水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術(shù)

陳優(yōu)挺

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

水利水電工程項(xiàng)目屬于我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)工程項(xiàng)目之一，我國(guó)是一個(gè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的國(guó)家，復(fù)雜的地質(zhì)條件也加劇了水利水電工程項(xiàng)目的施工難度和復(fù)雜性。部分水利水電工程項(xiàng)目施工中會(huì)應(yīng)用到隧洞鉆孔爆破施工工藝。因此要求施工人員在具體的過(guò)程中需根據(jù)工程項(xiàng)目的具體情況制定科學(xué)的施工方案，在不影響水利水電工程項(xiàng)目施工質(zhì)量的條件下達(dá)到預(yù)期的爆破效果，從而為后期的工程項(xiàng)目施工提供技術(shù)支撐。

1 水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術(shù)分析

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

在水利水電工程項(xiàng)目施工中應(yīng)用隧洞鉆孔爆破施工工藝的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)孔洞的實(shí)際因素對(duì)爆破技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，舉例來(lái)說(shuō)，會(huì)在實(shí)際的工程項(xiàng)目施工中輔助應(yīng)用孔爆破施工工藝、周邊孔爆破工藝等等。不同的爆破孔產(chǎn)生的作用存在顯著差異。鑒于此，在施工中要求施工單位要根據(jù)炮孔作用繪制對(duì)應(yīng)的炮孔作用效應(yīng)組合圖，如圖1 所示。

圖1 水利水電工程施工中爆破孔效應(yīng)圖

施工單位在開(kāi)展隧洞鉆孔爆破作業(yè)的過(guò)程中，需嚴(yán)格根據(jù)施工作業(yè)圖紙以及對(duì)應(yīng)的工程施工參數(shù)進(jìn)行規(guī)范作業(yè)，嚴(yán)格控制爆破孔的數(shù)量，避免對(duì)后期的水利工程項(xiàng)目施工帶來(lái)不便。同時(shí)施工方要同步做好爆破作業(yè)區(qū)域的安全防護(hù)工作，制定對(duì)應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，最大限度減少安全事故發(fā)生概率。

1.2 技術(shù)應(yīng)用管理流程分析

在實(shí)際的水利水電工程項(xiàng)目施工隧洞鉆孔爆破技術(shù)應(yīng)用管理方面，施工方應(yīng)秉承實(shí)事求是的原則進(jìn)行科學(xué)管理，不斷強(qiáng)化爆破作業(yè)效率和質(zhì)量。在實(shí)際的操作過(guò)程中，施工方需秉承事前、事中以及事后的管理方式進(jìn)行管理。在開(kāi)展事前管理的過(guò)程中一定要充分熟悉和掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，因地制宜選擇合適的施工技術(shù)，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化。在事前管理環(huán)節(jié)，一定要從水利工程項(xiàng)目施工質(zhì)量、施工安全性以及施工成本費(fèi)用等方面入手展開(kāi)分析，提前做好如施工物料、施工機(jī)械設(shè)備、人員等準(zhǔn)備工作[1]。在開(kāi)展事中管理的過(guò)程中，則要嚴(yán)格根據(jù)工程項(xiàng)目的施工要求進(jìn)行作業(yè)，嚴(yán)格執(zhí)行爆破作業(yè)流程，同步做好工程項(xiàng)目監(jiān)督管理工作，并針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的一些突發(fā)狀況制定對(duì)應(yīng)的處理方案。事后管理的重點(diǎn)應(yīng)集中在爆破成果分析以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)方面。

