城門洞型小斷面輸水隧洞光面爆破設(shè)計(jì)

顧海濤

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長(zhǎng)治 046000）

城門洞型小斷面輸水隧洞光面爆破設(shè)計(jì)

顧海濤

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長(zhǎng)治 046000）

以辛安泉供水工程總干1號(hào)隧洞工程為例，對(duì)城門洞型小斷面輸水隧洞光面爆破的炮眼布置、炮眼數(shù)目、鉆爆方式、裝藥構(gòu)造、起爆方法等爆破參數(shù)以及爆破質(zhì)量與安全的控制措施進(jìn)行論述，在施工實(shí)踐中取得了良好的爆破效果。

輸水隧洞；光面爆破；爆破參數(shù)；爆破質(zhì)量

1 工程概況

山西省辛安泉供水改擴(kuò)建工程總干1號(hào)隧洞工程，位于長(zhǎng)治市平順縣及潞城市境內(nèi)，主洞全長(zhǎng)6667.86 m（ZG 0+000～ZG 6+667.86），設(shè)計(jì)坡度為1/2500，共設(shè)2條支洞，1號(hào)支洞長(zhǎng)117.44 m，2號(hào)支洞長(zhǎng)220.87 m，斷面為城門洞型。以Ⅲ類圍巖為主，開挖斷面尺寸為3.26 m×3.715 m（寬×高），設(shè)計(jì)流量為5 m3/s。隧洞埋深一般為小于130 m，最大達(dá)300 m。洞身段地層主要涉及寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）厚一巨厚層鮞狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，泥質(zhì)條帶灰?guī)r。按照工程現(xiàn)場(chǎng)情況，采用光面爆破的開挖方案。

2 光面爆破施工方案

2.1 爆破施工程序

前期準(zhǔn)備、測(cè)量放線、布孔、鉆孔、清孔、裝藥、警戒、網(wǎng)絡(luò)連接、檢查、起爆、安全檢查、警戒解除、出石渣、爆破效果描述、地質(zhì)圍巖描述。

2.2 開挖方式及配套機(jī)械

總干1號(hào)隧洞開挖截面面積只有11.1 m2，采取光面爆破技術(shù)進(jìn)行隧洞開挖，具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。

配套機(jī)械。在掌子面的鉆架上，布置2臺(tái)YT 24型氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)；采用20 m3的電動(dòng)空壓機(jī)，通過D108鋼管向隧洞內(nèi)供風(fēng)；供水通過洞外供給；隧洞的進(jìn)口、1號(hào)支洞、2號(hào)支洞、隧洞出口，各安裝1臺(tái)變壓器，將電纜分別從4個(gè)洞口引入洞內(nèi)供電。

2.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

2.3.1 炮孔數(shù)目

爆破開挖的方量、殘孔率、開挖進(jìn)尺都取決于炮眼的數(shù)量。在開挖過程中，炮眼數(shù)目按照實(shí)際情況可動(dòng)態(tài)調(diào)整。針對(duì)Ⅲ類圍巖，按公式（1）計(jì)算炮眼數(shù)目。

式中：N——炮眼數(shù)；

q——炸藥單耗量，取3.0 kg/m3；

s——開挖面積，取11.1 m2；

r——每延米的用藥量，取0.78 kg/m；

n——炮眼裝藥系數(shù)，取0.7。

經(jīng)計(jì)算，N=61。

2.3.2 每個(gè)炮眼的裝藥量

掏槽眼裝藥量計(jì)算見公式（2）。

式中：n——炮眼裝藥系數(shù)，取0.8；

L——炮眼深，取2.27 m；

r——每延米炸藥量，取0.78 kg/m。

經(jīng)計(jì)算，Q1為1.42 kg，取1.4 kg。

輔助眼裝藥量計(jì)算見公式（3）。

經(jīng)計(jì)算，Q2為1.24 kg，取1.20 kg。

光面爆破參數(shù)：

根據(jù)每次爆破，統(tǒng)計(jì)殘孔率和表面平整度，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行分析，及時(shí)修正各類參數(shù)。周邊孔間430～645 mm；密集系數(shù)0.65～1.0，Ⅲ類可選為0.7～0.8；最小抵抗線400～600 mm。

隧洞開挖爆破參數(shù)表如表1。

2.3.3 光面爆破時(shí)注意以下事項(xiàng)

