（一）概述

三峡二期下游围堰水下岩石区主要集中在右岸侧，与混凝土纵向围堰紧邻，附近的主要建筑物还有大坝泄洪坝段等，岩石爆破区与邻近的主要建筑物的最小距离及其安全控制标准见表4-3。

根据以上情况，三峡二期下游围堰水下岩石爆破必须进行控制爆破。水下爆破会产生两部分有害效应，其一是爆破地震波及地震动水压力；其二是爆破在水中形成冲击波。对此，对爆破控制方案进行了周密策划，并委托武汉理工大学对控制爆破的过程进行监测。

（二）施工方法

1.爆破设备选择

水下钻爆平台选用500t驳船配6台钻机进行改装，其他设备配备主要包括：3台空压机，2台柴油发电机，1台起爆仪，1台GPS定位系统，1台测深仪以及通信、潜水及交通设备等。

这些设备配备最大不同点：①一艘钻爆船上安装6台潜孔钻，正常情况安装4台。这是针对施工面狭窄安排的；②在钻孔定位上采用国际上先进的具有RTK功能的GPS全球定位系统，保证了钻孔孔位的精度。

2.钻爆施工

由于岩石钻爆区有大量覆盖层，施工过程中只有边清挖边钻爆。2002年10月之前必须钻爆的区域和2002年11月～2003年4月之间需要钻爆的区域各分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，由堰内向堰外顺序进行，直至完成全部水下钻孔爆破任务。

表4-3　爆区至主要建筑物的距离

在清除完基岩面上的回填料及覆盖层后，进行水下岩石钻孔爆破。岩石孔爆破采用一次性钻爆至设计高程。钻爆时由下游侧向上游侧沿混凝土纵向围堰方向推进，避免爆破振动对附近水工建筑物的危害。

钻孔时，利用具用RTK功能的GPS定位系统进行测量定位，指挥钻机船锚泊定位，做到钻孔定位准确，防止漏钻和叠钻。根据当天当时的水位计算该点的钻孔深度。钻孔深度=水位-设计水深（53m）+1.5m（超深值）。施工要求一定要钻到该深度以避免二次爆破。

炮孔钻好后，将事先加工好的炸药条装进炮孔内，装药一定要装到孔底，并用砂子堵塞炮孔。

第一排装药完成后，移船、定位，进行第二排孔的钻孔施工，然后由炮工进行爆破操作。

（三）爆破设计

由于采取控制爆破，爆破设计至关重要。从爆破器材的选用到爆破安全控制，都要进行周密计划。

1.爆破器材的选用

（1）炸药。选用乳化炸药。它是一种安全抗水性良好的炸药。在水中浸泡9天后，炸药的猛度和爆速衰减小于6%。

（2）传爆和起爆雷管。选用防水非电毫秒延期导爆雷管。此种雷管具有抗水、抗压性好、安全、方便、操作简单等特点。

（3）击发雷管。选用防水型金属壳8号引爆电雷管。

2.爆破参数

（1）抵抗线W。抵抗线是岩石爆破的重要参数之一。综合考虑，抵抗线W取3.0m。①W=db/33（ρbs/Cτfm）1/2（U.兰格福斯公式）；②W=53Kd（ρ/γ）1/2；（达维道夫公式）③W=0.9（p/qm）1/2（巴隆公式）。

（2）孔距a和排距b。

1）孔距。a=（1.0～1.5）W=1.0×3.0=3.0m。

多排炮孔布置采用矩形方式，前后排微差起爆。

2）排距。b=a/1.2=3/1.2=2.5m。由于爆破区部位的特殊性，实际操作中，b取1.5～3m不等。

（3）单孔装药量。Q=q1abH=2.0×3×2.5×6=90kg。

其中，q1=2.0kg/m3；a=3.0m；b=2.5m；孔深H=6.0m。实际每孔装药量根据试爆及条件局限，为24～96kg不等。

（4）装药。为使爆破后的岩石块径小，又兼顾附近大坝建筑物的安全，采用多装药并控制单段起爆药量的方式。具体装药方法比较见表4-4。(www.daowen.com)

根据孔内间隔装药的情况，孔内分两段起爆时，采用反向起爆；孔内分三段起爆时，先中部起爆，依次是底部和上部。这种起爆方式有利于岩石破碎，但在我国较少使用，只有对爆破振动要求特严的部位才使用。

