水利水電項目隧洞鉆孔爆破技術(shù)探討

朱國慶

中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410004

隧洞鉆孔爆破技術(shù)在現(xiàn)階段的水利水電工程中較為常見，此種技術(shù)方式水平的高低，不僅會影響到工程的施工質(zhì)量與施工進度，更會嚴重威脅水利水電工程的施工安全。因此，對該技術(shù)進行深入的探討與研究便具有極大的現(xiàn)實意義。

1 炮孔種類與分布

在進行隧洞鉆孔爆破階段，會涉及平洞開挖斷面位置處的炮孔作用。從其分類角度分析，炮孔依照應用標準，可劃分成掏槽孔、崩落孔以及周邊孔等三種。其中，掏槽孔的作用即是通過在開挖斷面中部所設(shè)定的炮孔，來增加臨空面，以此來促使爆破效果得以提升。同時，掏槽孔依照所設(shè)定的形狀，也可將其劃分成不同方向的掏槽孔，如垂直掏槽、斜孔掏槽等。另外，崩落孔的作用，即是對巖體進行爆落，以此為周邊孔的爆破作業(yè)，提供出有利的條件。因此，需要在進行炮孔設(shè)定時，將崩落孔均勻分布于掏槽孔的外圍。在孔洞的設(shè)置角度上分析，炮孔應與作業(yè)面呈垂直狀態(tài)，且所設(shè)定的炮孔深度也應具有一致性，以此為作業(yè)面的平整度提供技術(shù)保障。此外，周邊孔的作用，則是對開挖輪廓等進行有效的控制。通常情況下，周邊孔的設(shè)置應處于開挖面的周邊范圍之內(nèi)。

在對炮孔進行分類闡述后，便要對其布置情況進行嚴格的位置設(shè)定與分區(qū)，以此確保布孔的準確性。對此，應在開挖前對爆破孔洞進行分區(qū)，確保掏槽孔、崩落孔以及周邊孔所設(shè)定的區(qū)域范圍符合爆破需要。隨后，再對炮孔的位置進行準確設(shè)定（炮孔的常用布置方式如下圖1所示），并由此設(shè)定出鉆爆開挖所應用到的具體參數(shù)。而在對炮孔進行布置的過程中，應格外注意以下幾方面內(nèi)容：①應為鉆孔的便利性來進行相應炮孔的設(shè)定，并盡量減少機械設(shè)備作業(yè)與移動的頻率及次數(shù)。②在進行炮孔設(shè)定時，應確保其方向與巖層及裂隙面進行垂直，以此防止在爆破過程中出現(xiàn)卡鉆或漏氣等現(xiàn)象，進而導致爆破效果降低。③在進行周邊孔的設(shè)置過程中，應確保孔位在與設(shè)計輪廓線貼近的同時，進一步考慮到鉆機作業(yè)空間的設(shè)定。通常情況下，周邊孔應與輪廓線之間留存10～20cm的空間，且應稍傾斜于周邊。④為有效提升爆破效率，可對掏槽孔進行加深處理。即掏槽孔深度＞崩落孔深度10%～15%。⑤不僅要在作業(yè)面進行炮孔的布置，更要在斷面拐角位置進行炮孔的設(shè)定，以此便于對開挖輪廓線進行控制[1]。

圖1 隧洞炮燈布置方式

2 炮孔數(shù)量與裝藥量

通常情況下，掘進作業(yè)面上所設(shè)定的炮孔數(shù)量及裝藥量等，所受到的影響因素眾多。其不僅涉及爆破用炸藥的性能、炮孔設(shè)定的范圍及深度、巖體面層的成分屬性等，更涵蓋爆破過程中的自由面狀況、作業(yè)面規(guī)格以及填藥的技術(shù)等內(nèi)容。并且，在爆破后所形成的巖渣塊度，也是極為重要的影響因素之一。在進行實際操作中，通常會應用到類比法及經(jīng)驗公式法對炮孔數(shù)量及裝藥量等數(shù)值進行計算?；蛞勒諉挝缓乃幜颗c所需掘進的深度等要素，來對實際炮孔的數(shù)量與間距等，進行初步的估算。隨后，通過實際工程中所做出的現(xiàn)場試驗結(jié)果，再對炮孔數(shù)量、孔洞種類以及炮孔間距等，做出科學與合理的設(shè)定。

當實施初步計算環(huán)節(jié)時，可通過裝藥量平衡原理，來對所需設(shè)置的炮孔數(shù)量進行計算（單次爆破用藥量 ≈ 單次爆破所設(shè)定炮孔的全部用量）。對于所應用到的裝藥量平衡原則，其中的耗藥量是爆破設(shè)計環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵性參數(shù)之一，而各類爆破所需的裝藥量，也與單位耗藥量有更為直接的聯(lián)系。由此可知，對單位耗藥量做出科學化的設(shè)定，也是對作業(yè)面進尺裝藥量做出核算的關(guān)鍵所在。

單排炮進尺總裝藥量對應公式為：

在此公式中，單排炮進尺總裝藥量以Q表示，其單位為kg；單位耗藥量以q表示，單位kg/m3；單位進尺爆破下巖石的體積以V表示，單位m3；實際鉆孔深度以L表示，單位m；開挖斷面面積以S表示，單位m2；炮孔利用率則以μ表示。通過該公式可以明確計算出各個炮孔的裝藥量。并且，炮孔的深度，也需要考慮到多方面的因素。其不僅涉及開挖斷面的規(guī)格與掏槽方式，更包含鉆機設(shè)備所應用到的型號與掘進作業(yè)時間等因素。其中，若需提升掘進速度，一方面可通過進一步加深炮孔深度，另一方面也可通過對整體工序時間的縮減來促進掘進速度的提升[2]。

