如何利用光面爆破技術(shù)進行復雜地質(zhì)隧洞開挖工作

摘 要：隧洞開挖是一項十分復雜的工程，由于隧洞圍巖巖體類型不同，且地質(zhì)差異性較大，加上復雜的地形等因素的影響，因此采用光面爆破技術(shù)進行復雜地質(zhì)隧洞開挖工作顯得尤為重要。文章以河南某水電站隧洞為例，采用現(xiàn)場試驗與工程類比的方法，對光面爆破在復雜地質(zhì)隧洞開挖工作中的爆破參數(shù)、起爆網(wǎng)路、裝藥結(jié)構(gòu)、爆孔布置、施工方案等進行研究。結(jié)果表明，只要選擇正確的施工方法與科學的爆破參數(shù)，就能在復雜地質(zhì)洞室開挖工作中能取得較好的爆破效果。

關(guān)鍵詞：光面爆破；復雜地質(zhì)；隧洞開挖

光面爆破技術(shù)在隧洞開挖中的應用主要是通過正確的施工方法與科學的爆破參數(shù)，使爆后壁面達到平整規(guī)則，并且輪廓線符合洞室開挖的設計要求[1]。相比于傳統(tǒng)爆破技術(shù)而言，光面爆破技術(shù)最大的優(yōu)勢就是對周邊眼炸藥的爆破，并且有效降低對圍巖的擾動作用，從而大大提高了施工的安全性與圍巖的穩(wěn)定性。光面爆破雖然機理復雜，理論方面也相對不夠成熟，然而在定性分析方面已經(jīng)有了共識。

1 某水電站隧洞工程概述

該水電站引水隧洞的總長度為3441.6m，在引水隧洞的左岸部分為有壓隧洞，該隧洞開挖自Y0+500.00至Y2+037.60，總開挖長度為1475.2m，開挖洞面類型為馬蹄形（頂拱半徑3.5m，側(cè)墻半徑4.3～4.4m）。

該水電站引水隧洞沿線上覆的巖體厚度通暢都大于60m，厚度最大可達220m，洞身大部分位于新鮮的巖體中。由于上覆巖體厚度不大，一般都在30～40m，還有些洞段位于強風化地帶的下段部位，從而導致洞身圍巖總體的穩(wěn)定行并不是很好。由于IV類圍巖需要考慮鉆爆后可能出現(xiàn)的頂拱安全隱患，因而循環(huán)進尺通常控制在2.3～2.5m。而II、III類圍巖的整體性較好，因而循環(huán)進尺通?？刂圃?.8～3.0m。其次，由于引水隧洞襯砌洞段開挖的總長度為1475.2m，且隧洞端面本身尺寸不大，因而可以采用一次全斷面爆破支護方案，并用手風鉆進行洞挖鉆采工作。爆破工作完成后需要人工除險，采用ZL50裝載機出渣，并用裝載量為8t的自卸車進行運輸。

2 光面爆破技術(shù)的應用與方案制定

2.1 火工品選擇。依據(jù)本次爆破工程的充填系數(shù)與成孔直徑，采用乳化炸藥進行爆破，炸藥卷的規(guī)格為半徑16mm，單節(jié)炸藥重量為0.2kg。采用導爆索作為光面爆破導報材料、非電毫秒微差塑料導爆管作為起爆材料，將雷管段數(shù)控制在5～20段。

2.2 鉆孔設備選擇。根據(jù)隧洞端面的具體尺寸，選擇手風鉆鉆孔作為作業(yè)鉆孔，單工作面需要配置6把型號為YT28的氣腿式手風鉆。

2.3 炸藥單耗確定。根據(jù)改水電站引水隧洞圍巖的主要特性，同時考慮到作業(yè)人員所能承受的工作強度，進行最終的爆破設計。可以參照其他圍巖特性相似的隧洞施工經(jīng)驗，II類、III類圍巖炸藥單耗在0.75～1.00kg/m3，IV類圍巖在0.65～0.75kg/m3，斷面越大所用炸藥單耗越小[2]。

