某水庫(kù)泄洪洞工程光面爆破施工技術(shù)

焦成院

（莊浪縣水務(wù)局， 甘肅 平?jīng)?744600）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

梁河水庫(kù)位于莊浪縣北洛河支流南河上，工程主要由擋水壩、泄洪建筑物、輸水管及上壩管理道路組成。從左向右依次為上壩管理道路、均質(zhì)土壩、豎井式溢洪及泄洪兼導(dǎo)流洞，輸水管設(shè)于泄洪洞底板以下。豎井式溢洪及泄洪兼導(dǎo)流洞共用同一泄洪隧洞，泄洪洞為城門形無(wú)壓隧洞，位于大壩右岸，隧洞長(zhǎng)346m，凈斷面尺寸為洞寬3.6m，洞高 4.6m，縱坡為 1/11.5。掘進(jìn)開(kāi)挖斷面：寬4.64m，直墻高3.35m，拱高2.35m，平均開(kāi)挖斷面面積24.21m2。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)工程地質(zhì)勘探及剖面測(cè)繪圖，線路通過(guò)的主要地層巖性為洞身巖性為白堊系上統(tǒng)砂巖、砂礫巖夾泥質(zhì)砂巖，總體分為三段：

漸變段及隧洞進(jìn)口加強(qiáng)段：樁號(hào)0+068.0～0+108.6m，長(zhǎng)40.6m，洞頂以上基巖厚 13～44m。洞室?guī)r性為白堊系上統(tǒng)砂巖、砂礫巖夾泥質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀 NW290～295°NE∠10～15°，巖體強(qiáng)度較低，屬較軟巖。毛洞開(kāi)挖后成洞條件差，圍巖難于自穩(wěn)，極易坍塌變形，圍巖極不穩(wěn)定，圍巖類別屬Ⅴ類。

洞身段：樁號(hào)0+108.6～0+350.0m，長(zhǎng)241.4 m，洞身巖性為白堊系上統(tǒng)砂巖、砂礫巖夾泥質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀 NW290～295°NE∠10～15°，與洞線夾角 81～86°，傾向洞進(jìn)口，巖體強(qiáng)度較低，屬較軟巖，洞頂以上基巖厚 12～45m。毛洞自穩(wěn)時(shí)間很短，易塌落、掉塊，洞室圍巖不穩(wěn)定，屬Ⅳ類圍巖[1-3]。

隧洞出口加強(qiáng)段：樁號(hào)0+350.0～0+414.3m，長(zhǎng)64.3 m，洞頂以上基巖厚 10～12m。洞室?guī)r性為白堊系上統(tǒng)砂巖、砂礫巖夾泥質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀 NW290～295°NE∠10～15°，傾向洞進(jìn)口，巖體強(qiáng)度較低，屬較軟巖。毛洞開(kāi)挖后成洞條件差，圍巖難于自穩(wěn)，極易坍塌變形，圍巖極不穩(wěn)定，圍巖類別屬Ⅴ類。

2 隧洞開(kāi)挖方法

根據(jù)本工程特點(diǎn)，隧洞施工嚴(yán)格按“新奧法”組織實(shí)施，主要采用手持式風(fēng)鉆與氣腿式風(fēng)鉆相結(jié) 合進(jìn)行鉆孔。全斷面開(kāi)挖。光面爆破法施工，普通毫秒導(dǎo)爆管起爆，非電毫秒導(dǎo)爆管起爆器引爆．開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5m～2.0m以內(nèi)，14KW軸流式通風(fēng)機(jī)通風(fēng)。裝載機(jī)裝石渣，10t 出渣自卸汽車運(yùn)輸[4-5]。

2.1 設(shè)計(jì)方案選擇

掏槽形式的選擇：根據(jù)每一循環(huán)的進(jìn)尺要求，采用直掏槽形式（即桶形掏槽）

爆破器材的選擇：由于本工程無(wú)大量裂隙水滲透及其他潮濕有水現(xiàn)象，所以選用2#巖石乳化炸藥，雷管選用普通毫秒導(dǎo)爆雷管。

起爆網(wǎng)路選擇：選擇串并聯(lián)起爆網(wǎng)路。

裝藥結(jié)構(gòu)：掏槽孔和輔助孔采用連續(xù)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，周邊孔及底孔采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，并采用人工裝藥法。