表4-4　采取正常/控制爆破方式的装药表

（5）堵塞方式。炮孔内没有装药部分，由于水和覆盖层回淤是天然的堵塞材料，所以不必另加堵塞。

（6）起爆方式。采用特制防水型导爆管起爆网络用“并串并”方式，即孔外相邻各排电管用并联，同一排炮孔用串联，孔内非电管用并联，用电管引爆非电管，非电管引爆孔内炸药。同时采用孔内微差起爆，据起爆点与附近建筑物间的距离，计算出最大单段药量的极限值，同孔内的药包用不同段别的导爆管雷管起爆。如最大单段药量小于40kg。在岩层较薄的地方钻加密孔，排距由3.0m减小至1.5～2.0m，通过减小单孔装药量，控制最大段别起爆药量。减小起爆面积，增加起爆次数。

（7）爆破安全控制。爆破地震波、水冲击波和飞散物应满足安全距离的要求。

爆破地震波安全距离公式

式中：R为安全距离，m；Q为炸药量，kg，齐发爆破为总药量，微差爆破取最大段别药量；V为地震安全速度，纵向混凝土围堰取8.0，m/s；m为药量指数，一般取1/3；K为与爆破地形、地质条件等有关的系数和衰减指数，通常K=200，a=1.6。

水中冲击波对人员、船舶的安全距离公式据P=156（Q1/3/RH）1.13得出

式中：P为水中冲击波压力，kg/cm2；Q为爆破药量，kg；RH为测点到爆破中心距离。

根据每次起爆炸药量的不同，可以计算出水下岩石爆破地震波及水冲击波的安全距离。

（四）控制爆破监测

1.爆破震动监测

水下爆破震动监测采用TOPBOX508S震动自记仪进行监测，由于爆破部位主要集中在右岸侧，靠近纵向围堰区域。为确保安全起见，根据《三峡水利枢纽二期下游围堰拆除爆破安全监测大纲》要求，对纵向围堰、泄洪坝段等建筑物进行爆破质点震动速度安全监测。

2.声波监测

声波测试是弹性波法检测开挖爆破对岩体破坏影响程度的主要方法的一种，其理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论上，该方法是以人工激振的方法向介质发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理特性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，来研究介质的性态。理论研究表明声波波速和介质性态有如下关系：

式中：VP为纵波波速；E为介质的弹性模量；μ为介质的泊松系数；ρ为介质密度。

（五）效果

由于三峡二期下游围堰水下岩石爆破区近邻大坝建筑物，爆破地震波的影响至关重要，对此，在进行爆破时，专门对水下岩石爆破震动过程进行了安全监测，并在爆破前后采用声波测试方法检测了爆破对大坝基础的影响，通过现场检测分析，得出以下结论：

（1）水下爆破过程中各个测点的爆破质点振动速度均小于控制标准，根据实测各测点的爆破质点振动速度得出爆破地震波衰减规律。

1）不考虑高程效应。经进行回归得出如下爆破地震波衰减规律公式。

垂直方向：v=118.76（Q1/3/R）1.42，相关系数r=0.878＞r0.01（20）=0.537，线性相关显著；

水平方向：v=131.17（Q1/3/R）1.46，相关系数r=0.892＞r0.01（10）=0.708，线性相关显著。

2）考虑高程效应。经进行回归得出如下爆破地震波衰减规律公式。

垂直方向：v=51.02（Q1/3/D）1.36（Q1/3/H）-0.38，F=44.51＞F0.01（2，38）=5.20，线性关系显著；

水平方向：v=87.63（Q1/3/D）1.39（Q1/3/H）-0.06，F=55.61＞F0.05（2，24）=3.40，线性关系显著。

（2）声波检测结果依据《三峡水利枢二期下游围堰拆除爆破安全监测大纲》对泄洪20号坝段3组观测孔（1组30m孔、2组10m孔）进行了爆破前后的声波测试，从测试结果分析可知，3组测试孔爆破前后的声波速度无明显变化，其相对波速误差均小于2.5%，参照SL17—94《水利建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》标准规定，依据声波发射及接收仪器的测量误差及一般岩体破坏规律，同部位岩体的爆破后波速与爆破前波速的变化率η＞10%时判断为爆破破坏或基础岩体质量差。测试结果表明：三峡水利枢纽二期下游围堰水下岩石爆破对大坝基岩、帷幕灌浆区及固结灌浆区没有影响。