嚴立煒

(福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000)

來賓市加旦—良馬隧洞工程洞挖爆破方案設(shè)計

嚴立煒

(福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000)

廣西壯族自治區(qū)來賓市地區(qū)，屬于干旱地區(qū)。桂中治旱引水工程主要采用引水隧洞工程。由于工程處于溶蝕裂隙發(fā)育較強烈的灰?guī)r地帶，在隧洞施工過程中，溶蝕裂隙對隧洞爆破產(chǎn)生的影響比較大，由于裂隙會吸收爆破動能，爆破施工難度高,因此選取合適的爆破設(shè)計措施,是建設(shè)項目能否保障質(zhì)量、進度,在經(jīng)濟上能否取得顯著效益的關(guān)鍵。本文通過分析比較現(xiàn)場實際爆破施工，證明優(yōu)化方案效果。

隧洞；溶蝕裂隙；爆破設(shè)計

1 工程概述

廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)工程位于廣西來賓市地區(qū)，設(shè)計灌溉面積8.586萬hm2，屬大(2)型灌區(qū)，而加旦—良馬隧洞單項工程屬于樂灘水庫引水灌區(qū)工程的一部分，其工程等別與整個灌區(qū)工程相同，即為Ⅱ等工程。 加旦—良馬隧洞為3級建筑物。

加旦—良馬隧洞工程為廣西桂中治旱樂灘水庫引水灌區(qū)一期工程的單項工程，進口位于忻城縣城關(guān)鎮(zhèn)甘香村加旦屯以南500 m的山坡腳處，出口位于忻城縣城關(guān)鎮(zhèn)龍午村甘盆屯東北約750 m的山坳處。隧洞設(shè)計流量66.47 m3/s，長1659 m，隧洞進口底高程為102.70 m，出口處底板高程為102.47 m，底坡為1/7200，隧洞凈寬8 m，凈高8.26 m，開挖寬度8.6 m。

2 工程地質(zhì)

隧洞進口段(樁號7+495～7+506.6 m):沿線地面高程115～150 m，自然邊坡坡度32°～41°。覆蓋層為殘破積含碎石夾帶有部分黏土，隧洞圍巖上覆巖體厚度10～36 m，弱風(fēng)化，溶蝕裂隙發(fā)育。

樁號7+506.6～8+012 m段：沿線地面高程140～260 m，自然邊坡坡度32°～41°，7+645～7+768 m段位于背斜核部，洼地、沖溝發(fā)育,高程約140 m。巖石較堅硬，溶蝕裂隙發(fā)育，隧洞軸線和巖層走向夾角約為54°。

樁號8+012～8+137 m段：為過洼地段，沿線地面高程127～152 m，自然邊坡坡度30°～43°，洼地底高程約127 m。向斜核部巖體稍破碎。隧洞上覆巖體最小厚度約15 m。

樁號8+137～8+376 m段：沿線地面高程153～251 m，巖石較堅硬，巖體完整，局部溶蝕裂隙發(fā)育，隧洞軸線和巖層走向夾角約為53°。

樁號8+376～8+493 m段：為過洼地段，沿線地面高程150～168 m。溶蝕裂隙發(fā)育，隧洞軸線和巖層走向夾角約為54°。

樁號8+493～9+138 m段：沿線地面高程163～318 m，弱～微風(fēng)化，單層層厚一般為0.4～2.3 m。巖石堅硬，局部溶蝕裂隙發(fā)育，隧洞軸線和巖層走向夾角約為53°。

隧洞出口段(樁號為9+138～9+154 m): 沿線地面高程130～112 m，自然邊坡坡度為38°～63°。上覆巖體厚度6～22 m。洞身巖層走向和隧洞軸線的夾角約為53°，傾角10°～12°；隧洞洞徑為7.0 m，隧洞上覆巖體厚16～214 m。隧洞圍巖為堅硬巖，微風(fēng)化～新鮮，過溝及洼地洞段巖體破碎、溶蝕裂隙發(fā)育強烈，其余部位巖體巖溶裂隙發(fā)育，裂隙面多起伏粗糙。隧洞圍巖類別以Ⅲ類為主。

3 隧洞爆破施工設(shè)計

3.1 開挖方式

隧洞開挖方式有多種，有爆破法和無爆法施工。爆破法施工主要是指鉆爆施工，又分為全斷面一次開挖法、分臺階開挖法、分部開挖法等；無爆法施工為盾構(gòu)法及掘進機施工。無爆法施工速度快、機械化、自動化程度高，施工安全；但無爆法施工要求技術(shù)水平高，施工人員的素質(zhì)高，施工成本高。由于本工程為1.7 km輸水隧洞，工程造價較低，所以本工程采用全斷面鉆爆法施工。