2 隧洞鉆孔爆破技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用策略分析

該工程項(xiàng)目主要由生態(tài)排水以及生態(tài)機(jī)組構(gòu)成，其中生態(tài)排水通過(guò)新建生態(tài)放水隧洞與現(xiàn)有發(fā)電引水隧洞連接，應(yīng)用發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)放流。新建生態(tài)放水隧洞整體長(zhǎng)度為273.75m，樁號(hào)DA0+000.00～DA0+273.75。新建隧洞的斷面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)城門狀，整體開(kāi)挖直徑如下：2.6 m×2.8 m（寬×高）和3.0 m×3.0 m（寬×高)；生態(tài)機(jī)組設(shè)在大壩下游287 m 處，廠房?jī)?nèi)設(shè)1 臺(tái)1350 kW 的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，生態(tài)放水隧洞需要爆破施工的方量約0.2 萬(wàn)m3。

在很多水利水電工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，應(yīng)用隧洞鉆孔爆破施工工藝的過(guò)程中，應(yīng)分別做好以下幾方面處理工作：

1）爆破孔位置布置：

在布置炮孔的過(guò)程中，一定要確定爆破孔的數(shù)量以及爆破孔布置的區(qū)域。在實(shí)際的布置過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮爆破孔布設(shè)區(qū)域?qū)笃谒姽こ添?xiàng)目施工產(chǎn)生的影響，要最大限度避免爆破施工對(duì)后期水利水電工程項(xiàng)目施工產(chǎn)生的影響。此外在針對(duì)炮孔進(jìn)行放線的過(guò)程中，應(yīng)確保其和巖層中間位置呈直角狀態(tài)，應(yīng)嚴(yán)格按照施工輪廓圖布設(shè)爆破孔。在布設(shè)掏槽孔的過(guò)程中，要求嚴(yán)格控制布設(shè)深度，其深度數(shù)值至少要為崩落孔深度的15%。在具體的鉆孔爆破施工過(guò)程中，施工作業(yè)人員要熟悉掌握鉆探孔周圍的實(shí)際情況以及圍巖是否完整等等，選擇科學(xué)的開(kāi)挖作業(yè)模式，以此來(lái)有效提升鉆孔爆破的質(zhì)量和效率，最大限度提升炮孔的利用效率[2]。在選擇斷面開(kāi)挖方法的過(guò)程中，施工作業(yè)人員首先需分析隧洞出口區(qū)域的圍巖等級(jí)，重點(diǎn)做好掏槽眼、底板眼的等眼孔數(shù)量、深度的控制工作。選擇合適的爆破器材，嚴(yán)格控制起爆程序。以三級(jí)圍巖為例，對(duì)其進(jìn)行斷面開(kāi)挖炮孔的過(guò)程中，需將其孔間距控制在40cm 以內(nèi)，外插角度區(qū)間在3°左右。針對(duì)三級(jí)圍巖，要求其輔助孔間距控制在80～120cm，同時(shí)還要按比例布設(shè)楔形掏槽。

2）測(cè)量和用藥：

在水利水電工程項(xiàng)目隧洞鉆孔爆破技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，為進(jìn)一步提升鉆孔爆破技術(shù)的效果，減少炸藥用量，節(jié)約爆破費(fèi)用，提升工程施工安全性。針對(duì)一些普通的隧洞應(yīng)用鉆孔爆破技術(shù)的過(guò)程中，可采用類比分析方法以及相關(guān)的公式來(lái)確定炮孔的數(shù)量以及間距數(shù)值，并據(jù)此明確炸藥用量[3]。同時(shí)，施工單位要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境對(duì)各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行分析和調(diào)整。

針對(duì)一般隧洞進(jìn)行爆破計(jì)算的公式如下：

在上式中，Q表示水利水電工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，隧洞鉆孔爆破過(guò)程中的不同排的炸藥裝藥量；q表示鉆孔爆破過(guò)程中使用到的火藥量。V表示爆破過(guò)程中的進(jìn)尺體積大小，L表示鉆孔深度數(shù)值；S表示工程項(xiàng)目施工斷面開(kāi)挖面積數(shù)值，n表示炮孔的使用效率。

