引水隧洞爆破開挖施工技術(shù)

【摘要】某引水隧洞全長(zhǎng)11.3km，馬蹄形斷面，圓弧段洞徑7.0m，底寬4.7m；縱坡i=0.01%。隧洞巖性：流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖，花崗閃長(zhǎng)巖，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，本工程洞挖工程量共計(jì)約60萬(wàn)m3，為完成主洞開挖，共布置4條施工支洞。

【關(guān)鍵詞】馬蹄形；引水隧洞；爆破開挖；設(shè)計(jì)；施工

1、工程概況

主洞全長(zhǎng)11.3km，馬蹄形斷面，圓弧段洞徑7.0m，底寬4.7m，縱坡i=0.01%。主洞隧洞沿線穿過(guò)的地形為構(gòu)造侵蝕的中低山、丘陵地貌、地形破碎、沖溝發(fā)育。隧洞巖性：流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖，花崗閃長(zhǎng)巖，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，全洞中Ⅰ～Ⅱ類圍巖占4.3%；Ⅱ類圍巖占49.7%；Ⅲ類圍巖占30.6%；Ⅳ類圍巖占15.4%。本工程洞挖工程量共計(jì)約60萬(wàn)m3。

2、施工方案

主洞分上下半洞開挖，下半洞開挖高度3m，其余為上半洞開挖高度，施工時(shí)先開挖上半洞，待上半洞貫通后再進(jìn)行下半洞開挖。

采用鉆爆法開挖方案，按新奧法原理組織施工。洞身段堅(jiān)持“先治水、管超前、弱爆破、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤觀測(cè)”的施工原則。

主洞上半洞Ⅴ類圍巖采用預(yù)留核心土環(huán)形開挖，Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ類圍巖采用上半洞全斷面一次開挖。

主洞上半洞開挖采用兩臂鉆和手風(fēng)鉆造孔，Ⅱ、Ⅲ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺3.5～3.8m，計(jì)劃日進(jìn)尺7.2m，月進(jìn)尺180m；Ⅳ類圍巖循環(huán) 進(jìn)尺2.5m，計(jì)劃日進(jìn)尺3.8m，月進(jìn)尺95m，Ⅴ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺1.2～1.5m，計(jì)劃日進(jìn)尺2.2m，月進(jìn)尺60m；控制爆破段Ⅱ、Ⅲ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺2.5m，計(jì)劃日進(jìn)尺5m，月進(jìn)尺125m；Ⅳ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺2.0m，計(jì)劃日進(jìn)尺3.0m，月進(jìn)尺75m，Ⅴ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺1.2～1.5m，計(jì)劃日進(jìn)尺2.2m，月進(jìn)尺60m；炸藥采用2#巖石硝銨炸藥，有水時(shí)采用乳化炸藥，非電毫秒導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)、電雷管起爆，周邊采用光面爆破控制超、欠挖。開挖渣料全部采用ZL50側(cè)翻裝載機(jī)裝渣，15t自卸汽車運(yùn)輸至指定的棄渣場(chǎng)，220HP推土機(jī)平渣。主洞下半洞開挖采用手風(fēng)鉆造水平孔，孔排距1.2×0.8m，循環(huán)進(jìn)尺4m，日進(jìn)尺10m，月進(jìn)尺250m。炸藥采用2#巖石硝銨炸藥，有水時(shí)采用乳化炸藥，非電毫秒導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)、電雷管起爆，周邊采用光面爆破控制超、欠挖。開挖渣料全部采用ZL50側(cè)翻裝載機(jī)裝渣，反鏟配合清底，15t自卸汽車運(yùn)輸至指定的棄渣場(chǎng)，220HP推土機(jī)平渣。

3、施工方法

（1）施工測(cè)量

洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量采用全站儀進(jìn)行。施工測(cè)量一般采用全站儀配水準(zhǔn)儀進(jìn)行。每次爆后進(jìn)行洞室中心線、設(shè)計(jì)線測(cè)放，并根據(jù)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)點(diǎn)布孔位。定期進(jìn)行洞軸線的全面檢查、復(fù)測(cè)，確保測(cè)量控制工序質(zhì)量。

（2）主洞爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件提供地質(zhì)資料，主洞洞身的圍巖主要是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ類圍巖。以主洞Ⅲ、Ⅳ類圍巖上半洞為例進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明。

1）鉆孔布置炮孔布置原則為便于提高機(jī)械鉆孔效率；提高炸藥能量利用率、以降低炸藥用量；減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，控制好開挖輪廓。主洞上半洞Ⅲ類圍巖開挖炮孔設(shè)計(jì)布置見圖一。

2）起爆順序如下框圖：

掏槽孔——崩落孔——底孔——周邊孔掏槽孔、崩落孔和底孔采用非電毫秒雷管起爆，其中掏槽孔用1段，主爆孔用3、5、7、8、9段，周邊光爆孔采用間隔裝藥，導(dǎo)爆索起爆，11段非電毫秒雷管孔外延時(shí)爆破，底孔采用13段毫秒導(dǎo)爆管。

3）主洞上半洞Ⅲ、Ⅳ類圍巖初擬爆破參數(shù)見表1、2。Ⅱ～Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間見表3。

