特小斷面引水隧洞光面爆破技術(shù)

陳 躍 平

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300162）

引水隧洞開挖條件復(fù)雜，工程質(zhì)量和工期均受到開挖作業(yè)的影響。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程中，經(jīng)技術(shù)人員的深入探討，最終提出光面爆破全斷面開挖方案，下文則圍繞具體內(nèi)容展開分析，以期給類似工程提供參考。

1 工程概況

新疆伊犁尼勒克隧洞II 標(biāo)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程的主要目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，輸水隧洞斷面采取圓形結(jié)構(gòu)形式，洞徑5.3 m～5.9 m，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，無壓洞，最大埋深226.8 m，共包含3 條施工支洞。本工程中，隧洞開挖采用鉆爆法，并依據(jù)新奧法理論，使用光面爆破可更好地防止圍巖松動(dòng)，避免圍巖處于單軸及兩軸受力狀態(tài)。

2 光面爆破效果的主要影響因素及具體施工方案

2.1 主要影響因素

光面爆破以設(shè)計(jì)開挖線為基準(zhǔn)，按照較密的控制標(biāo)準(zhǔn)依次設(shè)置周邊炮孔，實(shí)行弱震爆破，從而松動(dòng)炮孔及其周邊的巖石，經(jīng)過爆破處理后構(gòu)成較規(guī)整的開挖壁面，可有效避免超欠挖現(xiàn)象。光面爆破施工的干擾因素較多，常見的有最小抵抗線、炮孔密集系數(shù)、不耦合系數(shù)等，需要以地質(zhì)條件為依據(jù)，將各項(xiàng)參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，以便取得較好的爆破效果。

通過臨時(shí)支護(hù)等方式的應(yīng)用，可有效減少圍巖的受擾程度[1]。具體而言，輪廓內(nèi)的巖石得以順利爆破需考慮到裝藥集中度和最小抵抗線兩方面的情況；洞室成型的關(guān)鍵在于保證最小抵抗線及打孔精度的合理性；半孔率則與不耦合系數(shù)具有直接關(guān)聯(lián)；鞏固光爆效果的主導(dǎo)因素在于初期支護(hù)方案。

2.2 施工方案

本工程施工中以隧洞施工為核心內(nèi)容，從項(xiàng)目實(shí)際情況出發(fā)選用光面爆破技術(shù)，具體操作環(huán)節(jié)及對(duì)應(yīng)的流程如圖1 所示。根據(jù)圍巖類別的不同采取相適應(yīng)的開挖技術(shù)，其中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖均為全斷面開挖，Ⅴ級(jí)圍巖地質(zhì)條件更為特殊，選用臺(tái)階法開挖。通過對(duì)新奧法理論的分析可知，光面爆破可有效避免圍巖松動(dòng)現(xiàn)象，在本工程中具有可行性。

3 光面爆破技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 起爆方式

根據(jù)光面爆破要求合理展開鉆爆設(shè)計(jì)工作，炮眼間距40 cm，為間隔裝藥方式。炮孔痕跡的保存率要求為Ⅱ，Ⅲ類圍巖達(dá)90%，Ⅳ級(jí)圍巖達(dá)70 %，同時(shí)嚴(yán)格控制開挖面，使其與設(shè)計(jì)輪廓線保持一致。圍巖不可出現(xiàn)肉眼可見的大寬度爆破振動(dòng)裂隙，且不允許發(fā)生欠挖現(xiàn)象。

掏槽眼和輔助眼兩處均選擇的是連續(xù)裝藥方式，借助毫秒延期導(dǎo)爆管雷管起爆，裝填系數(shù)控制在 0.7～0.85，Φ32 mm×200 mm，采用 RJ-2 乳膠炸藥。此外，由于圍巖存在較明顯的夾制力，因此需充分考慮到圍巖等級(jí)，以此為依據(jù)確定合適的循環(huán)進(jìn)尺。

3.2 鉆孔作業(yè)

做好鉆孔前的準(zhǔn)備工作，即精準(zhǔn)測(cè)量并畫出開挖輪廓線，并在該處確定掏槽眼和周邊眼的布設(shè)點(diǎn)，配備YT-28 型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，利用該設(shè)備有序完成鉆孔作業(yè)。

3.3 爆破

以鉆爆設(shè)計(jì)圖為依據(jù)，準(zhǔn)備適量質(zhì)量達(dá)標(biāo)的爆破材料，利用高壓風(fēng)清孔將孔內(nèi)堆積的灰塵等雜物徹底清理干凈，在確保不存在堵塞或坍孔的前提下裝藥連線，具體見圖2。結(jié)束裝藥作業(yè)后全面檢查各項(xiàng)安裝細(xì)節(jié)，若無誤即可正式起爆。

3.4 光面鉆爆設(shè)計(jì)

出于減少超欠挖、維持圍巖穩(wěn)定性的目的，本工程選用了光面爆破技術(shù)。施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況將在較大程度上影響光面爆破效果，因此必須認(rèn)真分析工程地質(zhì)情況，確定合適的爆破參數(shù)，隨實(shí)際情況的變化而及時(shí)優(yōu)化。有水地段的施工條件更為特殊，以Φ32 mm 乳化炸藥專用藥卷為宜，采取楔形掏槽的布置方式。以盡可能提高炮眼利用率并降低大塊率為基本目標(biāo)，合理控制單位炸藥消耗量。起爆作業(yè)選擇的是非電導(dǎo)爆管起爆，保證其時(shí)差間隔控制在50 ms～75 ms。

