爆破作为一种较为有效的施工手段，在国内外被广泛应用于采矿业、土建业、交通及水利水电等行业，是大规模岩土开挖的重要施工手段。其发展已有数百年的历史，所产生的爆破振动、爆破飞石、爆破冲击波等对周围建（构）筑物及人员设施的负面影响，逐渐引起了人们的关注，由此开始了控制爆破技术的研究。与普通爆破相比，控制爆破在技术上具有鲜明的特点，是以保证爆破作业区域安全为首要任务，也是按照要求对爆破效果及产生的危害进行严格控制的一门新型爆破技术。因涉及岩石力学、爆炸力学、工程地质、工程爆破及爆破器材等多学科的内容，使得控制爆破技术发展较为缓慢，但由于该技术具有较高的安全性及较大的经济效益，具有较好的研究及应用推广价值。
在南宁市邕宁水利枢纽工程超深基坑开挖施工中，为保证高边坡的安全，减少爆破作业对高边坡的扰动，采用控制爆破技术，保障了施工安全，减小了爆破危害效应，保证了爆破效果。
1 工程概况
广西南宁市邕宁水利枢纽工程位于邕江干流南宁邕江河段下游青秀区仙葫开发区牛湾半岛处，是一座以改善城市环境、水景观，航运为主，兼顾水力发电及其他的综合性大型水利枢纽工程。其船闸为单线2000吨级，设计水头8.38m，是在牛湾半岛上开凿的航道而建，开挖深度达57m，开挖量达1620万m³。
作业区岩体主要为硬岩质灰岩、泥质灰岩；硬岩质灰岩呈微风化，闭合裂隙及缝合线较发育；泥质灰岩呈微风化，有小溶孔及溶缝，岩溶较发育，分布有多条破碎带。为预防爆破作业对岩溶地质条件下的高边坡产生较大扰动，保护在建的船闸及坝体，应严格控制起爆药量、合理设计爆破参数。
2 爆破施工方案及参数设计
2.1 爆破施工方案
船闸超深基坑开挖采用深孔台阶控制爆破技术，为了减弱爆破作业对高边坡的扰动，达到控制及减小爆破作业所产生的危害效应，进而保证工程安全，采用导爆管雷管逐孔起爆网路。
2.2 爆破设计参数
垂直法布置炮孔，采用KQL120型国产潜孔钻机成孔，炮孔直径d为Φ90mm，炸药采用70mm直径的2#岩石乳化炸药，爆破参数按下述方法确定：
2.2.1 炮孔深度L、超深h
台阶高度H取8m，则炮孔深度L为：
L=H/sinα+h=8/sin90°+1.1=9.1m
式中，α=90°，超深h=（8～12）d=12×0.09=1.08m。由于岩体较为坚硬，为避免欠挖而造成二次开挖，炮孔超深h取1.1m。
2.2.2 底盘抵抗线W0
底盘抵抗线W0按下式计算：
W0=10×（0.24kH+3.6）d/1.5
=10×（0.24×0.7×8+3.6）×0.09/1.5=2.97m
式中，k为与岩石坚固系数有关的参数，取0.7；经计算，W0取为3.0m。
2.2.3 孔间距a、排距b
为增加炮孔利用率，采用三角形（梅花形）布孔，孔间距a及排距b可按照下式计算：
a=mW0=（1～1.5）W0=1.2×3=3.6m
b=（0.8~1）a=0.85×3.6=3.06m
式中，m为炮孔密集系数。
2.2.4 堵塞长度
为避免发生冲孔及产生飞石，需要保证炮孔具有一定的堵塞长度，堵塞长度l可按下式计算：
l=zW0=0.8×3=2.4m
式中：z为堵塞系数，垂直炮孔取0.7～0.8，倾斜炮孔取0.9～1.0；为保证爆破作业不发生冲孔及产生大量飞石，堵塞长度l取≥3m。
2.3 起爆网路设计
导爆管雷管逐孔起爆网路（如图1所示）孔内采用15段高段位普通毫秒雷管进行延期，孔间采用3段普通毫秒导爆管雷管搭接串联，排间采用5段毫秒雷管连接传爆，最后击发起爆；为控制爆破振动，单孔最大同段药量为36kg，连续装药。
