川渝拆除17713551981爆破倾倒加钻爆炸碎拆除方案
爆破倾倒加钻爆炸碎拆除方案是本书的重点，它既是回答上述5个难点的关键，也是围堰建与拆有机结合新理念、充分利用堰前临空面、采用预埋集中药室进行爆破倾倒拆除RCC围堰设计方案创新的集中体现。倾倒部分是本次围堰拆除的主体，也是建与拆新理念的具体体现。该方案围绕排水廊道（为配合爆破拆除廊道抬高约10m）布置三排集中药室，按1、2、3的爆破顺序形成保证上部堰体失稳的缺口（见图2.4），同时为保证顺利倾倒在高程110m处，被炸堰体的后部布设了断裂孔。
为了突出爆破倾倒加钻爆炸碎拆除方案重点，本节则侧重于爆破倾倒方案设计论证上，并连接爆破器材即火工器材选型、“三高”混装乳化炸药的研发，以及装药、堵塞和联网等新技术与新工艺。
三峡工程三期上游RCC爆破倾倒加钻爆炸碎拆除方案用一句话来概括，就是“中间倾倒，两侧炸碎”，具体布置见图2.4。
图2.4三峡工程三期上游RCC围堰爆破倾倒加钻爆炸碎拆除布置示意图
1爆破倾倒方案设计论证
1.1水下洞室爆破装药量计算
目前关于陆地洞室爆破及浅水洞室爆破药量计算方法较多，侧重点各有不同；而对于深水洞室爆破，由于水深变化带来的一系列影响，其药量计算方法不能直接套用浅水洞室爆破药量计算方法，必须根据实际工况作相应调整。在三峡工程三期上游RCC围堰拆除爆破倾倒方案设计中，对深水洞室爆破药量计算方法进行了详细分析。
（1）标准抛掷单耗K。水下洞室标准抛掷单耗K，拟采用地面标准抛掷单耗K计算分析其侧重点，在干爆破介质——RCC重度的合理选择。
本工程碾压混凝土重度取y=2400kg/m3。根据大量露天爆破工程经验，标准抛掷单耗计算用的重度y，一般密实土夹石取1.2~1.4kg/m3，砾岩取1.2~1.6kg/m3，花岗岩取1.3~1.6kg/m3，此处碾压混凝土参考砾岩，取1.36kg/m°。
（2）爆破作用指数n。一般最小抵抗线方向地形越陡越有利于爆破漏斗形成和保证抛掷效果，水下地面坡度在45°~75°时，一般爆破作用指数n取1~1.4。本工程爆破水下坡度为90°，为保证爆破效果，3个药室均按加强抛掷爆破考虑，结合模型试验爆破效果，初步拟定1号、2号、3号药室爆破作用指数n分别取1.25、1.25和1.3。
（3）装药量Q（见表2.3）。
表2.3洞室爆破药量计算公式表
洞室爆破装药量主要与炸药种类、标准单耗、最小抵抗线、爆破作用指数等有关，与爆破漏斗体积成正比。对于水下洞室爆破，其装药量有多种计算方法，主要可归纳为三类：①按水深对抵抗线影响计算，将水层厚度看成抵抗线组成部分，按不同于爆破介质的单耗折算成抵抗线进行计算；②考虑水深和爆破要求，增加一定药量；③按水深对爆破漏斗体积影响增加一定药量。
表2.3中公式（1）为露天洞室爆破的经典公式，为工程界普遍采用，是各公式的基础，其值可作定性参考。从定性分析，由于需克服水的附加压力，水下洞室爆破比露天洞室爆破需要更多的药量。公式（2）考虑因素太少，与公式（1）比较计算值明显过小，不
表2.4各药室按不同公式计算的药量表
予考虑。公式（3）在2~4m水深情况下，试验得A值取1.3~1.8，即药量增加30%~80%。在深水情况下需经试验确定参数A，不予考虑。
表2.3中公式（4）与公式（1）相比较，考虑了水下坡面和水深的影响系数f（H）/
f（a）。当a=90°时，f（a）=2.28，反映出直立坡地形所需药量仅为水平地形的44%。
其中1≤f（H）<1.45，反映出即使水深H再大，增加的药量也不超过45%；从f（H）一H/W曲线可以看出，在H/W>5的情况下，f（H）对水深反应敏感性已很低。在本工程中，系数f（H）/f（a）<1.45/2.28=0.64，与公式（1）相比，药量至少要下降36%。本工程3个药室H/W分别为12、5.6和8.2，公式（5）在本工程中的适应性有待试验验证。
