青海省扎毛水庫導流洞上半洞爆破開挖施工方案分析

沈磊 李濤

摘要 以青海省扎毛水庫導流洞工程為實例，探討了上半洞爆破施工設(shè)計方案中各項爆破參數(shù)的計算方法，并對多種爆破施工方案進行篩選，結(jié)合以往多次爆破施工經(jīng)驗與多次爆破試驗結(jié)果，確定了最佳爆破施工方案，實施后取得良好的爆破效果。該設(shè)計施工工程開挖質(zhì)量符合要求，在工期和施工進度上得到業(yè)主和監(jiān)理單位一致好評。此操作過程可以為類似工程爆破方案選擇和優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞 導流洞；施工；爆破；方案

中圖分類號 S277 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05329-03

隧洞開挖爆破設(shè)計方案的正確選擇是決定隧洞施工成敗的關(guān)鍵因素，直接影響隧洞開挖的進度、質(zhì)量和爆破效果。在扎毛水庫導流洞上半洞的施工過程中，理論計算的爆破參數(shù)在實踐中應(yīng)用效果并不是很理想，借鑒專業(yè)施工隊伍的工作經(jīng)驗和多次爆破試驗對爆破設(shè)計方案進行調(diào)整后，取得了良好的爆破效果。文章主要對導流洞上半洞開挖過程的爆破施工方案進行分析與探討，并對最佳爆破施工過程做出詳細描述以期為類似工程的施工方案選擇與優(yōu)化提供參考。

1 工程概況

扎毛水庫位于青海省黃南州扎毛鄉(xiāng)境內(nèi)黃河一級支流隆務(wù)河上，是隆務(wù)河上游的龍頭水庫，也是集農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、發(fā)電為一體的綜合利用工程。主要建筑物為攔河大壩、溢洪洞、導流洞、發(fā)電洞及發(fā)電廠房等。在大壩填筑前，必須先進行施工導流，導流洞位于大壩右壩坡坡腳處，進口底板高程為2 779.0 m，出口底板高程為2 778.1 m，設(shè)計洞徑5.0×7.9 m，洞內(nèi)坡降為1/200，導流洞長184.87 m。山體自然坡度36°～45°，進口段岸坡為62°左右。洞室最大高差89 m左右。整體邊坡較穩(wěn)定，地表植被較發(fā)達，洞軸線走問NE85°。

2 立地概況

導流洞圍巖巖性為三疊系中統(tǒng)青灰-黑灰色中厚-厚層細粒長石砂巖夾黑灰色粉砂巖、板巖，地位方位：NW276°，SW<57°，巖體裂隙較發(fā)達，多為層狀結(jié)構(gòu)，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ～Ⅳ級，強風化層厚度3～5 m，弱風化層厚度5～6 m?？傮w巖體較為完整，但出口段強風化層巖體完整性差，多為層狀-碎裂結(jié)構(gòu)。

3 施工方案選擇

導流洞開挖施工采用目前比較流行和實用的鉆爆法。因?qū)Я鞫磾嗝孑^大，根據(jù)施工總進度安排和地質(zhì)情況，采用分期、分段開挖方法。先開挖洞室上半部分共6.0 m高，采用光面爆破施工方案。待上半洞噴錨支護完畢后再進行下半洞開挖，以保證下半洞的施工安全[1]。由于洞身較短，不需設(shè)施工支洞，僅從洞進出口兩個掌子面施工。下半洞高3.3 m，擴挖采用2次鉆爆成型的施工方法，一次鉆爆為中部拉槽，預(yù)留側(cè)墻及底板光爆層；2次鉆爆為光爆層爆破，一次成型。

4 上半洞理論爆破設(shè)計方案

導流洞上半洞在開挖前，先進行上半洞理論爆破設(shè)計，設(shè)計過程如下：

4.1 爆破參數(shù)的選擇 隧洞鉆孔爆破基本參數(shù)包括單位巖體炸藥消耗量q，單孔裝藥量qd，工作面總鉆孔數(shù)量N，一次開挖循環(huán)炸藥量Q，周邊孔平均炸藥量qp，輔助孔平均炸藥量qn，掏槽孔炸藥量qcut，參數(shù)計算公式根據(jù)《水利水電工程施工手冊》（第二卷）土石方工程中所述選用[2]。

巖石單位耗藥量q，隧洞斷面在4～100 m2，按經(jīng)驗公式：

4.2 理論爆破設(shè)計方案掏槽方式選擇及底孔布置 根據(jù)洞身的工程地質(zhì)條件，采用楔形掏槽方式[3]。第一層掏槽孔傾斜角度為60°左右，深度為2.4 m；第2層掏槽孔傾斜角度75°左右，深度為2.2 m；底孔向下傾斜15°鉆孔，鉆孔布置如圖1所示。

圖1 導流洞上半洞理論爆破設(shè)計方案布置4.3 理論爆破設(shè)計方案的布孔及裝藥量 因工程現(xiàn)場用的是2#硝銨巖石炸藥，單支藥量為0.15 kg，裝藥量在理論計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)藥卷數(shù)量進行略微調(diào)整，各孔裝藥量如表1所示。根據(jù)計算，上半洞斷面面積34.57 m2，按每個循環(huán)進尺2 m計算，實際裝藥量84 kg，比理論計算的裝藥量83.74 kg，多0.26 kg。各炮孔布置如圖1所示。