取得很好光面爆破效果的前提，是周邊布設(shè)的孔應(yīng)同時(shí)爆破；爆破的程序?yàn)橄忍筒劭?，然后輔助孔，接著再起爆周邊孔，最后起爆底孔；為避免超挖和減少工程造價(jià)，在施工的過程中要加大斷面測(cè)量的頻次，并實(shí)時(shí)處理個(gè)別欠挖的地方，提高開挖斷面的平整度。

表1 隧洞開挖爆破參數(shù)表

3 鉆爆施工工藝

3.1 鉆爆方式

采用光面爆破的開挖方式進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，光面爆破的孔間距為45～55 cm，采用間隔裝藥。首先非電毫秒導(dǎo)爆管雷管引爆導(dǎo)爆索，然后導(dǎo)爆索再將炸藥起爆傳爆，采取炮泥將孔口堵塞。炮孔要沿著開挖輪廓線平均布置，炮孔殘孔率在80%以上，確保爆破斷面與設(shè)計(jì)輪廓線一致。掌子面附近的巖石中不得有顯著的裂縫，盡量避免欠挖。

掏槽眼和輔助眼的裝填系數(shù)為0.7~0.85。掏槽方式，為避免圍巖夾制力的破壞，每次循環(huán)的進(jìn)尺控制在2 m，掏槽型式采用楔形掏槽方式，以保證掏槽的效果。

3.2 鉆孔作業(yè)

鉆孔前由專門人員標(biāo)出掏槽孔、輔助孔及周邊孔的位置。在施工掌子面采取2臺(tái)YT 24型氣腿式鑿巖機(jī)鉆炮眼，孔深為2.3 m，由經(jīng)驗(yàn)豐富的司鉆人員根據(jù)設(shè)計(jì)指定的炮眼位置及鉆孔深度、角度和孔徑依次進(jìn)行鉆孔。

3.3 裝藥聯(lián)網(wǎng)起爆

首先要提前備好炸藥和雷管，炸藥和雷管要做好防水，裝藥前要對(duì)炮孔參數(shù)進(jìn)行檢查，然后用空壓機(jī)進(jìn)行清孔，最后裝藥聯(lián)線。從上部到下部、從兩邊到中間進(jìn)行裝藥。裝藥完以后經(jīng)專職人員巡查后再進(jìn)行爆破。

裝藥。掏槽眼、輔助眼、底板眼、光面眼均為直徑32 mm，裝2號(hào)巖石硝銨炸藥。

起爆材料，孔內(nèi)的雷管采取MS 1～15段非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，起爆雷管采取8號(hào)鋼質(zhì)電雷管；起爆方法，采取8號(hào)鋼質(zhì)電雷管，引爆非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，然后再用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管來起爆炸藥；起爆順序，先掏槽孔，然后輔助孔，接著再起爆周邊孔，最后起爆底孔。

4 爆破質(zhì)量與安全

4.1 爆破振動(dòng)安全判據(jù)及允許標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)采用安全判據(jù)和安全允許標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)爆破對(duì)不同建（構(gòu)）筑物的影響。按照我國(guó)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定，地面建（構(gòu)）筑物爆破的振動(dòng)安全判據(jù)，采取保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率作為評(píng)判依據(jù)。其中水工隧洞的安全允許振速為7～15 cm/s。

4.2 爆破振動(dòng)速度計(jì)算式

計(jì)算爆破振動(dòng)安全容許速率見公式（4）。

式中：v——隧洞質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)安全容許速度，cm/s；

W——爆破裝藥量，kg；

D——爆破藥量布置的幾何中心到保護(hù)對(duì)象的距離，m；

K、a——與現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)圍巖特征、爆破條件以及構(gòu)筑物、保護(hù)對(duì)象相對(duì)位置等相關(guān)的常量，由現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)取得。初選時(shí)，可按下面的數(shù)值選取：爆破不同巖性的K、a，堅(jiān)硬巖石的K為50～150，a為1.3～1.5；中硬巖石的K為150～250，a為1.5～1.8；軟巖石的K為250～350，a為1.8～2.0。

4.3 爆破振動(dòng)速度計(jì)算結(jié)果

隧洞出口段裝藥量W最大一次為78 kg，距周圍最近的民宅距離D為1500 m，根據(jù)巖石的巖性，K取160，a取1.8，爆破振動(dòng)速度計(jì)算結(jié)果v為0.04 cm/s，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，工程爆破施工不會(huì)對(duì)周圍房屋產(chǎn)生影響。