图1 逐孔起爆网路示意图
3 爆破安全措施
3.1 爆破振动控制
爆破振动安全距离按下式计算：
（1）
式中，K是与岩石性质、爆破参数和爆破方法有关的场地系数，取150；α是爆破振动衰减系数，取1.5；R是爆破振动安全距离，m；V是爆破安全振动速度，cm/s，根据《爆破安全规程》一般建筑物及坝体取2cm/s；Q是最大同段爆破炸药量，kg。
通过计算可得：
=58.72m
在该工程中，距离最近的保护对象为开挖后的高边坡及东北侧100余ｍ的坝体；通过现场实测，距离爆破点最近的护坡及船闸坝体地基上的振动峰值速度分别为0.640cm/s、0.798cm/s，其振动波形如图2所示；通过监测结果可以得出，严格控制最大同段药量可以有效的减弱爆破振动效应。
a）护坡监测点波形图 b）坝体监测点波形图
图2 监测点爆破振动波形图
3.2 爆破飞石控制
根据《爆破安全规程》的相关规定，深孔爆破作业时个别飞散物对人员的安全允许距离应不小于200m。本工程设计安全允许距离为200m，警戒范围大于200m，爆破前清理200m范围内的人员、机械；除此之外应探明爆破区域地质条件，合理进行爆破设计，控制炸药单位消耗量，保证炮孔堵塞质量，必要时可采用废旧地毯或土工布对爆破区域进行覆盖，以减小爆破时个别飞散物的产生。
3.3 起爆网路的可靠性
在进行爆破网路连接时，将孔间及排间的连接传爆雷管聚能穴背向未传爆区域，采用沙袋或软土进行覆盖，防止高速飞散的弹片及石渣切断传爆网路发生拒爆或盲炮事故；为保证起爆网路的可靠性，必要情况下可采用复式起爆网路，相关研究表明复式网路可以大大增加起爆网路的可靠性。
4 爆破效果分析
该超深基坑开挖工程采用深孔台阶控制爆破技术，逐孔起爆，合理的爆破参数，控制了单孔装药量，现场精心施工，保证了炮孔堵塞质量，有效的控制了爆破所产生的危害效应，保护了高边坡及船闸；爆碴块度较为均匀，取得了较好的爆破效果。
通过本工程爆破实践验证，采用逐孔起爆的控制爆破技术可以有效的减弱爆破振动效应，距离爆破点最近的坝体峰值振动速度满足规范要求；通过合理的设计爆破参数，并根据试爆情况及爆区地质条件进行调整，严格按照设计施工，认真检查，保证炮孔质量和炮孔堵塞长度满足设计要求，采用黏土或细沙堵孔有效的控制及减少了爆破时个别飞散物的产生。
图3为采用导爆管雷管逐孔起爆后的效果图。根据爆堆形态可以清楚的看到采用逐孔控制爆破技术后爆堆的块度较为均匀，铲装清运时发现爆破后产生根底的情况较少，减小了二次开挖的工作量，相对于传统的爆破施工技术，控制爆破技术的应用有效的提高了施工效率、保证了施工安全。
图3 爆破效果图
5 结论
通过控制爆破技术在南宁市邕宁水利枢纽工程中的成功应用，可以得出以下结论：在水利水电工程的超深基坑开挖中采用控制爆破技术可以有效地降低爆破有害效应，减小对高边坡及坝体的扰动，爆破作业后产生的根底较少，减小了二次开挖的工作量，且爆碴块度均匀，清运及铲装效率较高，具有较大的经济效益及安全效益，在同类工程中具有较强的应用及推广价值。
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收稿日期：2018-06-19
作者简介：郑儒彬（1980-），男，中国铁建港航局集团有限公司第四工程分公司工程师，研究方向：水利工程建设。
基金项目：广东省交通运输厅科技项目（科技-2016-02-023）。