根據(jù)該公式可直接計(jì)算出鉆孔爆破施工過(guò)程中每排炮進(jìn)尺裝藥數(shù)量，然后施工方可根據(jù)計(jì)算結(jié)果精確計(jì)算需要使用到的炸藥數(shù)量。具體參數(shù)如表1所示。

表1 爆破裝藥參數(shù)表

在隧道鉆孔爆破施工的過(guò)程中，爆破產(chǎn)生的沖擊力會(huì)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，從而導(dǎo)致巖層松動(dòng)，進(jìn)而對(duì)施工安全產(chǎn)生影響，故可借助該公式計(jì)算安全爆破距離：

式中：Rfmax—飛石的散落距離（m）；KΦ—安全距離，取15；D—淺孔直徑，取4.2cm。經(jīng)計(jì)算R=15×4.2=63m。

3）事故預(yù)防及處理措施：

在水利水電工程隧洞鉆孔爆破施工過(guò)程中，如果采取的爆破方案存在問(wèn)題，則容易誘發(fā)隧洞坍塌事故，鑒于此，可采取以下措施來(lái)有效預(yù)防隧洞坍塌：

首先，在水利水電工程項(xiàng)目還未進(jìn)入到正式的施工階段時(shí)，施工方要做好坍塌事故預(yù)防方案，對(duì)于易發(fā)鉆孔坍塌事故的位置進(jìn)行科學(xué)分析，并據(jù)此制定科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施，具體操作模式如下：

例如施工方可利用Revit 軟件進(jìn)行建模，在輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)后制定塌方3D 模型，以此來(lái)分析出現(xiàn)塌方事故的概率。除此之外，在隧洞鉆孔爆破施工的過(guò)程中，施工技術(shù)人員要提前了解炮孔的布設(shè)位置以及鉆桿的垂直條件，以此來(lái)嚴(yán)格控制鉆頭的升降速度，避免因鉆頭升降速度過(guò)快對(duì)炮孔孔壁質(zhì)量產(chǎn)生影響，進(jìn)而誘發(fā)孔壁塌方。此外，在針對(duì)鉆孔進(jìn)行施工作業(yè)的過(guò)程中一定要分析地層情況，并嚴(yán)格控制鉆孔深度。在施工過(guò)程中，應(yīng)充分對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同步做好鉆孔周圍雜物的清理工作[4]。最后，施工單位應(yīng)積極構(gòu)建事故應(yīng)急處理小組，做好現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事故應(yīng)急處理工作，最大限度減少突發(fā)事故對(duì)工程項(xiàng)目產(chǎn)生的影響。一般情況下，事故應(yīng)急處理小組應(yīng)包含搶險(xiǎn)救災(zāi)、醫(yī)療急救以及物資供應(yīng)人員，事故應(yīng)急處理小組應(yīng)緊密配合施工作業(yè)人員工作。

3 水利水電工程項(xiàng)目施工過(guò)程中隧洞鉆孔爆破技術(shù)應(yīng)用保障措施分析

在實(shí)際的水利水電工程項(xiàng)目施工過(guò)程中開(kāi)展隧洞鉆孔爆破施工技術(shù)的過(guò)程中，為提升施工效率，一定要采取以下措施：

3.1 加強(qiáng)施工前的勘察投入

在開(kāi)展鉆孔爆破技術(shù)的過(guò)程中，一定要強(qiáng)化勘察投入工作，結(jié)合具體的鉆孔爆破技術(shù)方案進(jìn)行勘察，最大限度減少外部因素對(duì)鉆孔爆破成效的影響。在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，施工方應(yīng)組織專人針對(duì)水利水電工程項(xiàng)目周圍的施工環(huán)境展開(kāi)勘察，重點(diǎn)勘察內(nèi)容如下：①施工作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件；②巖層結(jié)構(gòu)條件；③地下水水位；④巖層穩(wěn)定條件。結(jié)合勘察數(shù)據(jù)對(duì)鉆孔爆破技術(shù)方案加以優(yōu)化。在針對(duì)爆破孔數(shù)量以及炸藥使用量進(jìn)行計(jì)算時(shí)也需要應(yīng)用到以上數(shù)據(jù)，這樣可顯著節(jié)約施工成本[5]。舉例來(lái)說(shuō)，如果建筑工程項(xiàng)目施工范圍內(nèi)存在其他建筑且施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，為減少爆破作業(yè)后巖體滑落產(chǎn)生的影響，施工單位需要在施工作業(yè)區(qū)域設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。

