李洪良 穆如意

1 工程概況

陜西省引紅濟石調(diào)水工程是一項將漢江北岸褒河支流紅巖河通過穿越秦嶺的隧洞自流調(diào)入渭河南岸支流石頭河中的跨流域調(diào)水工程,工程受益區(qū)為陜西省關中地區(qū)西部的咸陽、楊凌、西安三個市區(qū)。引紅濟石輸水洞起點位于陜西省寶雞市太白縣,輸水洞長度約為19.76 km。

陜西省引紅濟石調(diào)水工程引水隧洞Ⅱ標項工程主線輸水隧洞樁號3+000～5+560,全長2 560 m。斷面為圓拱直墻形,成洞尺寸3.0 m×2.8 m(高×寬)。圍巖類別比較復雜,主要以Ⅲ類,Ⅳ類圍巖為主,局部為Ⅱ類,Ⅴ類圍巖,并存在多處斷層。巖體以片麻巖為主,巖石較堅硬,節(jié)理發(fā)育,裂隙水較豐富。隧洞選擇以進口單方向掘進為主,全斷面開挖方案,開挖進尺控制在1.5 m～

2.5 m以內(nèi)。

2 光面爆破設計

2.1 光面爆破方案選擇

光面爆破參數(shù)選擇主要與地質(zhì)條件有關,其次是炸藥的品種與性能、隧道斷面的形狀與尺寸、裝藥結構與起爆方法。現(xiàn)以Ⅲ類圍巖為例進行鉆爆設計,其開挖斷面的面積為12 m2。根據(jù)圍巖情況及施工任務要求,確定循環(huán)進尺為2.5 m,采用乳化炸藥,周邊眼采用空氣間隔裝藥結構,其他炮眼采用連續(xù)柱狀裝藥結構。采用火雷管和非電毫秒導爆管雷管起爆。

2.2 爆破器材

根據(jù)施工中常用的爆破器材,以及本地的實際情況,引紅濟石隧洞的爆破器材選用直徑為32 mm,爆速大于3 200 m/s的2號巖石乳化炸藥作為主爆藥;導爆索與2號巖石乳化炸藥作為光爆藥;火雷管和導爆管雷管作為起爆器材。

2.3 炸藥單耗的確定

根據(jù)修正的普氏公式:

其中,f為巖石的堅固系數(shù);s為巷道斷面積;Ke為考慮炸藥爆力p的校正系數(shù),Ke=525/p。

算出 q=1.37 kg/m3～2.4 kg/m3,由于隧洞斷面小,所受夾制作用大,根據(jù)實驗進行調(diào)整后炸藥單耗q=1.7 kg/m3。

2.4 光面爆破參數(shù)的確定

2.4.1 孔距

根據(jù)現(xiàn)有設備,炮眼直徑為d=40 mm,所以周邊孔間距a=(8～16)d=32 cm～64 cm。在實際施工中周邊眼空距頂拱取45 cm,邊墻取 50 cm。

2.4.2 不耦合系數(shù)與光爆層厚度

光面爆破的不耦合系數(shù)λ=d0/d(d0為裝藥直徑),在0.8～1之間變化,當λ變小時,孔壁上的最大切向應力減小,爆炸波作用時間延長,有利于應力疊加和應力集中,產(chǎn)生拉伸裂隙,而不宜產(chǎn)生粉碎。生產(chǎn)實踐表明,增大不耦合系數(shù),采用空氣間隔裝藥,可以消除壓碎破壞,控制放射狀裂隙的產(chǎn)生,提高炮孔的殘留率。根據(jù)最小抵抗線與炮孔間距的關系:光爆層厚度 w=a/λ,得w=50 cm。

2.4.3 周邊眼延米裝藥量

周邊眼裝藥量:

其中,c為爆破系數(shù),在通常情況下,c=0.2 kg/m3～0.5 kg/m3;通過實驗試炮,確定q1=0.15 kg/m,并在施工中進一步調(diào)整。

2.5 掏槽眼爆破參數(shù)的確定

由于隧洞斷面小,為了取得更好的掏槽效果,本隧洞采用五梅花小直徑中空直眼掏槽爆破(見圖1)。在1號眼的周圍設置4個距離很近的小直徑空眼做1號孔的臨空面,1號孔起爆后,在中央形成一個孔洞,作為其他眼的臨空面,這樣逐步擴大形成掏槽,提高炮眼的利用率。其裝藥量至炮眼的90%。

2.6 Ⅲ類圍巖鉆爆設計圖

Ⅲ類圍巖鉆爆設計圖見圖2。

3 裝藥方法、裝藥結構及炮孔堵塞

3.1 裝藥方法

采用人工用木制炮棍裝藥,由施工人員將藥卷逐個裝入炮孔,并用炮棍輕輕搗實,避免藥卷之間間隔較大,影響傳爆。在裝藥過程中嚴禁大力用炮棍搗實炸藥,防止用力過猛后使裝藥密度過大,造成炸藥壓死拒爆。

