富水隧道泄水洞開挖鉆爆設計與施工技術

續(xù)志勇

摘要： 本文依托茅坪山隧道泄水洞施工，提出了富水隧道泄水洞開挖爆破設計方案，給出了爆破相關設計參數(shù)，并詳細介紹爆破施工工藝及施工操作要點，以期對類似工程提供借鑒。

Abstract： Based on the drain tunnel construction in Maoping mountain tunnel， this paper put forward the discharge tunnel excavation blasting design scheme of the rich water tunnel， gave the design parameters of blasting， and introduced the blasting construction technology and operation points， so as to provide reference for similar projects.

關鍵詞： 泄水洞；爆破設計；施工

Key words： discharge tunnel；blasting design；construction

中圖分類號：TU751.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0122-03

0 引言

隧道光面爆破是指通過正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，分區(qū)分段微差爆破，達到爆破后輪廓線符合設計要求，臨空面平整規(guī)則的一種控制爆破技術，是支撐新奧法原理的重要技術之一。光面爆破技術是隧道超挖控制有效手段之一。但由于隧道工程地質(zhì)條件的復雜多邊形，在實際過程中施工中“光爆不光”、超挖過大、進尺短等現(xiàn)象普遍存在。近年來，光面爆破技術廣泛應用與隧道泄水洞施工，本文依托實際工程應用，采用兩臺階開挖、光面爆破技術，取得良好的應用效果。為此總結施工經(jīng)驗，以期對類似工程提供借鑒。

1 工程概況

茅坪山隧道泄水洞位于云貴高原斜坡地帶，地形總體為中部高四周低，泄水洞穿越區(qū)域全為碳酸鹽巖分布區(qū)，具構造剝蝕～溶蝕槽谷地貌特點。槽谷的發(fā)育多與大型節(jié)理、斷層等構造走向線一致；山體兩側坡麓自然斜坡陡峭，坡角達25～40°，常為地下水的集中排泄和地表沖溝源頭。地下水類型主要有松散土層孔隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水三類。為降低運營期間水害風險，起到排水降壓作用，確保襯砌結構及長期運營的安全。茅坪山隧道進口至左線線路前進方向右側45m處增設泄水洞，全長2390m。光面爆破技術憑借其成型規(guī)整且表面光滑度好的特點在泄水洞施工中得到普遍的應用。本文將就光面爆破技術在泄水洞施工中應用進行闡述。

2 爆破設計

泄水洞Ⅲ、Ⅳ級采用全斷面開挖，Ⅴ級采用兩臺階開挖施工方法。洞身開挖采用光面爆破，如此可有效避免超挖、欠挖和減小爆破對周邊圍巖的不利影響。由于光面爆破的效果受到工程地質(zhì)狀況的很大影響，因此在確定爆破參數(shù)時必須結合工程地質(zhì)實際情況，選擇最佳的爆破設計方案。鉆眼采用鉆孔臺車，掏槽眼采用斜眼掏槽方式。

2.1 鉆孔方案

采用YT-28型鑿巖機鉆孔，鉆孔時按照炮孔布置圖正確鉆孔，嚴格控制炮孔鉆進方向，把誤差減到最小，以確保爆破質(zhì)量。掏槽孔要保證鉆孔角度，周邊孔開眼要在輪廓線內(nèi)5cm，外插腳1°～2°；周邊孔鉆孔誤差環(huán)向不大于5cm，徑向不大于3cm；掏槽孔不大于3cm，其它孔開眼誤差不大于5cm。

2.2 炮眼布置原則

掏槽眼：位于隧道掌子面的中下部，底板眼的上部，為便于打眼一般鉆孔臺架的第一、二層均布設，每層3～5排，間距a=6～12D（D為炮眼直徑）一般為25～50cm，易爆取大值，反之取小值。掏槽眼開口寬度為隧道半幅寬減50cm，眼底間距20cm，與掌子面夾角為55～70°，垂直深度比設計進尺深20cm。

周邊眼：布于隧道的開挖輪廓線上，間距E=8～15D，一般為40～50cm。垂直深度比設計進尺淺20cm，最好為每循環(huán)實際進尺深度。

內(nèi)圈眼：布于周邊眼的內(nèi)側于周邊眼平行，距周邊眼距離W=1.0～1.2E，間距a=20～25D，一般為80～100cm，垂直深度與設計進尺相同。

輔助眼：布于掏槽眼于邊墻內(nèi)圈眼之間的炮眼，根據(jù)斷面大小，一般布設3～5排，炮眼底部排距b=20～35D，一般為80～130cm；間距a=25～35D，一般100～140cm。垂直深度與設計進尺相同。

底板眼：位于隧道低部開挖輪廓線上，間距a=15～20D，一般為70～80cm，垂直深度與設計進尺相同。

3 Ⅴ級圍巖兩臺階開挖炮眼布置圖

以Ⅴ級圍巖兩臺階開挖爆破設計方案為例，其炮眼設置和裝藥量如圖1、圖2和表1所示。

4 施工工藝

4.1 鉆爆作業(yè)施工工藝

施工工藝流程圖如圖3。

4.2 施工工藝要點

4.2.1 鉆孔作業(yè)

鉆孔作業(yè)前，根據(jù)鉆孔設確定臺車臂作業(yè)區(qū)域，各臂鉆孔的順序，風槍鉆孔的配合時段及作業(yè)時間，使鉆孔有序進行。采用多功能臺架鉆孔時，劃定每臺風槍作業(yè)區(qū)域，規(guī)定作業(yè)時間，規(guī)定周邊眼、底眼、掏槽眼開孔偏角及插入角，鉆孔時嚴格按規(guī)定作業(yè)，力求鉆孔方向、位置滿足設計要求，準確控制周邊眼外插角。