2.4 鉆爆設計。依據(jù)引水隧洞鉆具性能與圍巖的特性，選擇四空孔十字形、平行直孔掏槽方式，眼孔的深度至少比輔助眼孔多0.2m。

輔助眼與掏槽眼鉆爆設計方面，單孔裝藥量的計算方式為

Qd=η·r·h

上述式中，Qd表示單孔裝藥量，其單位為kg；η表示炮眼裝藥系數(shù)，主要與巖石堅硬的程度相關(guān)[3]。本次爆破工程中的η值取0.8；r表示每米炸藥的重量，主要依據(jù)炸藥選擇的種類進行確定，單位為kg/m；h表示孔深，單位為m。至于掏槽眼，則應當在單孔裝藥量計算出來的基礎上再增加10%，同時所有輔助眼與掏槽眼都采用連續(xù)裝藥。

在設計光面爆破參數(shù)時，由于該水電站引水隧洞洞徑很小，加上圍巖性質(zhì)也比較特殊，依據(jù)工程類比法進行計算，并且參照其他具有相似圍巖特性的隧洞類型進行爆破參數(shù)的初步選定，并與現(xiàn)場實驗的實際結(jié)果進行結(jié)合，最終確定爆破的參數(shù)值以及制定出科學的施工方法。該水電站引水隧洞的擬定的光面爆破參數(shù)見表1。其中，α表示插入角，D表示孔徑的大小，d表示炸藥卷直徑大小，Dd代表不耦合系數(shù)，E表示的是周邊眼間距，W表示最小周邊眼抵抗線，E/W表示相對距，ρ表示周邊眼線的裝藥密度。

2.5 鉆孔作業(yè)。制定鉆孔方案時，應采用一次全斷面爆破技術(shù)，同時將操作平臺搭設在臺車上作為鉆孔平臺，鉆孔作業(yè)時將其時移至工作面上，光面爆破時則將其運到工作面以外的地方；布置孔眼時，需要對隧洞開挖輪廓線及中線進行測量，并依據(jù)設計圖用油漆畫出；連接起爆網(wǎng)路時，為了使周邊孔能在同一時間起爆，應當使孔外、孔內(nèi)導爆索串聯(lián)，使同段雷管在一起爆破；爆破孔的起爆依據(jù)不同段別的非電微差雷管起爆，通過接力網(wǎng)路、并聯(lián)網(wǎng)路作為孔外網(wǎng)路[4]。

2.6 洞挖支護工程。IV圍巖的支護工程主要依據(jù)地質(zhì)特性采用鋼拱架支護，由于圍巖相對比較破碎，爆破工作完成之后不僅要在第一時間將危巖清理干凈，還要即刻進行開挖工作面的錨桿混凝土噴射、鋼拱架等臨時固定處理[5]；II、III類圍巖由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，支護形式建議采用系統(tǒng)錨桿與掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土方案，同時為了防止爆破工作對支護造成的影響，通?？蓽笳谱用?5m以上。

3 結(jié)束語

光面爆破技術(shù)在復雜地質(zhì)隧洞開挖工作中有著十分重要的作用，只有在優(yōu)化爆破參數(shù)的基礎上采用科學的施工方案，才能取得較好的爆破效果。除此之外，還要對不良地質(zhì)地段進行特殊的施工，從而使整個隧洞開挖爆破工作更加合理、完善。

參考文獻

[1]章春寧.光面爆破技術(shù)在復雜地質(zhì)隧洞開挖中的應用[J].黎明職業(yè)大學學報，2013.

[2]楊玉銀，蔣斌，劉春，等.隧洞開挖爆破超挖控制技術(shù)研究[J].工程爆破，2013，4：21-24+4.

[3]段會平，王志強.富含云母巖體隧洞開挖爆破技術(shù)[J].四川水力發(fā)電，2013，6：8-10+32+156.

[4]蔡葆廉，徐承祥，陳劍.水工長隧洞小斷面開挖爆破施工技術(shù)[J].福建建筑，2010，3：37-38.

[5]許韌初.對長距離水工隧洞爆破施工兩個管理重點的探討[J].吉林水利，2012，2：56-59.

作者簡介：王會生，男，洛陽水利工程局有限公司副總經(jīng)理。