3 隧洞鉆孔爆破循環(huán)作業(yè)

在水利水電工程施工中，當遇到地下建筑物時便可通過鉆孔爆破技術(shù)確保工程施工的持續(xù)性。此種鉆孔爆破方式所涉及的工序較多，如施工作業(yè)前的準備工作、孔洞分布設(shè)定以及通風、安檢和各類管線與運輸線路等的設(shè)定等。而為確保施工的連續(xù)性所采用的鉆孔爆破循環(huán)作業(yè)，掘進一次的工序組合稱為循環(huán)作業(yè)。若將每24h的循環(huán)次數(shù)以整數(shù)次設(shè)定，則通常會選用2倍次的時間來進行循環(huán)作業(yè)次數(shù)的設(shè)定，如4h、8h、12h等。其中，若圍巖具備較強的穩(wěn)定性，所應用到的機械設(shè)備等較多，且配備專業(yè)自卸出渣車進行循環(huán)作業(yè)，并盡量選取深孔少循環(huán)模式，以此來減少在輔助工作中所消耗的工時。而當圍巖的穩(wěn)定性相對較弱，鉆孔機械設(shè)備選定為風鉆，且僅利用人工裝卸的方式進行斗車的出渣，則應在循環(huán)作業(yè)方式的選取上，挑選淺孔多循環(huán)模式來確保圍巖的穩(wěn)定性。除此之外，循環(huán)進尺也是循環(huán)作業(yè)設(shè)定規(guī)劃中的重中之重。在對循環(huán)進尺做出確定的過程中，一般會依照圍巖所具備的基礎(chǔ)條件以及鉆孔、出渣等設(shè)備或運輸車輛的實際情況，來對掘進深度做出相應的判斷與選取。由此也便于裝藥、爆破、出渣以及支護等作業(yè)工序的有序展開。

3.1 鉆爆作業(yè)

對于平洞掘進作業(yè)而言，鉆孔爆破技術(shù)形式是其關(guān)鍵性的應用工序。并且，該項技術(shù)在實施中的施工質(zhì)量，也將很大程度上對平洞的開挖規(guī)格與安全質(zhì)量等產(chǎn)生直接的影響。對此，既要確保通過此項技術(shù)的應用而為鉆爆設(shè)計提供質(zhì)量保障，又要明確計算出作業(yè)所消耗時間在循環(huán)作業(yè)時間中的占比。通常情況下，在鉆孔前需對作業(yè)面進行細致的清理，并對布孔、布線以及所應用到的機械設(shè)備等做出應用前的檢查。直至鉆孔作業(yè)結(jié)束，再對機械設(shè)備和孔洞進行殘渣與粉塵的清理，并由此依照爆破設(shè)計實施裝藥及引線等操作。待檢查結(jié)束并確保人員與設(shè)備等妥善撤離后，再進行起爆工作。

3.2 出渣運輸

在平洞開挖環(huán)節(jié)中，消耗時間最久、涉及人工最大的工序為出渣與運輸工序。通常的出渣運輸工序會達到循環(huán)作業(yè)時長約1/2的占比。這也使其與鉆孔作業(yè)并稱為掘進速度的兩大耗時工序?；诖朔N情況，便要在進行出渣運輸環(huán)節(jié)中做到以下方面：①對所應用到的裝卸與運輸車輛進行明確的設(shè)定，如規(guī)格、數(shù)量以及損耗程度等。②對棄渣場地進行明確的設(shè)定，并由此制定出自施工現(xiàn)場至棄渣場地的運輸路線圖。③為確保施工作業(yè)的質(zhì)量與安全，在明確施工組織措施的基礎(chǔ)上，更要由此制定出確保施工安全運行的應急措施與應急預案。

3.3 臨時支護

在對洞室實施開挖作業(yè)后，所涉及的圍巖等也將處于全新的應力模式，這就導致所涉及的圍巖穩(wěn)定性出現(xiàn)變化。若圍巖穩(wěn)定性偏弱，則洞室在很大程度上會出現(xiàn)巖體松動或坍塌等情況的發(fā)生，進而導致安全事故的生成。因此，在此環(huán)節(jié)中，應依照多種因素（斷面、地層、方式），來進行洞室的臨時性支護。而由于所起到的支護效果與程度不同，進行臨時支護的方式也可做出多樣式的選擇，如架構(gòu)式支護和錨噴支護等。其中，噴射混凝土結(jié)合錨桿支護能夠?qū)崿F(xiàn)臨時性與長久性支護，這也是較為常見也是施工中優(yōu)先選取的一種支護技術(shù)措施。

4 結(jié)束語

總之，水利水電工程隨城市化進程的不斷推進而持續(xù)增多，這也在很大程度上促使隧洞鉆孔爆破方式得到了更為廣泛且深入的應用。而由于此項施工技術(shù)所具有的技術(shù)程度較高，使得其在施工時需要做好精細的前期安排、中期保護以及后期檢查，這也是有效提升隧洞鉆孔爆破技術(shù)施工質(zhì)量與施工安全的重要舉措。唯有如此，才能促使水利水電工程的質(zhì)量標準得到進一步的提升，也才能為我國經(jīng)濟的發(fā)展與騰飛做出技術(shù)上的支持與貢獻。