施工方法：采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，機(jī)械挖裝出渣。

鉆鑿設(shè)備選擇：選擇氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，型號(hào)為YT28，氣腿型號(hào)為FT160BC/BD。

施工流程：按照施工現(xiàn)場(chǎng)條件作出施工方案——進(jìn)行爆破方案設(shè)計(jì)——申請(qǐng)報(bào)批——施工準(zhǔn)備——現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量放線——布孔——成孔檢查——裝藥——堵塞——防護(hù)——警戒——敷設(shè)網(wǎng)路——起爆——檢查——解除警戒——效果分析。

2.2 爆破參數(shù)的選擇與計(jì)算：

先用相似工程類比法初選爆破參數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)來(lái)調(diào)整有關(guān)爆破參數(shù)。

炮孔直徑的確定：炮孔直徑的大小直接影響鉆孔速度、工作面炮孔數(shù)量、單位炸藥消耗量、爆落巖石塊大小以及隧洞輪廓的平整度，炮孔直徑增大，意味著藥卷直徑增加，有利于爆破穩(wěn)定性的提高，爆速增大，但炮孔直徑過(guò)大，不僅降低鉆速，而且因炮孔數(shù)量減少而影響藥量均勻分布，使巖石破碎質(zhì)量變差，因而炮孔直徑φ=38～42mm，在此取φ=40mm。

炮孔深度的確定：炮孔深度的大小，不僅影響著掘進(jìn)工序的工作量和完成各工序的時(shí)間，而且影響爆破效果和掘進(jìn)速度，它是決定掘進(jìn)循環(huán)次數(shù)的主要因素。為了實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，在提高機(jī)械化程度、改善循環(huán)技術(shù)和改進(jìn)工作組織的前提下，應(yīng)力求加大孔深并增加循環(huán)次數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)，選孔深為1.8m，炮孔利用率達(dá)到80%，每一循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到1.5m以上。

單位巖體炸藥消耗量計(jì)算：?jiǎn)挝粠r體炸藥消耗量的大小取決于炸藥性能、巖石性質(zhì)、隧洞斷面、炮孔直徑及炮孔深度等因素。本工程隧洞開(kāi)挖斷面面積在20～35m2，可根據(jù)修正的普氏公式計(jì)算：

式中q—巖石單位耗藥量（kg/m3）；

k—考慮炸藥爆力的校正系數(shù)，k=525/p，p為爆力，經(jīng)查p取260ml；

f—普氏巖石堅(jiān)固系數(shù)，f=6；

s—隧洞斷面面積（m2）；開(kāi)挖斷面平均按s=24.21 m2，可得：

（4）開(kāi)挖斷面的鉆孔數(shù)量：炮孔數(shù)量與掘進(jìn)斷面、巖石性質(zhì)、炮孔直徑、炮孔深度及炸藥性能等因素有關(guān)，確定炮孔數(shù)量的基本原則是在保證爆破效果的前提下，盡可能的減少炮孔數(shù)量?？砂聪率接?jì)算:

式中：N—開(kāi)挖斷面的鉆孔數(shù)量；

f—普氏巖石堅(jiān)固系數(shù)，f=6

S—隧洞斷面面積（m2）；開(kāi)挖斷面平均按s=24.21 m2，可得：

（5）掏槽孔：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=L1+h，h為掏槽眼超鉆深度h=(10～30)cm，在此取h=0.2m，故掏槽眼炮孔深度L=1.8m。

③炮孔間距a的確定：根據(jù)a=(0.1～0.4)m，在此取a=0.4m。

④單孔裝藥量Q1的計(jì)算：

Q1=αLG/H 式中

Q1——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數(shù)，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.65；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長(zhǎng)度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.65×1.8×0.15/0.2=0.877kg。

（6）輔助孔的參數(shù)計(jì)算：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=1.9m。

③炮孔間距a的確定：根據(jù)a=(0.4～0.8)m，在此取a=0.4m。

④炮孔排距b的確定：根據(jù)a=(0.7～0.9)m，在此取a=0.7m。

⑤單孔裝藥量Q2的計(jì)算：

Q2=αLG/H 式中

Q2——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數(shù)，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.55；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長(zhǎng)度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.55×1.8×0.15/0.2=0.742kg。

