前坪水庫導(dǎo)流洞工程洞身段石方爆破開挖專項(xiàng)技術(shù)探討

□張 林（河南省水利第二工程局）

前坪水庫導(dǎo)流洞工程洞身段石方爆破開挖專項(xiàng)技術(shù)探討

□張 林（河南省水利第二工程局）

前坪水庫導(dǎo)流洞工程洞身段巖體以Ⅲ類圍巖為主，現(xiàn)場采用爆破開挖。結(jié)合現(xiàn)場水文地質(zhì)和施工技術(shù)條件，最終確定開挖分上部圓弧段和下部直墻段2部分，2部分同時(shí)起爆，一次將導(dǎo)流洞上層爆破成設(shè)計(jì)斷面。在實(shí)施爆破施工前，合理選擇起爆材料及堵塞材料，詳細(xì)確定爆破參數(shù)及洞身段石方起爆網(wǎng)絡(luò)。

前坪水庫；導(dǎo)流洞工程；石方爆破；專項(xiàng)技術(shù)方案

1 工程概況

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9km的前坪村，是1座總庫容5.84億m3的大（2）型水庫。導(dǎo)流洞布置在大壩右岸山體，工程包括進(jìn)口明渠段、控制段、洞身段、消能工段及尾水渠段5部分。導(dǎo)流洞軸線總長度約1 128 m，其中洞身段長341 m，洞身采用城門洞型，斷面尺寸為7 m×7.20 m＋2.60 m（寬×直墻高＋拱高）。

2 施工方法及程序

經(jīng)地質(zhì)勘測洞身段巖體Ⅲ類圍巖為主。該標(biāo)段洞身段石方洞挖采用爆破法。項(xiàng)目部計(jì)劃采取潛孔鉆車進(jìn)行深孔臺(tái)階爆破、輪廓預(yù)裂控制爆破，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行保護(hù)層爆破、溝槽等部位開挖施工，對于局部出現(xiàn)的少量欠挖將采取風(fēng)鎬剝除。導(dǎo)流洞上層開挖施工，風(fēng)水電管線路延伸至工作面，開挖分上部圓弧段和下部直墻段2部分，直墻段采用多級復(fù)式楔形掏槽。2部分同時(shí)起爆，一次將導(dǎo)流洞上層爆破成設(shè)計(jì)斷面。上層開挖超前進(jìn)行，采用全斷面法開挖，待開挖進(jìn)尺60～80m以上時(shí)，下層臺(tái)階也可以和上層同時(shí)進(jìn)行開挖，形成上層、下層2個(gè)工作面，加快施工進(jìn)度。下層臺(tái)階采用半幅開挖，半幅留作路腿的開挖方式，路腿供上層開挖行走使用（半幅路腿路面寬4m左右）；半幅開挖和半幅路腿交替進(jìn)行：即半幅開挖至一定長度后，把開挖的半幅改作路腿使用，然后再進(jìn)行原來的半幅路腿開挖，2者交替進(jìn)行，既開挖施工，又確保通往上層的路腿暢通。

3 起爆材料及堵塞材料

炸藥采用2#巖石硝銨炸藥或乳化炸藥，起爆網(wǎng)絡(luò)雷管采用非電毫秒延期雷管和導(dǎo)爆索組成非電起爆網(wǎng)絡(luò)，所有爆孔堵塞材料均采用半干黃土或就近采用巖粉堵塞。

4 爆破參數(shù)

爆破參數(shù)計(jì)算要根據(jù)以往爆破經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，待現(xiàn)場爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化后正式用于開挖爆破。在工程實(shí)際施工時(shí)，爆破參數(shù)根據(jù)巖石情況、開挖斷面，并結(jié)合以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)，采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選取確定。

5 上層洞爆破參數(shù)

導(dǎo)流洞洞身段上層開挖炮孔布置及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)詳見圖示：

圖1 導(dǎo)流洞上層開挖炮孔布置圖

圖2 導(dǎo)流洞上層開挖炮孔布置剖面圖

5.1 孔徑與藥徑

開挖斷面寬度B=8.60 m（其他斷面時(shí)可對以后的參數(shù)略有變動(dòng)），上層洞高5 m，其中圓弧段拱高2.60 m，直墻段墻高2.40 m。采用VT28氣腿式風(fēng)鉆機(jī)，鉆孔直徑D=40 mm，除掏槽孔外，所有炮孔均基本垂直于撐子面，鉆水平孔。采用2#巖石粉狀乳化炸藥，藥卷直徑d=32 mm。周邊光炮孔炸藥采用小直徑2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑Φ=23 mm。

