破石渣均容纳于集渣坑内。采用梯形集渣坑的形式，堆渣面分布更加均匀，水流状态更佳。采用壳球形堵头，在满足安全要求下可减小爆破后混凝土拆除的难度。采用双层硐室加扩大排孔的爆破方法，使爆破更安全可靠。

附图说明

图1是本发明实施例的隧洞水道的水下岩塞爆破方法的流程图。

图2是本发明实施例的隧洞水道的水下岩塞爆破方法的结构示意图。

图3是本发明实施例的隧洞水道的水下岩塞爆破方法中，岩塞的双层硐室爆破结构示意图。

图4是本发明实施例的隧洞水道的水下岩塞爆破方法中，岩塞的扩大排孔布置示意图。

其中，附图标记说明如下：

1岩塞

2气垫室

3倾斜段

4集渣坑

5渐变段

6闸门井

7堵头

8预裂孔

9排孔

10 上层集中药包

11 下层集中药包

A库水位

B爆前水位

C充水水位

D最高涌浪水位

E平台高程

F洞顶高程

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实施例以位于安徽省金寨县的响洪甸抽水蓄能电站工程为例。参见图1和图2，本申请提供了一种隧洞水道的水下岩塞1爆破方法。该工程上水库进水口采用水下岩塞1爆破修建。岩塞1爆破进水口位于左坝头上游250m处。在隧洞水道的进水口处设置岩塞1，在洞内岩塞1的下游至闸门井6之间的底部设置具有安全裕度的集渣坑4。闸门井6的上游与集渣坑4之间通过渐变段5连接。在靠近闸门井6的下游预定位置处设置堵头7，并于爆破前经闸门井6对隧洞的洞内进行充水。在闸门井6内的水位到达充水水位C时，在岩塞1下游至闸门井6之间的洞顶处形成具有预定体积、预定压力的气垫室2；在气垫室2的作用下进行爆破，爆破产生的全部爆破石渣均容纳于集渣坑4内。

具体的，根据应力条件满足岩塞1及围岩的强度安全要求，确定岩塞1平均厚度为11m；根据断面最大流速满足抗冲要求，确定岩塞1地面直径9m，顶面直径16m。

在一种实施方式中，形成气垫室2包括：岩塞1的下游至闸门井6段的洞顶为向下游倾斜的倾斜段3，倾斜段3是坡度为1：6.34的斜坡。对隧洞充水后，倾斜段3与爆前水位B之间形成预定体积的压缩空气垫，压缩空气垫为气垫室2。

在一种实施方式中，气垫室2内的压力小于等于库水位A下隧洞内洞顶的水头压力，避免产生漏气现象。

需要说明的是，气垫室2的预定体积及预定压力均与闸门井6的充水水位C相关。

在一种实施方式中，集渣坑4的横截面为梯形。考虑对岩塞1进行爆破后，使爆破石渣堆积于集渣坑4内，集渣坑4在容纳全部爆破石渣之后仍有安全裕度，能够使集渣坑4的堆渣面分布更加均匀，水流状态更佳。

在一种实施方式中，堵头7的强度大于爆破时动水冲击波压力，以满足安全要求。

在一种实施方式中，堵头7采用球壳形堵头7，壳球形堵头7的内半径5.09m，厚1.5m，布置在闸门井6下游20m处。考虑堵头7在满足安全要求的同时，便于在爆破后进行拆除，减小爆破后混凝土拆除的难度。

在一种实施方式中，闸门井6内的充水水位C需高过隧洞的洞顶高程F，且低于库水位A。

需要说明的是，集渣坑4内的堆渣的分布情况与充水水位C相关，充水水位C愈高，集渣坑4内堆渣平面愈平顺，峰谷差愈小。

在一种实施方式中，岩塞1为上大下小的渐变的喇叭形结构，岩塞1的进口大断面处的过流流速小于等于2.5m/s。岩塞1的结构满足岩塞1及围岩的强度安全要求，且需在爆破后岩塞1的过水流速满足抗冲要求。

在一种实施方式中，爆破后最高涌浪水位D小于等于闸门井6的平台高程E，避免发生闸门井6的溢流现象。

具体的，在绝热条件下封闭气体的体积和压力的关系如下：

式中：

P

V

P

V

n为绝热常数，一般取n＝1.4。

响洪甸工程中当洞内水位超过闸门井6上游的洞顶高程F为74m时，水位以上空间即形成封闭的气垫室2，此时P

V

气垫室2内某一时刻的压力P

式中：

ΔH为闸门井水位与气垫室水位之差。

气垫水位与体积的关系由闸门井6的上游洞顶高程F以上结构轮廓尺寸计算。通常1.0kg炸药在爆炸时产生0.8m

式中：

Q为炸药重量，

P

P

假定水体压力传播无摩擦损失，压力传播在堵头向回反射时压力增加一倍，则P

P

式中：

P

闸门井6内充水水位C愈高，爆破时井内的涌浪高度愈小，爆破后集渣坑4内的堆渣面愈平缓，抛向洞外的石渣比例愈高，但当气垫室2内压力高于洞顶在库水位A下的水头压力时会产生漏气，因此闸门井6充水水位C不得高于库水位A，响洪甸工程取库水位A为10m。

在一种实施方式中，本申请采用双层硐室加排孔9相结合的爆破方式。如图3和图4所示，在岩塞1上设置上下两层集中药包，上层集中药包10用于爆除上部岩体，以形成爆破漏斗。下层集中药包11用于爆通岩塞1。岩塞1上设置多圈排孔9，沿岩塞1的半径方向多圈排孔9的排孔9数量从内至外依次增加。岩塞1的周侧均布多个预裂孔8，预裂孔8用于减震和以及在爆破时控制周边形体。通过上述爆破方式进行爆破后，进一步保证石渣均堆积于集渣坑4内。相较于单一钻孔或者单一的硐室爆破，本申请提供的爆破方法更为可靠、安全。

上层集中药包10包括两个药包，按斜坡面抛掷爆破同时起爆的要求计算炸药的重量，并考虑两个爆破漏斗的范围和衔接。下层集中药包11相对于上层集中药包10进行滞后起爆，爆通岩体上下两个临空面。扩大排孔9的排距、孔距、孔径以及抵抗线均根据爆破的岩体性质及范围确定。

具体的，如图4所示，本实施例中采用4圈呈放射状扩大排孔9，最外圈扩大排孔9与周边预裂孔8排距50cm。

综上所述，根据本申请提供的隧洞水道的水下岩塞1爆破方法，以使本项目建成后经实测的堆渣面形态平缓，洞室结构安全。有效解决传统岩塞1爆破方法实施爆破时产生的井喷现象及爆破后石渣分散的问题。通过设置堵头7，并对洞内进行充水，以在洞顶形成气垫室2，通过气垫室2的作用使破产生的全部爆破石渣均容纳于集渣坑4内。采用梯形集渣坑4的形式，堆渣面分布更加均匀，水流状态更佳。采用壳球形堵头7，在满足安全要求下可减小爆破后混凝土拆除的难度。采用双层硐室加扩大排孔9的爆破方法，使爆破更安全可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。