（7）頂孔與側(cè)孔的參數(shù)計(jì)算：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=1.9m。

③炮孔間距a的確定：根據(jù)a=(0.4～0.8)m，在此取a=0.43m。

④邊眼與輔助眼距離w的確定：根據(jù)炮孔密度系數(shù)a/w≤0.8，所以在此取w=0.6m。

⑤單孔裝藥量Q3的計(jì)算：

Q3=αLG/H 式中

Q3——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數(shù)，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.60；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長(zhǎng)度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.60×1.8×0.15/0.2=0.742kg。

又根據(jù)Q3=（0.4～0.6）q1，所以Q3=0.4×1.12=0.45kg。

（8）底孔的參數(shù)計(jì)算：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=L1+h，(h為底板眼超鉆深度，在此取h=0.2m)，故底孔深度L=1.8+0.2=2.0m。

③邊眼與輔助眼距離w的確定：根據(jù)炮孔密度系數(shù)a/w≤0.8，所以在此取w=0.6m。

④單孔裝藥量Q4的計(jì)算：

Q4=αLG/H 式中

Q4——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數(shù)，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.60；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長(zhǎng)度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.60×1.8×0.15/0.2=0.81kg。

（9）總裝藥量Q的計(jì)算：

Q=Vq 式中

Q——總裝藥量（kg）

V——每循環(huán)總體積（m3）

Q——單位體積裝藥量（kg/m3）

Q=24.21×1.8×1.11=48.37kg

（10）裝藥結(jié)構(gòu)

Ⅳ、Ⅴ類圍巖掏槽眼及輔助眼均采用連續(xù)裝藥方式，周邊眼及地板眼采用間隔裝藥方式。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

①人員機(jī)械設(shè)備全部到位；

②現(xiàn)場(chǎng)放線測(cè)量并做好記錄，固定炮孔位置，用紅漆標(biāo)明序號(hào)做好記錄。

3.2 布孔

專業(yè)施工人員按設(shè)計(jì)的孔網(wǎng)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)布孔，確定斷面的中線與腰線，采用的布孔方法是：先布掏槽孔和空眼，再布設(shè)周邊孔，最后布設(shè)輔助孔。

3.3 鉆孔

按照設(shè)計(jì)要求的孔位、孔深進(jìn)行，本工程采用2臺(tái)YT-28氣腿式風(fēng)鉆同時(shí)鉆孔，嚴(yán)格控制孔的位置及斜度。成孔后要進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收并做好記錄。

3.4 裝藥

鉆孔完成后，經(jīng)檢查深度、斜度符合設(shè)計(jì)要求后，便開(kāi)始裝藥，本工程采用人工裝藥，嚴(yán)格控制單孔裝藥量，裝藥時(shí)，先用炮棍輕輕送入裝有雷管的藥卷，然后依次裝入其他藥卷，單孔總裝藥長(zhǎng)不大于孔深的2/3。

3.5 堵塞

每個(gè)孔裝藥完成后用炮泥封堵，堵塞材料選用黃土泥，堵塞長(zhǎng)度不小于抵抗線。

3.6 爆破

當(dāng)裝藥全部完成后，再進(jìn)行檢查每孔每段位準(zhǔn)確無(wú)誤后，將各普通毫秒導(dǎo)爆管雷管捆綁連接，設(shè)備、人員撤離到安全地點(diǎn)后點(diǎn)火起爆。

3.7 爆破檢查：

在爆破30min且炮煙排出后，由當(dāng)班熟練爆破員對(duì)爆破效果進(jìn)行檢查，及時(shí)排除啞炮并調(diào)整爆破參數(shù)。

4 經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

在規(guī)范隧洞施工方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)梁河水庫(kù)泄洪洞的Ⅳ、V 類圍巖地質(zhì)條件的特點(diǎn)，通過(guò)光面爆破技術(shù)使此類圍巖爆破參數(shù)得以優(yōu)化，減輕爆破給圍巖造成的影響，使洞室成型較規(guī)整，表面平整度高，極大地減少了的超挖量、出碴量以及混凝土回填量，增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性，逐步形成了一套適合本隧洞工程復(fù)雜地質(zhì)條件的隧洞施工方法，對(duì)類似隧洞施工具有一定的借鑒意義。