朱 祥 兵， 鄧 海

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 概 述

金沙水電站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，該河段范圍從觀音巖水電站壩址至烏東德水電站庫尾，天然河道長57 km，落差38 m，平均比降0.69‰。河段內(nèi)金沙江由西至東橫貫整個攀枝花市區(qū)，區(qū)間流域面積約13.21萬km2。

金沙水電站右岸灌漿平洞分兩層布置，平洞高程分別為988 m、1 027 m，城門洞形，開挖斷面底寬3.8 m，兩側(cè)直墻高3.235 m，頂拱為半徑2.132 m的1/3圓拱，灌漿平洞采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度底板為0.5 m，側(cè)墻及頂拱為0.4 m。灌漿平洞特性見表1，開挖工程量見表2。

表1 灌漿平洞特性表

表2 灌漿平洞工程量表

右岸灌漿平洞開挖揭露的巖層以大蕎地組T3dq1段泥質(zhì)粉砂巖為主，巖性為泥質(zhì)粉砂巖，整體較風化；巖層均呈單斜構(gòu)造，斜逆向坡，巖層傾角為38°左右，屬Ⅲ、Ⅳ類圍巖。

2 爆破方案設計

爆破設計要充分掌握地形地質(zhì)資料。對于地形起伏、沖溝眾多和地質(zhì)構(gòu)造復雜、 有斷層、 溶洞和滑坡體的地區(qū)尤其要充分注意。

出于地下工程施工規(guī)范對開挖輪廓的要求以及Ⅲ、Ⅳ類圍巖自穩(wěn)性較好等因素考慮，灌漿洞開挖采用全斷面光面爆破施工，人工利用自制的鉆孔平臺，采用YT-28氣腿式手風鉆鉆孔(鉆頭選用“一”字形)，楔形掏槽，人工裝2#巖石乳化炸藥、非電毫秒延期雷管微差爆破，周邊實施光面爆破，采用藥卷不耦合間隔裝藥，其余掏槽孔、爆破孔采用連續(xù)裝藥。出渣采用1 m3側(cè)卸式裝載機裝渣、運至洞外，裝20 t自卸汽車運渣至石家溝渣場。施工過程中，嚴格控制裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)，減少爆破地震波對圍巖的擾動，以達到增強圍巖自穩(wěn)能力的目的。

周邊光面爆破受多種因素影響(包括圍巖強度、整體性、節(jié)理、層理等地質(zhì)因素)，且因現(xiàn)場圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，因此，爆破參數(shù)需進行現(xiàn)場設計動態(tài)調(diào)整。將同一類圍巖經(jīng)爆破取得的技術參數(shù)作為初步依據(jù)，每一循環(huán)爆破作業(yè)由有經(jīng)驗的爆破工程師根據(jù)上一循環(huán)爆破效果以及本循環(huán)的圍巖特征進行適當調(diào)整，選擇一組最佳爆破參數(shù)。上一循環(huán)是下一循環(huán)的預設計和試爆破。

3 施工流程

開挖支護作業(yè)流程：施工準備→全斷面測量劃線布眼→鉆炮眼→裝藥爆破→通風散煙→清危排險→臨時支護→穩(wěn)定安全檢查及監(jiān)控量測→下一循環(huán)。

4 施工方法

(1)測量放線：洞內(nèi)導線控制網(wǎng)測量采用萊卡TS02全站儀。施工測量采用紅外光電測距儀。測量作業(yè)由專業(yè)人員實施，每排炮后進行設計規(guī)格線的測放，斷面測量滯后開挖面10～15 m，按5 m間距進行。

(2)鉆孔作業(yè)：由熟練的臺車技工采用手風鉆嚴格按照監(jiān)理人批準的該部位施工措施中的設計鉆爆圖實施鉆孔作業(yè)。各鉆工分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實行嚴格的鉆手作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟責任制。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進行檢查。周邊孔及掏槽孔的偏差不得大于5 cm，其它炮孔孔位偏差不得大于10 cm。