3.1.1 全斷面開挖法的優(yōu)點

(1)開挖斷面與施工作業(yè)空間大、施工工序少、施工干擾小[1]，便于施工組織與管理。

(2)施工時有條件可以充分使用機械，減少人力，改善施工人員勞動條件。

(3)開挖工作面大，鉆爆法施工效率高，可以采用深眼爆破的方法，加快掘進速度。

(4)開挖一次成形，對圍巖擾動少，有利于圍巖穩(wěn)定，特別是對溶蝕裂隙發(fā)育較發(fā)達，局部巖層存在破碎情況的地帶，能保證施工安全。

(5)節(jié)省工作時間，節(jié)約火工材料，保證施工經(jīng)濟性。

3.1.2 分臺階開挖法優(yōu)缺點

(1)分臺階開挖法可以分臺階施工，取得較大工作空間，同時上下層開挖可以有較快的施工進度；但如果施工作業(yè)沒有及時安排銜接好的話，上下臺階施工會造成相互干擾，影響施工進度。

(2)分臺階開挖法在開挖面較破碎時可以保護開挖面，保證開挖面穩(wěn)定；但是由于分臺階開挖，造成多次爆破，會增加對圍巖的擾動次數(shù)，下臺階施工作業(yè)時會對上臺階圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾。

3.1.3 分部開挖法優(yōu)缺點

(1)減小了每個坑道的跨度，增強圍巖的相對穩(wěn)定性[2]，易于進行局部支護，適用于軟弱破碎巖層或設(shè)計斷面較大的隧洞。

(2)采用導(dǎo)坑超前開挖，有利于提前探明地質(zhì)情況，便于及時處理。

(3)開挖工序多，施工干擾大，增加組織管理難度，增加對圍巖擾動次數(shù)，不利于圍巖穩(wěn)定，施工速度較慢。

根據(jù)各方法的優(yōu)缺點選取適合本工程的施工方法。由于本工程隧洞圍巖以Ⅲ類、Ⅳ類圍巖為主，而且隧洞開挖斷面為8.6 m×8.71 m，洞挖施工時采用全斷面一次開挖法。

3.2 鉆爆設(shè)計

3.2.1 開挖炮眼數(shù)目

造孔采用YT28型鑿巖機鉆孔，炮眼的數(shù)量和位置會決定隧洞開挖石方量、開挖進尺、隧洞開挖成型效果和火工材料的損耗多少[3]。炮眼中的掏槽眼、輔助眼采用人工連續(xù)裝藥，用非電毫秒導(dǎo)爆管形成網(wǎng)路連接炸藥并起爆，炸藥可采用直徑φ32 mm的2#巖石硝銨炸藥或乳化炸藥。裝填系數(shù)0.65～0.8?？紤]本工程中的圍巖基本為Ⅲ、Ⅳ類別，可將每排炮隧洞洞挖進尺控制在2.5～2.8 m 左右，掏槽眼采用楔形布置，直線掏槽，優(yōu)點是可以節(jié)約藥量，以相對較少的藥量進行掏槽爆破。掏槽孔孔深初設(shè)為2.0～3.8 m，經(jīng)多次現(xiàn)場施工確定為3.3m，輔助孔孔深為3.0～3.3 m，光爆孔沿隧洞周邊布置，孔深3.0～3.3 m，間距為0.60 m，在施工中，先暫定按式(1)計算，再根據(jù)現(xiàn)場多次爆破施工和作業(yè)情況對參數(shù)作出調(diào)節(jié)，以達到最佳經(jīng)濟爆破效果。

炮眼N，按公式(1)計算：

N=(q×s)/(r×η)

(1)

式中：q為炸藥單耗量，取=0.93 kg/m3；s為隧洞開挖面積，s=67.57 m2；r為隧洞每延米炸藥的藥量，其中2#巖石硝銨炸藥取r=0.8 kg/m;η為炮眼裝藥系數(shù)，該方案中取η=0.7；經(jīng)計算，N=113，光面爆破需多增加周邊眼17個，共計130個。

炮眼布置具體見圖1。

3.2.2 計算每種炮眼的裝藥量

(1)掏槽炮眼，計算公式為：

Q1=η×L×r

(2)

式中：η為炮眼裝藥系數(shù)，取η=0.8；L為眼深，L=3.0 m;r為每米長度炸藥的藥量，r=0.8 kg/m;經(jīng)計算取Q1=1.92 kg(每個掏槽炮眼需要炸藥1.92 kg)。

(2)輔助炮眼，計算公式為：

Q2=η′×L×r

(3)

式中：η′為炮眼裝藥系數(shù)，取η′=0.7；L為眼深，L=2.5 m；r為每米長度炸藥的藥量，r=0.8 kg/m；取Q2=1.4 kg(每個輔助炮眼需要炸藥1.4 kg)。