4）主洞下半洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)：周邊光爆孔φ42mm，孔距0.5m，孔深4m；水平孔φ42mm，孔深4m，孔排距1.2×0.8m，第一排孔距臨空面1.4m，單耗0.5kg/m3。

（3）爆破試驗(yàn)

石方洞挖在開挖時(shí)，要結(jié)合生產(chǎn)首先進(jìn)行爆破試驗(yàn)，以確定準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、安全的爆破參數(shù)。爆破試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：①爆破器材性能檢測(cè)試驗(yàn)；②邊墻光面預(yù)裂爆破控制試驗(yàn)；③掏槽孔的型式；④開挖進(jìn)尺及孔排距；⑤開挖爆破網(wǎng)絡(luò)的裝藥量、封堵長(zhǎng)度等試驗(yàn)；⑥爆破石渣級(jí)配和塊度情況。

試驗(yàn)前首先制定試驗(yàn)大綱，根據(jù)其要求選定試驗(yàn)部位，每組試驗(yàn)項(xiàng)目初定三次，通過(guò)外觀檢查等手段獲取試驗(yàn)成果清單，并 對(duì)清單進(jìn)行詳細(xì)分析以確定準(zhǔn)確的爆破參數(shù)。

光面爆破和預(yù)裂爆破效果應(yīng)達(dá)到以下要求：殘留炮孔痕跡應(yīng) 在開挖輪廓面上均勻分布；炮孔痕跡保存率：完整巖石在80%以上，較完整和完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎巖石不小于20%；相鄰兩孔間的巖面平整，孔壁不應(yīng)有明顯的爆震裂隙；相鄰兩茬炮之間的臺(tái)階或光爆爆破孔的最大外斜值，不應(yīng)大于5cm；周邊孔應(yīng)在斷面輪廓線上開孔，沿輪廓線的調(diào)整范圍和掏 槽孔的孔位偏差不應(yīng)大于5cm，其它炮孔孔位的偏差不得大于10cm。

（4）鉆爆施工

測(cè)量布孔完成后，鉆孔設(shè)備就位開始施鉆。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規(guī)定的同一個(gè)鉛直斷面上；為了減少超挖，周邊孔的外偏角控 制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度。光爆孔及掏槽孔的偏差不得大于5cm，其它炮孔孔位偏差不得大于10cm。

采用光面爆破是控制洞室開挖尺寸的重要手段，光爆的好壞將直接決定洞室開挖斷面的優(yōu)劣，因此合理選用優(yōu)良的鉆孔設(shè)備、挑選熟練的鉆工，嚴(yán)格鉆孔精度是保證開挖質(zhì)量的前提。鉆孔與裝藥合用一臺(tái)自行式高空作業(yè)平臺(tái)車進(jìn)行。

（5）裝藥、連線、起爆

裝藥采用自制移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)車，施工人員可以方便、安全的 在高空作業(yè)平臺(tái)車上完成布孔、裝藥等工序。裝藥前用高壓風(fēng)沖 掃孔內(nèi)，炮孔經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行裝藥爆破；炮孔的裝藥、 堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)，由考核合格的炮工嚴(yán)格按爆破圖的規(guī)定 進(jìn)行，裝藥嚴(yán)格遵守爆破安全操作規(guī)程。掏槽孔由熟練的炮工負(fù) 責(zé)裝藥，光爆孔用小藥卷捆綁于竹片上間隔裝藥。掏槽孔、擴(kuò)槽 孔和其它爆破孔裝藥要密實(shí)，堵塞良好，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)圖（爆破參數(shù)實(shí)施過(guò)程不斷調(diào)整優(yōu)化）進(jìn)行裝藥、用非電雷管聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)，最后由炮工和值班技術(shù)員復(fù)核檢查，確認(rèn)無(wú)誤，撤離人員和設(shè)備，炮工負(fù)責(zé)引爆。

（6）通風(fēng)散煙及除塵開挖施工過(guò)程中一直啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，利用已形成的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行排煙除塵，保證在放炮后規(guī)定時(shí)間內(nèi)將有害氣體濃度降到允許范圍內(nèi)。爆破散煙結(jié)束后，對(duì)開挖面爆破渣堆灑水除塵。

（7）安全處理由專職安全員全過(guò)程監(jiān)控。爆破后，用反鏟（或人工）清除掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊，保證進(jìn)入人員及設(shè)備的安全，巖面破碎洞段在進(jìn)行安全處理后，可先噴一層5cm厚混凝土，出渣后再次進(jìn)行安全檢查及處理。在施工過(guò)程中，經(jīng)常檢查已開挖洞段的圍巖穩(wěn)定情況，清撬可能塌落的松動(dòng)巖塊。

（8）出渣及清底

施工支洞和主洞均采用3m3側(cè)卸式裝載機(jī)裝，15t自卸汽車運(yùn)輸至指定棄渣場(chǎng)。出渣完畢后使用反鏟或人工清出工作面積渣，為下一循環(huán)鉆爆作業(yè)做好準(zhǔn)備。

每排炮開挖結(jié)束后，對(duì)穩(wěn)定性差的局部巖體及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)，圍巖好地段系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)及噴混凝土可滯后開挖作業(yè)施工。

結(jié)束語(yǔ)：

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，本爆破施工方案滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，施工過(guò)程經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化，爆破效果及施工進(jìn)度滿足總工期要求，得到業(yè)主及監(jiān)理的認(rèn)可。