(3)裝藥爆破：炮工在鑿巖臺車裝藥平臺上按鉆爆設計參數(shù)裝藥。掏槽眼和周邊眼采用φ32藥卷，周邊孔采用φ25藥卷間隔裝藥，孔口均用砂袋或炮泥堵塞嚴實。裝藥完成后，由技術員和專業(yè)炮工分區(qū)分片檢查，聯(lián)結(jié)爆破網(wǎng)絡，撤退工作面設備、材料至安全位置，非電毫秒雷管引爆，周邊光面孔齊爆。

(4)通風散煙：施工支洞在整個施工過程中一直啟動通風設備通風，爆破散煙結(jié)束后，對開挖面的爆破渣堆實施灑水除塵。

(5)安全處理：爆破后，由人工配合扒渣機清理掌子面及邊墻、頂拱上的浮石和松動巖石，以保證出渣和下一循環(huán)施工安全。局部洞段巖層較為破碎，安全隱患較大，采取了臨時加強支護，施工現(xiàn)場主要采取型鋼拱架和錨噴聯(lián)合支護的形式。臨時支護完成后加強安全監(jiān)測，通過對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場觀察和洞拱頂下沉、收斂變化，定量預測滯后發(fā)生的沖擊型巖爆，通過優(yōu)化爆破參數(shù)及藥量控制以減少爆破危害的影響。

(6)出渣及清底：采用1.8 m3裝載機將石渣運至灌漿平洞洞口，裝20 t自卸汽車運至石家溝棄渣場；出渣完畢采用扒渣機將工作面底部積渣整平，為下一循環(huán)鉆爆作業(yè)做好準備。

(7)開挖循環(huán)作業(yè)時間。

開挖循環(huán)作業(yè)時間見表3。

5 爆破參數(shù)的選擇與計算

表3 開挖循環(huán)作業(yè)時間表

備注：Ⅲ、Ⅳ類圍巖循環(huán)進尺為2 m，Ⅴ類圍巖循環(huán)進尺為1 m。

(1)炮眼直徑及炸藥的選擇。

掏槽眼及輔助眼選用2號巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32 mm，長度為200 mm，每卷質(zhì)量為150 g；周邊眼選用直徑為25 mm，長度為200 mm，每卷質(zhì)量為100 g。

炮孔過小，不利于裝填藥卷；炮孔過大，會降低爆破效果和鉆眼速度。根據(jù)施工單位常用的鉆孔設備和選用的藥卷直徑，最終確定炮眼直徑為42 mm，采用YT28手風鉆造孔。

(2)炮眼深度。

每循環(huán)計劃進尺長度l：l=2 m(根據(jù)實際圍巖地質(zhì)條件確定，對于巖層條件較差部位(Ⅳ類以上圍巖)可適當縮短循環(huán)進尺長度)。

取炮眼利用率為0.9，則炮眼深度L為：

實際取炮眼深度為2.22 m，實際循環(huán)進尺：

l′=2.22×0.9=2 (m)

掏槽眼及底眼的深度為：

L掏、底=2.22+0.2=2.42(m)

輔助眼及周邊眼深度：

L輔、周=2.22(m)

(3)每一循環(huán)裝藥量計算。

V=sl′=14.97×2=29.94(m3)

Q=qV=1.4×29.94=41.92(kg)

式中s為平洞的設計開挖斷面積，為14.9%；q為炸藥單耗，此處取1.4 kg/m3；V為每一循環(huán)爆破方量，m3;Q為每一循藥量，kg。

(4)掏槽眼的布置。

①掏槽型式。根據(jù)圍巖情況和實際開挖進尺，采用垂直楔形掏槽。

②掏槽眼參數(shù)。采用6個掏槽眼，掏槽眼與開挖面的夾角取77°，上下兩對掏槽眼間的距離取60 cm，同一平面上兩炮孔底距離為30 cm。

③掏槽眼長度。

④掏槽眼裝藥量。

掏槽眼裝藥系數(shù)為0.55，則單孔裝藥量為：

q掏=l掏×τ掏×γ=2.5×0.55×0.96=1.32(kg)

