清原引水调压井梯段爆破井挖施工技术

清原引水调压井梯段爆破井挖施工技术

摘要：在抽水蓄能电站施工过程中，引水调压井开挖一般利用手风钻钻孔，

采用浅孔光面爆破施工技术。本工程中，引水调压井开挖全部采用深孔梯段爆破

施工技术。预裂孔高度根据地质条件、开挖深度、设计要求及钻具等因素而定，

深孔梯段爆破孔深一般为8~12m。采取潜孔钻机自上而下分层钻爆施工，孔向顺

时针垂直断面半径30°向下，渣体顺导井落至下端引水隧洞内，再由装载机装

20t自卸车运至渣场。通过进行合理的分层，选择合理的爆破参数，严格控制造

孔的精度，实现大型抽水蓄能电站竖井梯段爆破的钻孔、装药联网以及运输出渣

的连续循环作业。选择爆破方式，优化爆破网络参数，有效降低了爆破震动危害，避免影响已完成建筑物，极大提高了施工质量，加快了抽水蓄能电站引水调压井

开挖爆破施工进度，也对相似工程施工具有一定的借鉴意义。

关键词：抽水蓄能电站；引水调压井；预裂孔；梯段爆破

1 概述

清原抽水蓄能电站位于辽宁省抚顺市清原满族自治县北三家乡境内，本工程引水系统包

括上水库进/出水口、引水事故检修闸门井、引水上平洞、引水调压井、引水上斜井、引水

中平洞、引水下斜井、引水下平洞等。引水调压井布置在1#、2#、3#压力钢管起点前，型式

为带上室阻抗式，下端连接引水隧洞。引水调压井竖井断面为圆形，上室段高度为13.75m，

开挖直径为20.3m，井身段高度为101.4m，开挖直径为13.3m。

2 施工方案选择

清原抽水蓄能电站引水调压井为深竖井开挖，分为上室段开挖和竖井段开挖。结合现场

实际情况，预裂孔梯段高度按引水调压井设计结构取值，上室段预裂钻孔高度13.75m，一次

造孔成型，梯段爆破高度取2.0m，爆破分6层进行；竖井段预裂钻孔高度10m，分10次钻

孔成型，梯段爆破高度取2.0m，爆破分5层进行。预裂孔孔内炸药采用导爆索起爆，孔外采

用塑料导爆管非电毫秒微差起爆网。梯段爆破采用毫秒延时导炮管非电微差起爆，严格控制

最大单响药量。由于竖井内空间有限，爆破孔造孔采用2台YQ-100B潜孔钻机施工，通过合

理分层和优化钻爆参数达到快速、高效施工目标。

3 爆破参数的设计

4.1选取单耗q（kg/m2）

梯段爆破单耗的选取一般采用经验法、类比法和查表法等。结合电站引水调压井岩石特性，围岩完整性较好，岩性单一，力学性能强，弱风化。并通过前期的爆破试验和爆破效果

取值，主爆孔单耗q取0.70~1.30m。

4.2施工设备及钻孔直径d（mm）

本工程引水调压井开挖选用较为先进的YQ-100B潜孔钻机进行造孔。调压井上室段和竖

井段的预裂孔及主爆孔全部采用YQ-100B潜孔钻机，孔径为φ90mm。

4.3最小抵抗线W（cm）

最小抵抗线（W）为最外层崩落孔到轮廓线的距离，与开挖的断面大小有关。在断面跨

度大，主爆孔所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些；断面小，光

爆孔所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些。最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。一般W范围在

（10~20）dk（炮孔直径）内，即90~180cm，即引水调压井主爆孔抵抗线取1.0m。

4.4钻孔深度L（m）

造孔前先实测开挖面的实际高程，预裂孔孔深根据引水调压井两端开挖设计高度得出造

孔深度，技术人员计算出来钻孔布置参数，按顺序编号、列表，将每个孔的造孔倾角，造孔

深度等参数给施工人员做详细技术交底。预裂孔不超深，造孔完成后将孔内岩粉用高压风排

除干净，封孔保护好。

主爆孔的孔深根据技术规范、梯段高度和造孔倾角逐孔计算，上室段梯段爆破分为6层，每层去2.0m；竖井段梯段爆破分为5层，每层2.0m。为保证渣料顺利从导孔流入底部隧洞，竖井梯段爆破在造孔爆破孔过程中采用倾斜造孔。斜孔爆破由于沿孔长各点上的岩石阻力均等，爆破能分部合理，因而破碎块体均匀，岩层后冲减小，震动效应降低。通过前期的试验，本工程主爆孔倾角选择为顺时针30°。潜孔钻机造孔时，每个孔底往往留有部分岩粉难以吹出，同时为克服及减少岩石的夹制作用，保证造孔孔深达到设计孔深，炮孔深度超钻20cm。

4.5造孔间、排距（cm）

4.5.1预裂孔间距（cm）

预裂孔：预裂爆破的目的是使引水调压井设计轮廓线布置的预裂孔之间产生贯穿裂缝，

从而形成平整的断裂面，并起到阻止爆破应力波的震动效应对竖井围岩的损坏。

预裂孔的间距与孔径有关：预裂孔A=（8~14）D；D——钻孔直径。

根据计算预裂孔孔距取值范围为：72~126cm，本工程取80cm。预裂孔沿竖井轮廓线等

分布置，以保证裂缝形成连接闭环。

4.5.2主爆孔间、排距（cm）

主爆孔间、排距根据大量的现场经验和计算，结合本工程选取的造孔设备孔径。采用大

间距、小排距的布孔方式、扩散形布孔。上室段钻孔间距为151cm，最大排距为190cm；竖

井段钻孔间距为135cm、145cm，最大排距为171cm。尽量减小爆破后块石体积，根据断面形式，相邻两排炮孔交错布置。

4.6装药结构及线装药密度（g/m）

（1）预裂孔线装药密度主要根据试验和岩石性质变化取不同的线装药密度，线装药密

度控制在0.45kg/m-0.60kg/m。由于炮孔底部夹制性较大，不易产生要求的裂缝，因此孔底

一段装药的密度需加大2～3倍，底部装药时采用Φ70mm药卷和Φ32mm药卷捆扎。

引水调压井上室段线装药密度为0.48kg/m，预裂孔深度13.75m，上部标准段间隔装药，装药长度11.95m，装药量4kg；底部0.8m连续装药，装药量2.6kg。总装药量6.6kg，堵塞

长度1.0m。竖井段孔深10m，线装药密度为0.52kg/m，预裂孔上部标准段间隔装药，装药长

度8.2m，装药量2.6kg；底部0.8m连续装药，装药量2.6kg。总装药量5.2kg，堵塞长度

1.0m。竖井造孔为倾斜钻孔，封堵时不采用黏土及细沙进行封堵，改为利用水袋进行装药后

封堵炮孔。

（2）主爆孔根据工程特点，选取较高单耗，加强抛掷作用，有利于推甩渣。本工程引

水调压井上室段炸药单耗1.1kg/m³，竖井段炸药单耗1.3kg/m³，药量从炮孔底部自下而上

将炸药连续装填均匀密实，炮孔采用岩粉进行封堵。

5 爆破网络的设计

引水调压井梯段爆破严格按照分层造孔和实施爆破，控制爆破规模和形成循环作业，爆

破采用毫秒延时导炮管非电微差起爆网络。起爆顺序采用逐排起爆，主爆孔每5排一响，最

大单响药量为114.5kg，以降低最大单响药量，减小爆破震动危害。孔内装大段别的非电微