3.4.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

關(guān)于炮眼裝填系數(shù)β，可按如下公式求得：

式（1）中：E 為炮眼間距，cm；W 為最小抵抗線，cm；[τ]為巖石抗剪強(qiáng)度，Pa；dk 為炮眼直徑，cm；[σe]為巖石抗拉強(qiáng)度，Pa；L 為炮眼深度，cm。

通過上述公式可算出，炮眼間距E=40 cm，最小抵抗線W=50 cm，光面爆破炮眼間距與最小抵抗線之比取0.8 左右，即E/W=0.8。

3.4.2 爆破參數(shù)和器材的選擇

為減少超欠挖、降低洞壁粗糙率，在Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖施工中應(yīng)優(yōu)先選擇光面爆破技術(shù)，影響該技術(shù)應(yīng)用效果的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，其中周邊眼的光爆參數(shù)最為顯著，需通過試驗(yàn)的方式確定合適的光面爆破參數(shù)。此處主要考慮硬巖和軟質(zhì)巖兩類，具體內(nèi)容見表1。

表1 光面爆破參數(shù)

鉆爆施工的主要器械和材料有：選用Φ25 mm×200 mm，Φ32 mm×200 mm 兩種規(guī)格的 RJ-2 乳膠炸藥；6#，8# 的工業(yè)雷管；Φ3.0 mm 的塑料導(dǎo)爆管；導(dǎo)爆索尺寸Φ5.7 mm～Φ6.2 mm。

3.4.3 裝藥結(jié)構(gòu)與堵塞

周邊眼選用的是半截（2/3）Φ32 mm 乳化炸藥，采取間隔裝藥的方式，利用竹片和導(dǎo)報(bào)索連接，配套半卷Φ32 mm 乳化炸藥作為加強(qiáng)藥包而使用，將其置于炮孔底部，除此之外的其它炮孔均選用Φ32 mm 乳化炸藥，并遵循連續(xù)裝藥原則。安排專員檢查現(xiàn)場(chǎng)情況并及時(shí)記錄，余下的起爆器材統(tǒng)一放回炸藥庫妥善保管[2]。完成裝藥作業(yè)后使用適量黃泥封堵炮孔，應(yīng)確保堵塞長(zhǎng)度達(dá)到30 cm 或更多，所用的炮泥均利用專業(yè)的炮泥機(jī)生產(chǎn)而得。

3.4.4 起爆方法

本工程選用電毫秒雷管起爆的方式，部分周邊眼較為特殊，若使用導(dǎo)爆索裝藥結(jié)構(gòu)，此條件下以導(dǎo)爆索起爆為宜。按照掏槽眼→擴(kuò)大眼→周邊眼→底板眼的順序依次起爆，經(jīng)過持續(xù)性的通風(fēng)后使現(xiàn)場(chǎng)的炮煙吹散，若現(xiàn)場(chǎng)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，等待15 min后即可組織人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)作全面的檢查。需注意的是，檢查人員必須是原裝藥爆破員，其對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)情況更為熟悉。若存在瞎炮或是圍巖失穩(wěn)等問題均要及時(shí)處理。

3.4.5 裝藥量計(jì)算

嚴(yán)格控制單孔裝藥量g，具體可按照如下公式求得：

式（2）中：E 為孔距，cm；W 為抵抗線，m。

同時(shí)，應(yīng)控制好裝藥集中度q，具體方法為：

根據(jù)上述給出的公式展開計(jì)算，再將所得結(jié)果與行業(yè)規(guī)范中的參考值對(duì)比分析，最終得出以下數(shù)值：藥卷重0.07 kg，裝藥集中度q=0.24 kg/m。

3.4.6 炮眼布置

各炮眼所對(duì)應(yīng)的布置原則有所差異，具體作如下分析。①掏槽眼：選擇的是中空直眼掏槽形式，考慮到鉆眼精度要求，應(yīng)合理控制好掏槽的位置，較合適的是隧洞中線偏下的區(qū)域；②周邊眼：以設(shè)計(jì)的周邊眼間距為參考，保證外插角的合理性，以免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象；③內(nèi)圈眼：較合適的是布置在周邊眼抵抗線的邊緣處；④擴(kuò)大眼：以施工區(qū)域的巖石堅(jiān)硬程度、裝運(yùn)方法等為參考，合理控制炮孔間距，在巖石堅(jiān)硬的情況下以小間距為宜，反之則采取大間距布置方式；⑤底板眼：應(yīng)當(dāng)沿開挖輪廓線方向依次布置，此處可增加藥量，以便發(fā)揮出翻碴作用，確保在爆破結(jié)束后產(chǎn)生的巖碴能夠被有效翻松，給裝載作業(yè)創(chuàng)造良好的條件[3]。根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)內(nèi)容，經(jīng)計(jì)算后確定炮眼在不同等級(jí)圍巖條件下合適的布置方式，伴隨施工作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，結(jié)合實(shí)際情況合理修正鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)，提高其在實(shí)際施工中的可行性，從而取得更良好的爆破效果，做到全程安全、可靠，使圍巖可維持穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程施工中，特小斷面引水隧洞爆破環(huán)節(jié)選擇的是現(xiàn)階段較先進(jìn)的光面爆破技術(shù)。工程技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整爆破參數(shù)，爆破對(duì)圍巖的影響可降到最低，有效避免圍巖變形現(xiàn)象，使圍巖抗力維持在合理的水平，臨時(shí)支護(hù)和襯砌施工質(zhì)量都滿足要求，具有較顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，因此光面爆破技術(shù)可作為類似工程的參考。