澤城西安水電站（二期）泄洪洞開挖施工分析

石 海

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

澤城西安水電站（二期）工程是“十一五”期間山西省建設(shè)的35項(xiàng)應(yīng)急水源工程之一，工程位于晉中市左權(quán)縣境內(nèi)的清漳河干流上，是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用，并為下游梯級(jí)水電站調(diào)節(jié)發(fā)電用水的水電樞紐工程。主要建筑物由大壩、溢洪道、泄洪洞、引水發(fā)電洞、水電站組成。

泄洪洞布置于擋水壩右岸，壩軸線上游約380 m處，隧洞走向?yàn)镹69°W，斷面為圓形，洞內(nèi)徑8.0 m，進(jìn)口底高程806.0 m，洞長(zhǎng)593.0 m，出口高程803.3 m。出露地層為常州溝組第三至第七巖組石英砂巖、石英巖狀砂巖、含鐵質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖，為Ⅲ、Ⅳ類圍巖，單斜巖層，厚度20.0～110.0 m，巖層產(chǎn)狀N10°～20°E/SE∠3°～5°，地下水位高程約809.0 m。局部洞段發(fā)育斷層，巖石較破碎，圍巖地質(zhì)分類為Ⅳ～Ⅴ類，不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定。

2 石方洞挖爆破參數(shù)選定

擬確定的爆破參數(shù)有掏槽方式、炮眼位置、裝藥量、堵塞方法、起爆方法等。

2.1 單位巖體炸藥消耗量

單位巖體炸藥消耗量q，取決于巖石性質(zhì)，隧洞斷面、炮孔深度及掏槽方式等各種因素。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隧洞斷面在4～100 m2時(shí)，按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

式中：s——洞身開挖斷面面積，60 m2；

a——修正系數(shù)取0.6～0.8，炮孔偏差取值，本次取0.8。

2.2 單孔裝藥量

單孔裝藥量qd根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：qd——每個(gè)炮孔的裝藥用量，kg；

d——藥卷直徑，取0.035 m；

Δ——藥卷裝藥密度，本工程使用巖石乳化炸藥，Δ為1.0×103kg/m3；

L——炮孔平均深度，本工程取3 m；

a——充填系數(shù)，取0.6。

2.3 工作面總鉆孔數(shù)

工作面總鉆孔數(shù)N，用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：N——工作面總鉆孔數(shù)；

q——單位耗藥量，kg/m3；

V——爆破巖體的體積，m3；

qd——單孔裝藥量，kg。

2.4 一次開挖循環(huán)炸藥量

一次開挖循環(huán)炸藥量，用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：Q——次開挖循環(huán)炸藥用量

2.5 每個(gè)掏槽孔炸藥量

掏槽孔炸藥量qcut按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：qcut——掏槽孔的炸藥用量

2.6 周邊孔平均炸藥量

周邊孔平均炸藥用量，按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：qp——周邊孔的平均炸藥量，kg；

E——周邊孔間距，m；取E＝0.4～0.5 m；

W——周邊孔的最小抵抗線，m；取W＝0.7 m

Lp——周邊孔的孔深，m；取Lp＝3 m；

q——單位耗藥量，kg/m3。

2.7 輔助孔（崩落孔）平均炸藥量

輔助孔（崩落孔）平均炸藥量qn，按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：qn——輔助孔的平均炸藥量，kg；

Ncut——掏槽孔數(shù)（不含空孔）；

Np——周邊孔孔數(shù)。

輔助孔的間距取80～100 cm。布孔時(shí)，如果孔內(nèi)放不下所需藥量，可適當(dāng)增加輔助孔數(shù)。

2.8 掏槽方式

根據(jù)隧洞工程地質(zhì)條件和開挖斷面，石方洞挖時(shí)采用楔形掏槽的方式。石方洞挖的爆破參數(shù)詳見表1。

表1 石方洞挖爆破參數(shù)明細(xì)表

3 施工方法

3.1 測(cè)量放樣

洞內(nèi)測(cè)量按施工測(cè)量規(guī)范進(jìn)行，根據(jù)施工的需要，在洞內(nèi)底板部位適當(dāng)位置，布置相對(duì)固定的軸線中心控制樁點(diǎn)，直到控制點(diǎn)能控制整條隧洞的開挖為止。