表2.3中公式（5）与公式（4）实质一样，只是增加了双向药包作用系数。从定性上讲，药量与爆破漏斗的体积成正比，当有两个临空面时更有利于爆破，如本工程1号药室，需要在不削弱上游侧爆破漏斗的情况下还分别产生下游向廊道方向的漏斗，爆破漏斗体积肯定比单向漏斗大，所需药量也需增加。故公式（5）在公式（4）的基础上增加了不小于1的系数，是合理的。但与公式（4）一样，公式（5）在本工程中的适应性有待试验验证。
表2.3中公式（6）与公式（7）均为水下岩塞洞室爆破药量计算公式。公式（6）适用性同公式（4）和公式（5）。公式（7）在公式（1）的基础上，靠提高爆破作用指数n来抵抗水压力影响，从定性上讲是合理的，其计算值可作为参考。公式（8）因为水深影响而增加单耗，从定性上讲是合理的。水利工程上许多围堰、岩坎水下钻孔爆破拆除实践也证实了这一点。
结合以上分析，在本工程中吸取表2.4中公式（5）和公式（8）的合理之处，引入双向药包作用系数Ka和水深单耗增量HC。，以公式（1）为基础得到下式来计算装药量。
作为对比，表2.4给出了不同公式计算的药室装药量。
2.3.1.2预埋集中药室爆破参数设计
标准抛掷单耗计算公式为
K=0.4+（y/2450）2（2.16）式中y—爆破介质重度，kg/m3。
药室药量计算推荐公式为
Q=eKa（K+HCa）Wif（n）（2.17）式中e——炸药换算系数；Ka——双向作用系数；K——水上标准抛掷单耗，kg/m3；H——水深，m；C.—水深影响系数；W——最小抵抗线，m；f（n）——爆破作用指数函数，推荐的f（n）=0.4+0.6n3；n——爆破作用指数。
1号药室、2号药室和3号药室的爆破作用指数分别取1.50、1.25、1.46，各药室药量计算结果见表2.5。
表2.5各药室药量计算表
利用陆地标准抛掷爆破装药量计算公式计算出1号、2号和3号药室的装药量分别为19kg、324kg和65kg，而由表2.5可知，推荐公式计算的相应装药量分别为50kg、690kg和160kg，这与试验成果关于“水下爆破要达到与陆地爆破相同的爆破效果，药量应增加2~4倍”的结论相符。在此，以陆地标准抛掷爆破装药量为基准，本工程水下洞室爆破装药量取低值（2～4）。
根据药室布置特点，药室内全部采用装药车装混装炸药。1号药室水平装药孔堵塞长2.2m；2号药室垂直装药孔堵塞长5.5m；3号药室水平装药孔堵塞长3.4m。
1.3排水孔装药设计（含补孔）6~15号堰块在装药廊道底板以下距廊道上下游壁面0.5m各布置有一排排水孔。利
用现有排水孔目的主要是：借助排水孔装药，上、下游侧排水孔在起爆时机上先、后于2号药室起爆，促进2号药室和3号药室爆破漏斗的形成，增加上部堰体倾倒可靠性。
根据实际需要，利用其中的108个上游排水孔，77个下游排水孔进行装药。对排水孔间距过大的情况，进行适当补孔，以保证相邻2号药室间最少有1个装药孔。
排水孔（含补孔）装药段装混装乳化炸药。
1.4切割孔爆破参数设计
根据模型试验成果，需将6~15号堰块分割成单个堰块依次倾倒，以减小整体倾倒带来的触地震动。
在6~14号堰块间每个横缝面布置1列切割孔，孔径为91mm，孔距为0.85~0.9m。
切割孔孔底距断裂孔正常装药段的距离为1m。
切割孔正常装药段的线装药密度q线=1.0kg/m，孔底部加强为q级=4.2kg/m；根据孔深不同，加强段长1.6~3.2m；堵塞长度为1.5~2.0m；堵塞段以下2m局部减弱为q线=0.5kg/m。
1.5断裂孔爆破参数设计
设RCC围堰抗拉强度为2MPa，如按预裂爆破中可能出现的平行于断裂孔的条带不断裂计算，支铰点下游断裂面成缝面积至少要达到84.9%以上，才能保证倾倒力矩大于约束力矩。为此，需加强断裂孔装药量，确保倾倒部分与保留堰体彻底分离。断裂孔线装药密度按常规预裂爆破线装药密度的4倍来进行装药。经计算断裂孔线装药密度为
