水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術(shù)研究

趙小正

中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，陜西西安 710065

地下建筑物的鉆孔爆破法開挖，由于受工作面、自由面、地質(zhì)條件、爆破材料及鉆孔設(shè)備等條件影響較大，因此做好鉆孔爆破設(shè)計最為重要。鉆孔爆破設(shè)計的主要任務(wù)是：確定開挖斷面的炮孔布置，這是鉆爆設(shè)計、施工中的關(guān)鍵工作。

1 炮孔種類及布置

平洞開挖斷面上的炮孔有不同的作用，可分為3類：掏槽孔、崩落孔、周邊孔。掏糟炮孔的主要作用是增加臨空面，以提高爆破效果，常布置于開挖斷面的中部。根據(jù)炮孔布置的形狀和方向，又可分為斜孔掏槽及垂直掏糟。崩落炮孔的主要作用是爆落巖體，為周邊炮孔的爆破創(chuàng)造有利條件。為此，崩落炮孔大致均勻地分布在掏槽外圍。炮孔垂直于工作面，炮孔深度應(yīng)在同一平面，以保證工作面平整。周邊孔的主要作用是控制開挖輪廓，布置在設(shè)計開挖面的周邊上。炮孔布置具體包括分區(qū)和布孔，先要作好鉆爆開挖炮孔分區(qū)布置，即周邊孔、崩落孔、掏槽孔的各自范圍，然后再具體確定各類炮孔的位置，同時確定有關(guān)鉆爆開挖參數(shù)。

在進(jìn)行炮孔布置之前，應(yīng)特別注意以下幾點。炮孔布置應(yīng)鉆孔方便，機具設(shè)備移動次數(shù)最少。炮孔方向應(yīng)盡量垂直于巖層的層理和裂隙面，以免卡鉆、漏氣、降低爆破效果。周邊孔應(yīng)盡量靠近設(shè)計輪廓線，但由于鉆機作業(yè)的需要，一般距輪廓線10cm～20cm，并向周邊略有傾斜。掏槽孔比崩落孔深10%～15%，可以提高爆破效率。在斷面的拐角處，都應(yīng)布置炮孔，以便控制開挖輪廓線。

2 炮孔數(shù)量和裝藥量

掘進(jìn)工作面上炮孔數(shù)量和裝藥量，受巖層性質(zhì)、炸藥性能、爆破時自由面狀況、炮孔大小和深度、裝藥方式、工作面的形狀和大小以及巖渣的塊度等多種因素的影響。在實際工作中，常采用類比法或經(jīng)驗公式法。初步確定單位耗藥量和掘進(jìn)深度，估算炮孔數(shù)量和炮孔間距，然后結(jié)合具體工程進(jìn)行現(xiàn)場試驗，最后研究確定較合理的炮孔數(shù)量和各種炮孔類型的炮孔間距。

初步計算時，可應(yīng)用裝藥量平衡原理計算炮孔數(shù)量。即一次爆破的炸藥用量，剛好能裝入該次爆破的全部炮孔中。單位耗藥量是爆破設(shè)計中的重要參數(shù)之一，各種爆破的裝藥量計算均與相應(yīng)的單位耗藥量有關(guān)。合理確定單位耗藥量，是核算整個工作面進(jìn)尺裝藥量的基礎(chǔ)。

每排炮進(jìn)尺總裝藥量可由下式計算：

式中：Q為每排炮進(jìn)尺總裝藥量，單位為kg；q為單位耗藥量，單位為kg/m3；V為每進(jìn)尺爆破下巖石的體積（實方），單位為m3；L為實際鉆孔深度，單位為m；S為開挖斷面面積，單位為m2；μ為炮孔利用率，μ=l′/L；l'為爆破后的實際深度，單位為m。

每排炮進(jìn)尺總裝藥量計算出來后，即可進(jìn)行分配。根據(jù)炮孔不同的分區(qū)位置，不同的作用，需要不同的裝藥量。

炮孔深度應(yīng)根據(jù)開挖斷面的大小、巖層性質(zhì)、掏槽型式、鉆機型式和掘進(jìn)循環(huán)作業(yè)時間進(jìn)行選擇。加大炮孔深度可以提高掘進(jìn)速度，相應(yīng)的裝藥爆破、通風(fēng)、出渣等工序的相對時間減少，單位時間內(nèi)的進(jìn)尺即可加快。

3 鉆孔爆破循環(huán)作業(yè)