5.2 炮孔布置與炮孔數(shù)量

炮孔分為掏槽孔、輔助擴(kuò)大孔、周邊孔、底孔、崩落孔及光爆孔等。

炮孔個(gè)數(shù)N=qs/rη=1.44*33.12/0.78*0.75=82個(gè)孔左右

式中：N—炮孔個(gè)數(shù)；qs—炸藥單位耗值，單位kg/m3，q= 1.44 kg/m3；S—開挖斷面面積，單位m2，S=33.12 m2；r—線裝藥密度，取0.78 kg/m；η—炮孔裝藥系數(shù)，取平均值為0.75。炮眼布置，先布置掏槽孔、周邊光爆孔，然后底板孔、輔助擴(kuò)大孔，最后布置崩落孔。

5.3 炮孔間距與裝藥量

5.3.1 掏槽孔間距

由于導(dǎo)流洞掌子面只有1個(gè)自由面。爆破條件差，為了提高爆破效率，就要?jiǎng)?chuàng)造第2個(gè)自由面，在工作面中下部布置傾斜楔形掏槽孔，爆破時(shí)首先起爆，拋出石渣，在工作面中形成一個(gè)槽口，即開創(chuàng)了第2個(gè)自由面，為其余炮孔爆破創(chuàng)造有利條件。掏槽孔呈水平對稱布置3排。掏槽孔與工作面夾角θc=67°左右。同排2個(gè)掏槽孔孔底間距acd=0.20 m，上下相鄰兩排炮孔間ac=12D=12*0.04=48 cm取50 cm。

5.3.2 輔助擴(kuò)大孔間距

輔助擴(kuò)大孔是為了進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽孔的空腔體積而布置的炮孔，即二圈孔，炮孔角度大致垂直與工作面。輔助擴(kuò)大孔間距af=20D=20*4=80 cm。

5.3.3 崩落孔

當(dāng)輔助擴(kuò)大孔進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽體積后，形成了較好的第2個(gè)自由面，這時(shí)爆破即可按正常的崩落法爆破巖體。崩落孔間距ab=25D=25*0.04=1 m。

5.3.4 底孔間距

為避免欠挖，清除底坎，增加底孔的裝藥量，按Φ32藥卷連續(xù)裝藥，底孔間距ad=18D=18*4=72 cm取70 cm。

5.3.5 周邊光炮孔間距

周邊光爆孔是采用光面爆破技術(shù)施工在兩邊墻及拱頂進(jìn)行爆破，可以提高保留巖體的平整度，保護(hù)圍巖少受爆破破壞影響。周邊光炮孔間距ag2=13D=13*4=52 cm取50 cm，光爆面爆破的最小抵抗線Wg=1.40 ag=1.40*5=70 cm。

5.3.6 炮孔深度

除掏槽孔孔底加深0.20 m之外，其余炮孔的孔深均為Ls=L=1/3B=1/3*8.60=2.80 m。掏槽孔孔長Lcs=（Ls+0.20）/sinθ=（2.8+0.2）/sin67。=3.50 m。B為斷面寬度B=8.60 m。

5.3.7 炸藥單耗值q

參考延時(shí)特性，斷面尺寸，炮孔直徑，孔深等因素和以往的經(jīng)驗(yàn)，選定炸藥單耗值q=1.44kg/m3，光爆孔淺裝藥密度rg= 0.42 kg/m。

5.3.8 裝藥系數(shù)

裝藥系數(shù)是裝藥深度與炮孔深度之比。根據(jù)巖石堅(jiān)硬程度選定：掏槽孔裝藥系數(shù)ηc=0.85；輔助孔裝藥系數(shù)ηf=0.75；崩落孔裝藥系數(shù)ηb=0.70；底孔裝藥系數(shù)ηd=0.78；光炮孔裝藥系數(shù)ηg=0.82。

5.3.9 線裝藥密度與偶合系數(shù)

掏槽孔、輔助孔、底孔、崩落孔的線裝藥密度rp=0.78 kg/m。周邊光炮孔采用藥卷直徑 Φ2=23 mm，線裝藥密度 rg= 0.42kg/m；光炮孔不耦合系數(shù)βg=D/Φ2=40/2.3=17.40。