3.2 切實(shí)提升施工人員的綜合素質(zhì)以及專業(yè)素養(yǎng)

在水利水電鉆孔爆破過(guò)程中，參與作業(yè)的技術(shù)人員專業(yè)素養(yǎng)以及綜合素質(zhì)直接影響到爆破作業(yè)工作的質(zhì)量和安全性，鑒于此，施工方應(yīng)采取各個(gè)措施來(lái)有效提升施工作業(yè)人員的綜合素養(yǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，施工方在挑選參與爆破作業(yè)的人員時(shí)，要盡量選擇具有鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)或者參與過(guò)爆破作業(yè)的人員進(jìn)行施工。同時(shí)，在實(shí)際的施工作業(yè)過(guò)程中，要做好施工人員的培訓(xùn)工作，確保其熟練掌握鉆孔爆破作業(yè)施工流程以及具體的施工要求，最大限度減少施工作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)安全事故的概率。除此之外，施工方還要構(gòu)建對(duì)應(yīng)的安全責(zé)任機(jī)制，強(qiáng)化施工作業(yè)人員的安全培訓(xùn)工作。施工方可充分利用視頻監(jiān)控技術(shù)、自動(dòng)報(bào)警設(shè)備等系統(tǒng)來(lái)分析隧洞的實(shí)際情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧洞存在的問(wèn)題，并針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)有效解決。

3.3 確保對(duì)應(yīng)施工材料和機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量

在相關(guān)工作開(kāi)始前，必須對(duì)相關(guān)材料和設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制，并進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確保其性能達(dá)到相關(guān)施工規(guī)范。比如，在工程開(kāi)始前，要對(duì)所用的炸藥進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其符合設(shè)計(jì)要求，并對(duì)所用的設(shè)備進(jìn)行性能檢驗(yàn)，確保其狀況良好。除此之外，還有一些必要的安全措施，緊急情況下，也要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，確保這些設(shè)備可以正常工作。

3.4 在施工過(guò)程中引入新技術(shù)

提出了在水利水電工程隧道鉆孔爆破技術(shù)應(yīng)用中，要加強(qiáng)新工藝的運(yùn)用，強(qiáng)化方案設(shè)計(jì)的合理性。比如 BIM技術(shù)，利用 BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行建模，再利用 BIM 技術(shù)對(duì)爆破的要求進(jìn)行分析，并在模型上設(shè)置相應(yīng)的孔位、深度、間距等。同時(shí)，通過(guò)對(duì)影響范圍、影響程度等因素的分析，為制定相應(yīng)的對(duì)策提供參考。在實(shí)際工作中，要加強(qiáng)新技術(shù)的創(chuàng)新，要有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)應(yīng)用模式，要設(shè)計(jì)智能化的服務(wù)體系，增強(qiáng)應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，相關(guān)單位在開(kāi)展水利水電工程項(xiàng)目隧洞鉆孔爆破作業(yè)的過(guò)程中，一定要充分強(qiáng)化施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)工作，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際進(jìn)行管理，采取各項(xiàng)措施來(lái)降低爆破鉆孔作業(yè)施工成本，提升施工安全性。同時(shí)，加強(qiáng)工程技術(shù)人員的職業(yè)素養(yǎng)和責(zé)任意識(shí)，確保相關(guān)材料、設(shè)備質(zhì)量符合要求，運(yùn)用新技術(shù)加強(qiáng)設(shè)計(jì)效果，確保爆破技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量、安全和可靠。