用極坐標APS斷面檢測及炮眼定位，先按不同的圍巖斷面尺寸，炮眼布置圖輸入儀器，爆破后輸入相應的里程、斷面，儀器通過光束自動檢測斷面超欠挖，用油漆按投影布點。鉆孔標準需達到準、平、直、齊。

4.2.2 裝藥作業(yè)

開始裝藥作業(yè)前應先用高壓風清孔，確保孔內(nèi)干凈整潔無異物。核對雷管段數(shù)，確認其與設計一致時開始裝藥，要求嚴格依照相關規(guī)范標準進行裝藥操作，合理控制藥量。裝藥時，為了防止拉雷管或破損導爆管，藥裝到孔底，起爆藥包用炮棍緩慢送入。裝藥過程中在孔外導爆管上標注雷管段數(shù)，復核雷管段是否存在異常，并核對裝藥長度及藥卷規(guī)格，確保各項參數(shù)都符合相關規(guī)范標準，核對完畢后應認真做好記錄。當炮眼全部裝藥后，用炮泥將其堵塞，其長度為30cm。機械加工炮泥，用炮棍頂進，確保封孔嚴密。

4.3 爆破作業(yè)

開始爆破作業(yè)前，應先將無關的設備和人員撤離，然后連結網(wǎng)路開始進行爆破作業(yè)。要求為了直觀的判斷網(wǎng)路是否存在異常，應盡量保證網(wǎng)路連結整齊，且最好在靠近眼孔的位置連結，盡量縮短孔外網(wǎng)絡。待網(wǎng)路連結檢查符合要求后，設好防護哨，撤離所有在爆破范圍內(nèi)的人員和設備，只留爆破人員等起爆信號發(fā)出后進行爆破作業(yè)，并快速撤離爆破。

4.4 鉆爆效果檢驗

為了不斷優(yōu)化鉆爆設計，每次掘進爆破通風排煙后，應仔細檢查記錄好鉆爆效果。檢查記錄內(nèi)容主要包括圍巖的損壞程度、拋擲距離、碴體的破碎程度、平均掘進長度、炮孔利用率、光爆效果等。

4.5 控制超欠挖措施

不同的鉆爆參數(shù)適用于不同的地段，因此應結合地段實際情況，選擇科學的鉆爆參數(shù)：采用一炮一分析制度，每次鉆爆循環(huán)后，對比分析多方面的測量和數(shù)據(jù)，包括巖碴塊度、堆碴高度、拋碴距離、殘眼深度及數(shù)量、裝藥量、炮痕保存率、爆破震動速度等，從而確定最佳的鉆爆參數(shù)，使鉆爆設計更加完善。

4.5.1 控制打眼精度、爆破影響和裝藥封堵質(zhì)量

首先利用全站儀在隧道底測出與隧道中線平行的臺車軸線位置，然后安排臺車在測設位置準確定位，開孔位置禁止>±2cm，炮眼軸線以激光指向導向，鉆周邊眼時插上炮桿，使側墻孔在一條垂線上。

全斷面一次爆破中掏槽眼與擴槽眼的起爆雷管選用的是1～15段毫秒雷管，其它炮眼配裝秒差為50ms的3～11段等差雷管，取得了良好的效果，因為毫秒雷管1段、2段、3段、5段…間，延期秒差小于50ms，因此除掏槽眼外跳段使用。

嚴格按照設計裝藥量和間隔距離，將雷管、導爆管、竹片按綁扎成藥串，然后開始裝藥，要求藥量適當，且禁止混裝和錯裝雷管。炮眼裝藥后，用炮泥嚴密堵實。

4.5.2 加強地質(zhì)預報工作

為提高爆破效果，更好地控制超欠挖，應采取有效措施加強地質(zhì)預報工作，具體比如配備專業(yè)工程師做好掌子面地質(zhì)描述，配合有關設備或儀器作出開挖前方的地質(zhì)預報等。

4.5.3 堅持斷面檢測及信息反饋

為不斷完善鉆爆設計，當開挖放炮后，應及時將爆破效果、斷面超欠挖情況等記錄在案，并進行必要的對比分析，由此我們能夠得到一些數(shù)據(jù)。比如平均線性超挖、最大欠挖、最大超挖等，從而分析出超欠挖部位的位置，有的放矢地采取修正措施，因此通過堅持斷面檢測及信息反饋，能夠不斷優(yōu)化鉆爆設計。

5 結論

茅坪山隧道泄水洞采用上述爆破方案，有效保障了工程進度、質(zhì)量和安全。在施工過程中總結的經(jīng)驗和建議如下：

①采用光面爆破技術，嚴格控制實施爆破的方案，Ⅴ級圍巖采用二臺階開挖法施工，單循環(huán)進尺2.3m，最大一段藥量9.6kg。

②爆破后巖面保留有半眼孔痕，中等強度巖石的半眼率>60%，高等強度巖石的半眼率>80%。

③在正式開始施工前，結合圍巖地段的實際情況和初擬的鉆爆設計，應先進行鉆爆試驗，如此既有利于優(yōu)化爆破參數(shù)，因為一旦在爆破試驗中發(fā)現(xiàn)效果不理想，就可及時地采取修正措施，也有利于判斷爆破振動對已支護段是否危害，幫助分析爆破設計是否科學完善。

④通過控制打眼精度、爆破影響和裝藥封堵質(zhì)量、加強超前地質(zhì)預報和爆破斷面持續(xù)檢查工作，有效控制了隧道超欠挖現(xiàn)象。

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