實際取1.35 kg(9卷)。

掏槽眼總裝藥量為：

Q掏=6×1.35=8.1(kg)

實際取8.1 kg(54卷)。

⑤掏槽孔布置情況見圖1。

圖1 掏槽孔布置圖

(5)周邊孔光面爆破參數(shù)的選擇。

①周邊孔間距及最小抵抗線。

根據(jù)圍巖情況和隧道斷面尺寸，光爆孔間距取50 cm，最小抵抗線取60 cm，光爆孔密集系數(shù)：

②周邊孔數(shù)量。

=22.46≈23(個)

實際取23個周邊眼。

③周邊孔單孔裝藥量。

為了保證開挖凈空，周邊孔向外傾斜，孔底距輪廓線100 mm。

則周邊孔長度：

取周邊孔的線裝藥密度為0.2 kg/m，則單孔裝藥量為：

q周=2.22×0.2=0.44(kg)

實際取0.5 kg(5卷)。

④周邊孔總裝藥量。

Q周=23×0.5=11.5(kg)

實際取11. 5 kg(115卷)。

(6)輔助孔參數(shù)的選擇。

①炮眼數(shù)量。

實際取23個。

②輔助孔單孔裝藥量。

q輔=0.45×2.22×0.96=0.96(kg)

實際取1.05 kg(7卷)。

③底板孔單孔裝藥量。

q輔=0.45×2.42×0.96=1.045(kg)

實際取1.05 kg(7卷)。

6 炮眼布置

最終布置了掏槽眼6個，周邊眼23個，輔助眼23個，共計52個炮眼。具體爆破參數(shù)見表4，炮孔布置情況見圖2。

表4 爆破參數(shù)表

圖2 炮孔布置圖

7 通風與防塵

7.1 通 風

(1)按下列要求分別計算并取最大值：

①按洞內(nèi)同時存在的最多人數(shù)計算，每人每min供給3 m3新鮮空氣；

②按爆破20 min內(nèi)將工作面有害氣體排除或沖淡至容許濃度。每kg炸藥(2號巖石炸藥)爆破后可產(chǎn)生折合40 L的一氧化氮氣體。

③洞內(nèi)采用采油機械時，可按每馬力每分鐘3 m3風量計算并與同時工作人員所需風量相加。

④所計算的通風量應按最大、最小容許風速和相應的洞內(nèi)濕度所需風速進行校核。

(2)工作面附近的最小風速不得低于0.15 m/s，最大風速不得大于4 m/s。

(3)所選擇的通風方式應根據(jù)洞的長度、斷面大小、施工程序、施工方法和工作面有害氣體危害程度等因素綜合考慮。

(4)通風機選用可逆轉(zhuǎn)的軸流式風機，并根據(jù)工作風量和工作風壓進行選擇。

7.2 防 塵

(1) 平洞爆破開挖時采用綜合防塵措施：

①采用濕式鑿巖，使用潛孔鉆機時應裝設符合衛(wèi)生標準的除塵裝置；

② 爆破后采用噴霧器噴霧，以降低粉塵含量；

③出渣時用水淋透石渣；

④加強通風；

⑤配備必要的防塵器材，做好個人防護工作。

(2)洞內(nèi)施工不宜使用汽油機械。使用柴油機械時，宜加設廢氣凈化裝置。柴油機械燃料中宜摻添加劑，以減少有毒氣體的排氣量。

8 結(jié) 語

鉆爆作業(yè)在洞挖工程中占有重要地位，必須結(jié)合巖石情況、在不斷總結(jié)經(jīng)驗的基礎上選擇合理的爆破參數(shù)進行爆破設計。金沙水電站通過嚴格地控制爆破，每次爆破未出現(xiàn)欠挖情況，施工過程中降低了安全風險，施工質(zhì)量得到了有效控制，局部超挖在設計規(guī)范內(nèi)，符合要求，振動效果，周圍設施、設備均未受到影響，達到了預期目的。

參考文獻：

[1] 于亞倫.工程爆破理論與技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[2] 汪旭光.爆破設計與施工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[3] 汪旭光.中國典型爆破工程與技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.