3.2 裝藥結構

1)周邊眼采用空氣間隔、不耦合裝藥,采用導爆索起爆,將導爆索插入空底藥卷內(nèi),炸藥均勻分布裝入炮孔內(nèi)。為克服底部炮眼的阻力,一般將底部藥量稍微加大(見圖3)。

2)掏槽眼、輔助眼、底邊眼等采用連續(xù)耦合裝藥,雷管埋入孔底藥卷,聚能穴朝孔口方向,其結構見圖4。

3.3 炮孔堵塞

炮孔采用人工堵塞,堵塞材料為帶有粘性的土卷(需提前加工),用木制炮棍壓緊。堵塞長度應不小于30 cm,嚴禁不堵塞炮孔爆破。

3.4 網(wǎng)絡設計及起爆方法

起爆網(wǎng)絡采用簇連法,俗稱一把抓起爆法。就是每個炮孔內(nèi)裝一發(fā)延期導爆管雷管,然后將導爆管連成一把后,用2發(fā)8號火雷管起爆。連接好網(wǎng)絡后,等待其他施工人員撤離到警戒線以外后,由專人用香火點燃導火索(2根),點燃后立刻撤離到200 m以外的安全避炮點,響炮30 min后方可進入爆區(qū)檢查。

3.5 起爆順序

為滿足光面爆破的要求,先起爆掏槽眼,為其他炮孔提供臨空面,再起爆輔助眼、內(nèi)圈眼,最后起爆周邊眼、底眼。為了保證各類炮眼之間的起爆時差,增強起爆效果,在選用毫秒雷管時一般隔段使用,即選用1號,3號,5號,7號,9號,11號,13號等。

4 施工控制

4.1 測量控制

首先使用全站儀定出隧道的軸線與圓心,再以半徑長在掌子面用紅油漆畫出開挖輪廓線,最后根據(jù)炮眼布置圖畫出炮眼位置,周邊眼和掏槽眼的位置要求更加精確。

4.2 定位與鉆孔

根據(jù)隧洞開挖斷面尺寸,事先制作一臺簡易鉆眼工作架,工作架的高度要適合工人操作要求,開眼的位置要求盡量不偏離設計炮位。其中周邊眼和掏槽眼由技術人員負責,使鉆眼達到“準、平、直、齊”的要求,尤其要控制好以下幾點:

1)控制眼門誤差和眼底誤差不大于5 cm;2)周邊眼沿輪廓線調(diào)整誤差不大于5 cm,2號外插腳控制在2°～3°,眼底控制不超出開挖輪廓線10 cm;3)除掏槽眼較深外,其他眼底落在同一垂直面上。

4.3 清孔

炮眼鉆好后,用高壓氣體進行清孔,將孔中的鉆渣、小石渣清除干凈后按設計裝藥、起爆。

4.4 爆后檢查及盲炮處理

響炮30 min后方可進入爆區(qū)檢查,并對爆堆的形狀大小、殘孔率、飛石最大距離及盲炮情況進行現(xiàn)場記錄,掌握一手資料,適時對爆破參數(shù)進行調(diào)整。

如發(fā)現(xiàn)盲炮應立即通知專職爆破員進行處理,處理方法為:

1)二次起爆法:若是由于起爆網(wǎng)絡連接不良造成的盲炮,可重新連線起爆;2)誘爆法:對于不能二次起爆的盲炮,如果周圍環(huán)境允許,可準確判明裝藥的具體位置,在原裝藥孔附近平行原裝藥孔進行鉆孔,裝入少量炸藥,利用小裝藥將其誘爆;3)人工排除法:采用高壓風吹出堵塞物,取出起爆雷管及炸藥。

在處理盲炮時無關人員不得在場,并在危險區(qū)邊界設置警戒,危險區(qū)內(nèi)禁止進行其他作業(yè)。盲炮處理后應仔細檢查爆堆,并將殘留爆破器材清理干凈。

4.5 炸藥退庫

在爆破結束后,炮工離開施工現(xiàn)場前,由爆破員將現(xiàn)場剩余火工品回收干凈,并退回庫房登記,做到賬賬相符,賬物相符。

5 結語

引紅濟石引水隧洞斷面比較小,所受巖石夾制作用大,對爆破要求較高,本文根據(jù)前面所開支洞的爆破經(jīng)驗,查閱大量工程實例、科技書刊,對爆破參數(shù)進行了仔細的推敲、試驗。但由于作者經(jīng)驗尚淺,知識不足,所以設計中難免有所紕漏,敬請讀者給予指正。

[1] 田旭東.淺談水工隧洞施工光面爆破新技術[J].山西建筑,2008,34(35):261-262.