3.2 鉆孔孔位布置

洞身開挖炮孔位置，按照爆破參數(shù)進(jìn)行布置。詳見圖1。

3.3 鉆孔

石方洞挖使用帶氣腿的YT-28型手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，由于本工程斷面較大，在鉆孔時(shí)要搭設(shè)1個(gè)施工平臺(tái)，隨后將手風(fēng)鉆支在工作平臺(tái)上進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)分上中下三部分同時(shí)進(jìn)行施工。在鉆孔過程中要隨時(shí)檢查鉆孔角度，若有偏差要及時(shí)調(diào)整，使孔位偏差控制在允許范圍內(nèi)，以提高鉆孔質(zhì)量。

圖1 石方洞挖炮孔布置圖（單位：cm）

3.4 清孔、裝藥、封堵

鉆孔完成后，每1個(gè)炮孔要吹孔。按照各孔的裝藥量，借助平臺(tái)車采用人工裝藥，在對(duì)掏槽孔和輔助孔（崩落孔）裝藥時(shí)，先將1個(gè)藥卷放進(jìn)炮孔口，接著依次裝入2～3個(gè)藥卷，然后用木制炮棍輕輕將藥卷推至炮孔深處。周邊孔采取間隔不偶合方式裝藥，每1個(gè)藥卷之間留有一定的距離，在孔口只裝0.5個(gè)藥卷。裝藥后進(jìn)行封堵，孔口封堵要密實(shí)。

3.5 聯(lián)網(wǎng)起爆

起爆順序?yàn)椋禾筒劭紫绕鸨缓蟊戚o助孔，最后周邊孔。

為提高爆破質(zhì)量，從內(nèi)到外分5段起爆。起爆方法：周邊孔采用導(dǎo)爆索引爆，掏槽孔、輔助孔均采用導(dǎo)爆管起爆，總網(wǎng)絡(luò)采用電雷管引爆。詳見圖2。

圖2 洞身石方開挖起爆網(wǎng)絡(luò)圖

3.6 通風(fēng)排煙

起爆完成后，施工人員要對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)，凈化洞內(nèi)空氣。以縮短散煙及作業(yè)循環(huán)時(shí)間，提高施工進(jìn)度，確保洞內(nèi)施工人員的身體健康。

3.7 出渣

出渣采用無軌裝渣、無軌運(yùn)渣的方式進(jìn)行，在工作面用ZL 50型裝載機(jī)裝渣，15 t自卸汽車運(yùn)渣至棄渣場(chǎng)內(nèi)。

3.8 開挖循環(huán)時(shí)間

按照泄洪洞地質(zhì)條件和洞身開挖爆破參數(shù)，明確洞身開挖時(shí)的施工準(zhǔn)備、鉆孔、裝藥爆破、通風(fēng)散煙及排水用時(shí)，并按照出渣機(jī)械確定出渣時(shí)間。

開挖循環(huán)進(jìn)尺為3.0 m，工作面鉆孔深度為3.3 m，工作面鉆孔數(shù)量為110個(gè)，鉆孔總深度為363 m，每個(gè)循環(huán)共需16 h完成，循環(huán)進(jìn)尺為3.0 m，考慮到其他因素的影響，每天1.5個(gè)工作循環(huán)，則每天每個(gè)作業(yè)面開挖進(jìn)尺為4.5 m。

3.9 安全保證措施

一是嚴(yán)格按照國家爆破安全規(guī)程實(shí)施爆破作業(yè)；二是落實(shí)安全檢查制度，明確專職安全檢查人員；三是爆破作業(yè)人員，應(yīng)按國家和行業(yè)有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行考試和現(xiàn)場(chǎng)操作考核，合格者持證上崗，同時(shí)加強(qiáng)爆破材料監(jiān)管；四是爆破作業(yè)區(qū)，要采取必要的安全裝置或安全措施，防止洞內(nèi)電器設(shè)備放電和閘柵電流的影響；五是在主要地段設(shè)置防護(hù)欄或防護(hù)墻及警戒線，以防飛石影響其它部位施工和他人安全。

3.10 資源配置

根據(jù)施工進(jìn)度安排和作業(yè)面的布置，石方洞挖所配置的主要機(jī)械設(shè)備及人員詳見表2。

表2 石方洞挖主要機(jī)械設(shè)備及人員配置表

4 結(jié)語

隧洞開挖選擇正確的施工程序和合理的施工方法是非常重要的，澤城西安水電站（二期）工程泄洪洞開挖施工過程中，采用上述爆破參數(shù)進(jìn)行鉆爆施工，通過合理的布控裝藥，采用淺孔爆破，使用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，分段逐孔微差起爆爆破技術(shù)，并嚴(yán)格控制炸藥的單孔使用量，有效的減少了對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證了圍巖的穩(wěn)定性，既保證了泄洪洞開挖質(zhì)量和施工安全，又保證了施工工期。