1.5kg/m。
断裂孔底部3m加强装药，线装药密度为6.0kg/m，保证该部位的混凝土充分炸碎，以形成倾倒支点。同时为防止相邻段发生殉爆，同段最右侧孔孔底部线装药密度调整为
2.0kg/m。
3.2总体网路设计与研究
2.1雷管选择
由于钻孔、分段数目较多，如采用常规导爆管雷管，不能避免由雷管本身的延时误差累计而带来的重段、串段现象。同时，为保证起爆网路安全可靠，所有炮孔和药室均采用数码雷管作为起爆雷管。
数码雷管延时在0~15000ms范围内可按要求设置。
2.2网路组成
整个爆区爆破网路由3个子网路组成：①左连接段深孔爆破网路；②6~15号堰块倾倒爆破网路；③5~6号深孔爆破网路。3个子网路最终汇成一个总起爆网路。
2.3起爆次序
总起爆网路中3个子网路的起爆次序为：左连接段深孔爆破网路→6~15号堰块倾倒爆破网路→5~6号堰块深孔爆破网路。其中左连接段先爆是为了给15号堰块倾倒解除侧向约束。
各子网路内部起爆次序分别为：
（1）左连接段起爆网路。为减少15号堰块处的爆渣堆积，从靠近左连接段中部的主爆孔开始起爆，一孔一段，按从中间向两边，从上游向下游的顺序起爆，其中纵堰坡面水平预裂孔在其上方主爆孔之前约100ms起爆。
横断面主要起爆次序为从上游至下游：第1~6排主爆孔→110m高程水平预裂孔→第7~11排主爆孔。
高程110m水平预裂孔按从中间向两边的顺序起爆，每段水平预裂孔在同横断面第6排和第7排炮孔起爆时间之间起爆。
纵堰内坡面水平预裂孔和堰项垂直预裂孔在同横断面第1排炮孔起爆时间之前起爆。
（2）6~15号堰块倾倒爆破网路。从15号堰块最左端的1号药室处开始起爆，从15号堰块至6号堰块以每个堰块为倾倒单元依次爆破（其中15号堰块和14号堰块为一个倾倒单元）。
各倾倒单元总体起爆次序为：1号药室→2号药室一排水孔→3号药室→下游水平断裂孔→单元间切割孔。
（3）5~6号堰块深孔爆破网路。为减少7号堰块处爆渣堆积，从5号堰块第1排右端第4个主爆孔开始起爆；一孔一段，按从左到右、从上到下的顺序起爆。
纵断面上主要起爆次序为从左至右：5号堰块主爆孔→6号堰块主爆孔→5号堰块与4号堰块间的光爆孔。
横断面主要起爆次序为从上游至下游。
垂直光爆孔在同排主爆孔响至6号堰块时起爆。
2.4爆破延时采用毫秒微差爆破网路。
左连接段孔间延时17ms，最小段间时差8ms，最大单段起爆药量约475kg。首孔起爆时间为300ms，尾孔起爆时间为2516ms。
5~6号堰块主爆孔孔间延期时差24ms，最小段间时差8ms，光爆孔与主爆孔最小段间时差为4ms。最大单段起爆药量约342kg。首孔起爆时间为9120ms（滞后6号堰块下部倾倒网路尾段17ms），尾孔起爆时间为12888ms。
倾倒部分相邻的1号药室间、相邻的2号药室间、相邻的3号药室间以及断裂孔段间时差为68ms。排水孔及补钻孔在右侧2号药室之后9ms起爆。切割孔分三段起爆，每排切割孔段间时差68ms。最大单段起爆药量690kg。从15号堰块的第一个药室起爆算起，至6号堰块的最后一个断裂孔起爆结束，总的爆破时间为6103ms。
整个爆破网路总延时12888ms、总段数959段。其中左连接段深孔爆破子网路延时2216ms、分243段；6~15号堰块倾倒爆破子网路延时6103ms、分303段；5~6号堰块深孔爆破子网路延时3768ms、分413段。
3.3“三高”混装乳化炸药研制与工业化生产研究
根据设计要求，三峡工程RCC围堰拆除用混装乳化炸药在水深50m下浸泡7天后，爆速应大于4500m/s，爆力大于320mL，猛度应大于16mm。而常规的混装车制乳化炸药不能满足本次爆破的防水性能的要求。目前，国内还没有采用混装车来制备这类炸药的先例，为达到这一要求，重庆葛洲坝易普力化工有限公司专门成立了攻关小组，并聘请中国工程院院士、著名炸药专家汪旭光教授为特别顾问。攻关小组在汪院士的具体指导下，制