4.4 爆破施工質(zhì)量與安全控制措施

總干1號(hào)隧洞工程的爆破施工，采取非電毫秒導(dǎo)爆管分段簇聯(lián)電雷管引爆系統(tǒng)。為保證爆破施工的安全性及提高隧洞爆破的開挖質(zhì)量，避免遺留欠挖或者超挖的問題，對(duì)后續(xù)工程產(chǎn)生影響，要求采取安全、質(zhì)量控制措施保證爆破施工質(zhì)量。

4.4.1 安全控制措施

不允許在同一施工面用不同批號(hào)、不同廠家的雷管，爆破工具要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)，不合格的不能在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。同時(shí)要對(duì)爆破材料嚴(yán)格保管，每日登記炸藥的出入庫量、使用地點(diǎn)、炸藥型號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)做好安全巡視檢查，嚴(yán)禁爆破器材亂丟亂放。

有以下情形的，不得進(jìn)行爆破施工：掌子面有冒頂或邊幫滑落危險(xiǎn)；通道不安全或兩條支洞堵塞；掌子面有涌水或炮眼的溫度異常；危及設(shè)備安全，卻無有效防護(hù)措施；掌子面燈光昏暗。

爆破作業(yè)以后，在檢查人員確認(rèn)爆破完成、沒有盲爆后，爆破施工人員方可進(jìn)入爆破作業(yè)點(diǎn)。

爆破以后進(jìn)入掌子面時(shí)，要立即檢查支護(hù)是否存在安全隱患、有無盲炮等情況，如果發(fā)現(xiàn)存在隱患，要立即由專業(yè)人員處置后才能進(jìn)行后續(xù)工作。

應(yīng)在安全的地方制作起爆藥包及爆藥卷，加工量要與當(dāng)天爆破開挖的需要量相匹配。

裝藥前先對(duì)炮眼進(jìn)行清理和驗(yàn)收，裝藥時(shí)要采用木、竹制作的炮棍，裝完炸藥后要用炮泥堵塞，操作要輕柔，不使勁過大。

發(fā)現(xiàn)有盲炮或感覺可能有盲炮，當(dāng)班爆破員應(yīng)立刻處理，無關(guān)人員不得在施工現(xiàn)場(chǎng)逗留。當(dāng)班來不及處理，應(yīng)詳細(xì)交班。沒有處理完盲炮之前，不得在掌子面進(jìn)行下一道工序。

冬季施工時(shí)，要及時(shí)將隧洞內(nèi)的霧氣及時(shí)排出，以免影響隧洞內(nèi)的施工作業(yè)，特別是出渣人員的安全。

爆破時(shí)要加強(qiáng)警戒與撤離，在臨近爆破洞口500 m以內(nèi)，公告爆破的時(shí)間和爆破信號(hào)，實(shí)行定時(shí)爆破，爆破前后10 min對(duì)距隧洞口200 m范圍實(shí)行封鎖和交通管制。在爆破施工前，嚴(yán)格執(zhí)行爆破作業(yè)的規(guī)章制度，通過多種形式對(duì)爆破作業(yè)人員進(jìn)行安全生產(chǎn)教育。4.4.2 質(zhì)量控制措施

鉆孔質(zhì)量的好壞直接影響光面爆破的效果。在施工過程中，要保證鉆孔的孔徑、深度、位置及布局符合設(shè)計(jì)要求。

每次爆破完以后，要及時(shí)復(fù)測(cè)開挖斷面，保證巖石壁面起伏差的允許值為±15 cm。

保證堵塞長(zhǎng)度和堵塞質(zhì)量。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)其他條件一樣時(shí)，堵塞好的爆破效果及能量利用率，比堵塞不好的可以大幅度提高。

5 結(jié)語

辛安泉供水改擴(kuò)建工程總干1號(hào)隧洞，在施工過程中，采取的爆破設(shè)計(jì)方案，按施工現(xiàn)場(chǎng)具體圍巖情況，合理修正爆破參數(shù)，爆破質(zhì)量好，滿足設(shè)計(jì)要求，炮眼利用率達(dá)到88%以上。

TB41

C

1004-7042（2017）09-0026-02

顧海濤（1987-），男，2012年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-07-22；

2017-08-27