5.3.10 單孔裝藥量

掏槽孔單孔裝藥量Qc=ηcLcsrp=0.85*3.50*0.78=2.32kg/孔；

輔助孔單孔裝藥量Qf=ηfLrp=0.75*2.80*0.78=1.64 kg/孔；

崩落孔單孔裝藥量Qb=ηbLrp=0.70*2.80*0.78=1.53kg/孔；

底孔單孔裝藥量Qd=ηdLrp=0.78*2.80*0.78=1.70 kg/孔；

周邊光炮孔單孔裝藥量Qg=ηgLrg=0.82*2.80*0.42=0.95kg/孔。

5.3.11 堵塞長度

按L(炮孔長度)-ηL（裝藥長度）計(jì)算：

掏槽孔單孔堵塞長度 Lcd=Lca-ηcLcs=3.50-0.85*3.50= 0.52 m；

輔助孔單孔堵塞長度Lfd=L-ηfL=2.80-0.75*2.80=0.70 m；

崩落孔單孔堵塞長度Lbd=L-ηbL=2.80-0.70*2.80=0.84 m；

底孔單孔堵塞長度Ldd=L-ηdL=2.80-0.78*2.80=0.60 m；

周邊光炮孔單孔堵塞長度Lgd=L-ηgL=2.80-0.82*2.80= 0.50 m。

5.3.12 總裝藥量

22個(gè)掏槽孔總裝藥量Qcz=nQc=22*2.32=51.04 kg；

12個(gè)輔助孔總裝藥量Qfz=nQf=12*1.64=19.68 kg；

10個(gè)崩落孔總裝藥量Qbz=nQb=10*1.53=15.30 kg；

13個(gè)底孔總裝藥量Qdz=nQd=13*1.70=22.10 kg；

27個(gè)光炮孔總裝藥量Qgz=nQg=27*0.95=25.73kg；

每一循環(huán)總裝藥量Qz=51.04+19.68+15.30+22.10+25.73= 133.85 kg。

6 下層洞鉆爆爆破參數(shù)

6.1 爆破設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞下層開挖，鉆孔直徑為D=40 mm；鉆控傾角θ，水平鉆孔垂直于工作面；炸藥單耗值q=0.541kg/m3，炮孔深度L= 1/2.50B=1/2.5*8.60=3.44取 3.50 m；炮孔孔距 a=26D=26*4= 104 cm取105 cm。利用上層開挖后底板形成的臨空面一次爆破成形，崩落孔按等間距布置，最上面第一排崩落孔距臨空面距離為最小抵抗線：W=30D=30*0.04=1.20 m；排距b=0.85W=0.85* 1.20=98 cm取100 cm。為了保證開挖質(zhì)量，周邊孔采用光面爆破，孔距以a=12D=12*4=48 cm，取50 cm炮孔深度等于L=3.50 m，炮孔裝藥選用粉狀乳化炸藥，崩落孔用直徑Ф32 mm藥卷連續(xù)裝藥，周邊孔選用Ф22光爆藥卷，導(dǎo)爆索連線間斷裝藥。光炮孔參數(shù)同上層開挖。炮孔孔口堵塞長度Ld=1a=1*50=50 cm。各炮孔之間采用塑料導(dǎo)爆管串、并連成起爆網(wǎng)絡(luò)毫秒微差爆破。導(dǎo)流洞下層開挖炮孔布置及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)詳見圖3:

6.2 爆破參數(shù)

導(dǎo)流洞下層開挖鉆爆技術(shù)參數(shù)如下：崩落孔：炮孔個(gè)數(shù)31個(gè)，炮孔長度3.50 m，藥卷直徑Φ32，堵塞長度1.10 m，單孔裝藥1.87kg，總裝藥量57.97kg。光爆孔：炮孔個(gè)數(shù)22個(gè)，炮孔長度3.50 m，藥卷直徑Φ23，堵塞長度0.50 m，單孔裝藥1.25 kg，總裝藥量27.50 kg。底板孔：炮孔個(gè)數(shù)9個(gè)，炮孔長度3.50 m，藥卷直徑Φ32，堵塞長度1 m，單孔裝藥1.95 kg，總裝藥量17.55 kg。

7 洞身段石方起爆網(wǎng)絡(luò)

采用非電毫秒延期雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，第一，上層洞挖裝藥時(shí)，每孔孔內(nèi)裝入一枚相應(yīng)段別的非電毫秒延期雷管，起爆順序?yàn)椋禾筒劭住o助擴(kuò)大孔→直墻段光炮孔→一圈崩落孔→二圈崩落孔→圓弧段光炮孔。每排起爆延遲時(shí)間≥50 ms；第二，下層洞挖，每孔裝入一枚相應(yīng)段別的非電毫秒延期雷管，由上至下逐排一次起爆。每排起爆延遲時(shí)間≥50 ms。

8 石方洞挖爆破安全

洞內(nèi)爆破安全主要是防止飛石和爆炸沖擊波對人員和機(jī)械的傷害。爆破時(shí)起爆人員必須撤離掌子面500 m以外的避炮室內(nèi)進(jìn)行起爆，所有其他人員必須全部撤到洞外安全地帶，以確保安全。

9 結(jié)語

前坪水庫導(dǎo)流洞工程施工中洞身段爆破作業(yè)，是整個(gè)導(dǎo)流洞工程的核心和難點(diǎn)，其專項(xiàng)技術(shù)方案的合理性和有效性對整個(gè)工程質(zhì)量、進(jìn)度起著重要作用。

TV 551.1

B

1673-8853（2016）12-42-03

2016-10-31

（責(zé)任編輯：邢博輝）

張林（1983-），男，工程師，二級建造師，主要從事施工企業(yè)項(xiàng)目建設(shè)管理等工作。