用鉆孔爆破法開挖地下建筑物，每掘進(jìn)一次，主要工序有鉆孔準(zhǔn)備、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)排煙、安全檢查、出渣、延長運輸線路和風(fēng)水電管線等。掘進(jìn)一次的工序組合稱為循環(huán)作業(yè)。在一晝夜中的循環(huán)次數(shù)應(yīng)為整數(shù)，因此常采用的循環(huán)時間為4h、6h、8h、12h等，視開挖斷面的大小、圍巖穩(wěn)定的程度和鉆孔出渣設(shè)備的能力等因素來確定。當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較好，有鉆架臺車或多臂鉆車鉆孔，短胃挖掘進(jìn)機或裝載機配自卸汽車出渣時，宜采用深孔少循環(huán)的方式，以節(jié)省輔助工作的時間。若圍巖的穩(wěn)定性較差，用風(fēng)鉆鉆孔，斗車或礦車出渣，宜采用淺孔多循環(huán)的方式，以保證圍巖穩(wěn)定。例如，用氣腿式風(fēng)鉆鉆孔的導(dǎo)洞開挖，循環(huán)進(jìn)尺常取1.8m～2.0m，每班2～3個循環(huán)；小斷面隧洞開挖，若使用鉆架臺車或多臂鉆車時，循環(huán)進(jìn)尺可取3m～5m，每班完成一個循環(huán)。

循環(huán)進(jìn)尺是循環(huán)作業(yè)計劃的核心。在確定循環(huán)進(jìn)尺時，通常是根據(jù)圍巖條件、鉆孔出渣設(shè)備的能力，初步選定掘進(jìn)深度，計算鉆孔、裝藥爆破、出渣、臨時支護(hù)等工序的時間，然后按班或日循環(huán)次數(shù)為整數(shù)的原則，再修改初選進(jìn)尺，直到滿足正常班次的循環(huán)作業(yè)。

3.1 鉆爆作業(yè)

鉆孔爆破是平洞掘進(jìn)的主要工序。鉆孔爆破的質(zhì)量對平洞的開挖規(guī)格、爆破效率和施工安全影響極大。因此，鉆爆作業(yè)應(yīng)保證鉆爆設(shè)計的要求。鉆孔作業(yè)所花時間一般占循環(huán)時間的1/4～1/2起，因此選用高效率的鉆孔機械是加快平洞掘進(jìn)進(jìn)尺的一項重要措施。鉆孔機械有風(fēng)鉆和鑿巖臺車。鉆孔前難備工作有工作面的清理、測量放線布孔、風(fēng)水電管線的延長以及鉆機檢查。一旦進(jìn)入鉆孔作業(yè)，應(yīng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，直到鉆孔結(jié)束。鉆孔結(jié)束后應(yīng)吹孔，吹盡孔中殘余巖粉，按爆破設(shè)計要求裝藥、堵塞和連接引爆線路，查合格，人員、設(shè)備撤離到安全區(qū)域后方可起爆。

3.2 出渣運輸

出渣運輸是平洞開挖中最費時、費力的工作，一般占循環(huán)時間的1/3～1/2，同鉆孔作業(yè)一樣，是控制掘進(jìn)速度的關(guān)鍵。因此，必須做好以下工作：合理選擇配套的裝渣運輸設(shè)備和數(shù)量；規(guī)劃好洞內(nèi)外運輸線路和棄渣場地：制定可靠的施工組織措施和安全運行措施。

3.3 臨時支護(hù)

洞室開挖后，圍巖形成新的應(yīng)力狀態(tài)，在圍巖穩(wěn)定性較差的洞室，容易發(fā)生坍塌或巖塊松動跌落，產(chǎn)生安全事故。所以應(yīng)根據(jù)地層條件、洞室斷面、開挖方式和圍巖裸露時間等因素，進(jìn)行必要的臨時支鏟。臨時支護(hù)的形式很多，可分為傳統(tǒng)的構(gòu)架式支撐和錨噴支護(hù)兩類。噴混凝土和錨桿支護(hù)是一種臨時性和水久性結(jié)合的文護(hù)形式，應(yīng)優(yōu)先采用。

3.4 輔助作業(yè)

地下工程施工的輔助作業(yè)有通風(fēng)、防塵、消煙、排水、照明和風(fēng)水電供應(yīng)等工作，做好這些輔助作業(yè)，可以改善施工人員工作環(huán)境，加快施工進(jìn)度。

[1]張禧華，黃志洲.深水鉆孔爆破施工及控制探討[J].科技信息，2010(7)：675-747.

[2]付天杰，趙海龍.大直徑淺孔控制爆破技術(shù)研究[J].中國科技信息，2010(9)：77-78.