4.4 理論設(shè)計爆破方案的實施效果 理論爆破設(shè)計方案經(jīng)過2～3次爆破試驗后，發(fā)現(xiàn)實施效果并不是很好，隧洞周邊出現(xiàn)局部超挖和欠挖情況，底部起爆后高低不平，達不到設(shè)計高程，每個循環(huán)進尺在1.6～1.8 m，炮孔保存率在20%左右，與預(yù)期理想效果相差較遠。

5 爆破設(shè)計方案調(diào)整過程及實施效果

根據(jù)施工隊伍多年施工經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)場爆破試驗，項目部總工、施工技術(shù)人員與爆破組長共同分析認為：總體裝藥量比較合適，周邊孔布置也合理。應(yīng)適當調(diào)整掏槽孔、掏槽輔助孔、周邊輔助孔和底邊孔的個數(shù)、位置和裝藥量，以及調(diào)整非毫秒雷管的段位。

5.1 實際爆破施工方案選擇 在前3次爆破試驗失敗后，又經(jīng)過多次爆破試驗和計算，對炮孔布置和間、排距進行調(diào)整。其中單位巖體炸藥消耗量q，單孔裝藥量qd，工作面總鉆孔數(shù)量N，一次開挖循環(huán)炸藥量Q，周邊孔平均炸藥量qp與原設(shè)計方案保持不變，只是將位置和間、排距進行了調(diào)整。將掏槽孔的數(shù)量調(diào)整為10個，底邊孔的數(shù)量調(diào)整為7個，相應(yīng)輔助孔平均炸藥量qn仍按如下經(jīng)驗公式進行計算：

5.2 實際施工中掏槽方式和底孔選擇 在施工過程中，根據(jù)洞身的工程地質(zhì)條件，施工中仍采用楔形掏槽方式，第一層掏槽孔傾斜角度為60°左右，深度為2.4 m；第2層掏槽孔傾斜角度75°左右，深度為2.2 m，底孔向下傾斜15°鉆孔。鉆孔布置如圖2所示。 因工程現(xiàn)場炸藥單支藥量為0.15 kg，裝藥量實際施工過程中，進行略微調(diào)整，各孔實際爆破參數(shù)如表2所示。根據(jù)計算，上半洞斷面面積34.57 m2，實際裝藥量41.85 kg/m，比理論計算的裝藥量83.74 kg少0.04 kg。

5.3 調(diào)整后的爆破效果 經(jīng)過多次爆破試驗后，證明圖2和表2中的炮孔布置和相應(yīng)的爆破參數(shù)是導流洞上半洞爆破開挖的最佳方案，隧洞周邊出現(xiàn)超挖控制在10 cm以內(nèi)，底部達到設(shè)計高程且比較平整，炮孔保存率在70%～80%左右，每個循環(huán)的進尺都在2 m左右。達到了預(yù)期的理想效果。

6 理論爆破方案與調(diào)整后爆破方案的對比分析

將導流洞理論爆破參數(shù)與調(diào)整后實際爆破參數(shù)進行對比（表3），理論設(shè)計爆破效果差的原因分析如下：一是掏槽孔間距大、布局不合理、裝藥量少、起爆后臨空面不足等引起隧洞周邊欠挖；二是底邊孔的間距過大，爆破后底部不平整；三是輔助孔布局及裝藥量不合理，導致炮孔保存率低，局部有超欠挖現(xiàn)象。

以上分析表明，理論計算的爆破設(shè)計方案并不是一成不變的，可根據(jù)工程實際地形、地質(zhì)條件，因地制宜，調(diào)整爆破設(shè)計方案，將會在工作量基本相同的情況下，取得不同的效果。

7 結(jié)束語

青海省扎毛水庫導流洞上半洞開挖采用光面爆破法施工，項目部選擇有經(jīng)驗的施工隊伍，在隧洞開挖前進行多次爆破試驗，將理論計算的爆破設(shè)計參數(shù)在實踐的基礎(chǔ)上進行適當調(diào)整，使爆破設(shè)計方案達到最佳效果。洞身開挖日進尺達5 m，洞身沒有欠挖，超挖平均控制在10 cm以內(nèi)，開挖質(zhì)量符合設(shè)計要求。在工期、質(zhì)量和進度上，得到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評，也為類似工程的爆破方案的選擇和優(yōu)化提供參考。

參考文獻

[1] 王昌林.錦屏二級水電站引水隧洞鉆爆法開挖技術(shù)[J].貴州水力發(fā)電，2011，25（6）：17-20.

[2] 《水利水電工程施工手冊》編委會.水利水電工程施工手冊（第2卷）[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3] 翁國勇，葛建波，李強.楔形掏槽和直眼掏槽技術(shù)在朗外河電站引水隧洞開挖爆破中的應(yīng)用比較[J].水利水電技術(shù)，2008，39（3）：52-56.42