定了专门方案，总结多年来混装车制乳化炸药的经验，参考了国内外有关炸药文献资料，在分析研究国内外所使用炸药的基础上，经过反复室内外试验，尤其对炸药系统抗水试验、爆速、爆力、猛度、爆破漏斗对比试验后，研制了适合于地面制备站与混装车生产工艺流程的高爆速、高威力、高抗水性能的（三高）混装乳化炸药。
3.1炸药配方理论研究
基于三峡工程三期上游RCC围堰拆除爆破对炸药性能和地面制备站与混装车生产工艺流程的特殊要求，通常于乳化炸药基质中加入一定量的烈性单质炸药或高能物质组合，以提高其爆速和威力等指标。目前，国内该类炸药基本上有如下五种组合：乳化炸药+黑索金十铝粉、乳化炸药十黑索金十甲胺硝酸盐、乳化炸药+高氯酸盐+铝粉、乳化炸药+
高浓度甲胺硝酸盐+铝粉、乳化炸药+85%浓度甲胺硝酸盐+铝粉+多孔粒状硝铵。上述组合中都包含有单质炸药或高能物质组合，但通过大量的室内外试验、分析与比较，认为：前两组中含有单质烈性炸药组分，给生产和使用安全带来不利；第四组合虽不含单质烈性炸药组分，但高浓度甲胺硝酸盐在组分中占有很大的比例，不利炸药氧平衡的调整且成本较高；第五组合中炸药组分比较合理，但该炸药的稠度较大，混装车和小型装药器联合泵送困难，且防水性能较差。因此，选择了添加部分高能物质组分的第三种组合，即：乳化炸药+高氯酸盐十铝粉。经理论计算和大量室内外对比试验，确定了用于三峡工程三期上游RCC围堰拆除爆破的高爆速、高威力、高抗水性能混装车制乳化炸药配方，炸药的氧平衡一0.331%、热容1561L/kg、爆热1052kcal/kg。
3.2性能测试
该炸药浸水前爆速为5100~5600m/s，40m水深浸泡7d后，测得炸药的爆速为4808m/s（水下测值），爆力为346mL，猛度为17.73mm，炸药临界直径为38mm，有雷管感度，但摩擦感度与撞击感度均为零；其乳化炸药的热乳胶质温度小于70℃，乳胶基质无雷管感度。
3.3工业化生产设备与工艺的改进
地面制备站新增了一套20t的水相贮存罐。混装车作了以下改进：新增泵送水环装置，更换大功率输药泵，对混合器进行密封处理，对干料螺旋输送器、乳化器等装置进行了适当的改造，采取这些措施后，消除了不安全因素，很好地满足了炸药生产的需要。在炸药试验完成并确定其配方后，进行了模拟生产性试验，发现了生产过程中难于快速成乳而导致的工艺损耗过大、铝粉飞扬造成空气粉尘超标等影响安全和人身健康等问题。针对这些问题，制定了改进措施，从生产工艺入手进行了改进，严格设定乳化时物料投放顺序，提高乳化器转速，增加剪切力，使其成乳效率和乳胶体质量得到明显改善；在料斗上增设防尘盖板、控制好铝粉加入的时机并加强个体防护，把铝粉泄漏的危害降到最低限度，充分保障了作业人员安全与健康。
3.4火工材料防水性能及选型试验
4.1火工材料选型
根据三峡工程三期上游RCC围堰爆破的要求，火工材料试验组对近百家国内外爆破器材供应商的产品性能进行了函电与查询。同时，对工程所需的炸药、雷管、起爆具、索材几项器材的选型进行了分析研究，最终选定了以下厂家的产品：
（1）成品炸药：ORICA公司生产的Powergel Magnum3151乳化炸药。
（2）雷管：ORICA公司生产的I-KonTM数码雷管。
（3）起爆具：山东银光化工公司生产的起爆弹。
（4）导爆索：云南燃二厂生产的导爆索。
4.2火工材料试验
ORICA乳化炸药浸入40m水深浸泡7d后，测得炸药的爆速为5500~5700m/s，爆力为354mL，猛度为19.8mm，有雷管感度。
ORICA数码雷管（延时设置区间为0~15s）40m水下浸泡7d延时精度偏差一84～
+3.4ms，进行的整体网路模拟试验中拒爆3发雷管，准爆率为99.69%。云南燃二化工厂的导爆索在38m水下浸泡7d，进行蝴蝶T形结和搭接两种形式试验，完全传爆，爆速为6452~7082m/s。
推荐阅读：