圖1 隧洞開挖爆破炮眼布置圖(單位：cm)

本工程需要采取光面爆破(光面爆破是周邊眼同時起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中點，當巖體的極限抗拉強度小于此拉力時，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后，爆炸產(chǎn)物的膨脹作用使裂縫進一步擴展，形成平整的爆裂面。)，根據(jù)圖1，最外面一排輔助炮眼即為光爆孔，光爆孔裝藥采用經(jīng)驗數(shù)據(jù):光爆孔裝Ф25 mm光爆藥卷，人工裝藥，每米裝藥量△=250 g/m。

人工進行炸藥安放前按照本工程的爆破設(shè)計圖準備好火工材料，炸藥安放前，炮眼必須先用空壓機中的高壓吹風(fēng)清理鉆孔，并由爆破員和爆破安全員檢查鉆孔是否有堵塞或坍孔的情況，然后按爆破設(shè)計圖中的區(qū)域安裝炸藥并鏈接導(dǎo)爆網(wǎng)絡(luò)。炸藥安裝應(yīng)按先上后下，先周邊后中間，導(dǎo)爆管連線捆綁。為控制爆破有害效應(yīng)，根據(jù)炮眼布置圖計算隧洞單次爆破開挖的最大裝藥量≤158.5 kg。

3.2.3 爆破參數(shù)

針對該工程實際情況選用爆破參數(shù)，由于本工程光爆效果需要達到殘孔率80%以上，在施工中可按照選定的參數(shù)總結(jié)每次爆破效果，測量半徑和輪廓不平整[4]，不斷調(diào)整爆破參數(shù)，光爆參數(shù)見表1、其他炮眼參數(shù)見表2。

光面爆破參數(shù)說明：

周邊孔間距a=0.6～0.5 m；密集系數(shù)m=a/W=0.65～1.0，Ⅲ類可選為0.5～0.4；最小抵抗線W=0.65～0.55 m。

表1 光爆參數(shù)

表2 炮眼、炸藥參數(shù)

注：①初步設(shè)計每排炮的進尺約為2.3～2.5 m，開挖石方方量161～175 m3，預(yù)計炮眼利用率80%～88%。②炸藥單耗量0.8～0.9 kg/m3。③光爆周邊眼采用Φ25×200小藥卷，其余炮眼采用2#硝銨Φ32×200藥卷，遇有水炮眼(隧洞底板眼)采用乳化炸藥。

3.2.4 連線、起爆

隧洞開挖起爆采用非電起爆網(wǎng)絡(luò)，掏槽孔采用非電毫秒雷管直接起爆，光爆孔采用間隔裝藥，用非電毫秒延時雷管孔口起爆和導(dǎo)爆索傳爆[5]。隧洞爆破順序按直線掏槽孔→周邊輔助孔→光爆孔的順序分序起爆。

3.3 使用該爆破設(shè)計方案效果比較

本工程于2011年1月3日開始隧洞開挖施工，從2011年4月開始進行爆破設(shè)計調(diào)整，爆破出現(xiàn)明顯效果，相同循環(huán)數(shù)的情況下[6]，每排炮洞挖尺寸比爆破設(shè)計調(diào)整前可多出0.4～0.5 m，每天可多完成0.8～1.0 m，每天可節(jié)約炸藥20～54 kg，殘孔率提高18%～32%，有效提高了生產(chǎn)產(chǎn)值，節(jié)約了施工成本并提高了施工質(zhì)量，截止至2011年10月平均每天進口洞挖施工比較數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 爆破設(shè)計方案效果比較

4 結(jié) 論

根據(jù)該設(shè)計方案及地質(zhì)情況，Ⅲ類圍巖地段計劃循環(huán)進尺為2.5～3.0 m，隧洞實際一循環(huán)進尺為2.5～3.2 m； Ⅳ類圍巖地段計劃循環(huán)進尺為2.0 m，實際一循環(huán)能達到1.8～2.2 m，殘孔率≥81%。在溶蝕裂隙發(fā)達地區(qū)，避免了使用大量火工材料造成的浪費，也保證了足夠的火工材料能完成隧洞開挖的光爆效果，減少超挖工程量和降低工程造價，獲得了良好的經(jīng)濟效果，在同類工程地質(zhì)施工中，可予以借鑒推廣。

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[3] 何宇,黃明猛,詹俊陽,等.復(fù)雜環(huán)壤下隧洞弱振動爆破技術(shù)研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2013,33(10):61-63.

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[6] 陳思雄.旁多水庫灌溉輸水洞工程光面爆破設(shè)計[J].四川水利,2016(S2):44-47.

嚴立煒(1982-),男，福建南平人，工程師，主要從事水利水電工程施工方面的工作。E-mail:3510434055@qq.com。

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