一次爆破成型技術(shù)在大斷面洞室開挖中的應(yīng)用

郭磊強(qiáng) 白崗崗

摘 要：目前，部分大斷面洞室開挖工程進(jìn)度較慢，安全性較差，造成施工成本高、效益低等問題。因此，筆者提出了一種基于一次性爆破成型技術(shù)的大斷面洞室開挖技術(shù)。本文以陜西省東莊水利樞紐工程導(dǎo)流洞I標(biāo)段為工程案例，分析開挖爆破過程及成果，確定了預(yù)裂爆破的設(shè)計(jì)方案，包括爆破參數(shù)、爆破布孔圖、爆破聯(lián)網(wǎng)圖及裝藥結(jié)構(gòu)等。試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的施工爆破方案有效地提升了大斷面隧道的開挖質(zhì)量，開挖爆破后，半孔率超過90%，兩個(gè)循環(huán)之間的臺(tái)階小于5 cm，平整度控制在±10 cm之內(nèi)，混凝土的澆筑用量大幅度降低，投資成本也因此減少。該技術(shù)應(yīng)用于大斷面洞室開挖，不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，而且可以實(shí)現(xiàn)在安全施工的前提下加快施工進(jìn)度，為現(xiàn)場(chǎng)爆破施工提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大型斷面洞室;預(yù)裂爆破;一次成型;爆破設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TV542;TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）26-0092-03

Abstract： At present， some large-section cavern excavation projects are progressing slowly and the safety is poor， causing problems such as high construction costs and low benefits. Therefore， the author proposed a large-section cavern excavation technology based on one-time blasting forming technology. This paper took the I bid section of the diversion tunnel of Dongzhuang Water Conservancy Project in Shaanxi Province as an engineering case， analyzed the excavation and blasting process and results， and determined the design plan of pre-split blasting， including blasting parameters， blasting hole layout diagram， blasting network diagram and charge structure， etc. The test results show that the designed construction blasting scheme has effectively improved the excavation quality of large-section tunnels， after excavation and blasting， the half-hole rate exceeds 90%， the step between the two cycles is less than 5 cm， and the flatness is controlled within ±10 cm， the amount of concrete pouring is greatly reduced， thus the investment cost is reduced. The application of this technology to large-section cavern excavation not only improves economic benefits， but also accelerates the construction progress under the premise of safe construction， providing a technical basis for on-site blasting construction.

Keywords： large section cavern;pre-split blasting;one-time forming;blasting design

隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，爆破技術(shù)在洞室開挖等方面運(yùn)用越發(fā)熟練[1]。對(duì)于大斷面洞室，目前采用的開挖方式大多為分部開挖[2]。但是，該方法存在工程進(jìn)度較慢、分部開挖引起邊坡不穩(wěn)定導(dǎo)致滑坡而不能及時(shí)支護(hù)等問題，從而直接或間接地造成施工成本較高，效益較低。近年來，預(yù)裂爆破技術(shù)在開挖施工中被廣泛應(yīng)用[3]。因此，為保障大型斷面開挖安全和質(zhì)量，加快工程施工進(jìn)度，提高工程效益，本文結(jié)合工程實(shí)際，采用一次性爆破成型技術(shù)，對(duì)陜西省東莊水利樞紐工程導(dǎo)流洞I標(biāo)段中層進(jìn)行開挖研究，合理設(shè)計(jì)爆破方案，為類似工程提供技術(shù)參考。

1 工程概況

東莊水利樞紐工程位于陜西省咸陽市禮泉縣叱干鎮(zhèn)與淳化縣車塢鄉(xiāng)交界的仲山森林公園內(nèi)。導(dǎo)流洞進(jìn)口位于壩址上游約300 m處的涇河右岸，出口位于壩址下游約600 m處的涇河右岸，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)10年一遇洪水流量為5 300 m3/s，導(dǎo)流洞施工子圍堰標(biāo)準(zhǔn)3年一遇洪水流量為1 960 m3/s。導(dǎo)流洞施工I標(biāo)洞身長度為460 m，埋深為20～202 m，圍巖為中厚層和巨厚層灰?guī)r，巖體整體較完善，巖石強(qiáng)度較高，地應(yīng)力水平不高。導(dǎo)流洞工程開挖斷面尺寸為22.4 m×24.2 m，其中中層開挖尺寸為22.4 m×10.0 m。導(dǎo)流洞中層一次開挖方量為2 240 m3左右。

爆區(qū)300 m范圍內(nèi)存在工地用電變壓站、隧道供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備、砂石系統(tǒng)及混凝土拌合系統(tǒng)、工地生活區(qū)、110 kV高壓線（塔）、在建導(dǎo)流洞進(jìn)口及施工支洞進(jìn)口工作面、工地用10 kV供電線路等建（構(gòu)）筑物、其他設(shè)施與設(shè)備。導(dǎo)流洞開挖周圍地形比較復(fù)雜，布置難度大。

2 爆破設(shè)計(jì)

本次所要爆破的東莊導(dǎo)流洞洞身段屬地下洞室石方控制爆破。中層爆破點(diǎn)最高點(diǎn)相對(duì)高度為10.0 m，寬度為10.0 m，深度為10.0 m，爆破工程量2 240 m3。為提高工作效率，該段采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑為90 mm。

2.1 爆破參數(shù)

孔徑D=90 mm;臺(tái)階高度H=10.0 m，臺(tái)階寬度為10.0 m;垂直預(yù)裂孔的孔深L=10.0 m（根據(jù)以往此段的工程經(jīng)驗(yàn)，超鉆取1.5 m）;對(duì)于前排抵抗線，考慮到鉆機(jī)作業(yè)的安全及掌子面的實(shí)際情況，取W=2.0 m;孔距a=3 m;排距b=2.0 m，因臺(tái)階寬度為10.0 m，所以每層臺(tái)階布置五排炮孔;布孔形式為梅花形布孔。

填堵長度L2和填塞質(zhì)量十分重要，不可忽視。若選值過大，則使炮孔裝藥量減少，不僅浪費(fèi)鉆孔工程量，并且會(huì)產(chǎn)生大塊，增加二次破碎的消耗，加大成本，降低效益。若選值過小或填堵不密實(shí)，會(huì)產(chǎn)生“沖炮”，不僅浪費(fèi)了炸藥能量，而且會(huì)產(chǎn)生大塊，增大個(gè)別飛石距離，影響安全。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在保證填塞質(zhì)量的條件下，填塞長度不小于30D時(shí)孔口不會(huì)產(chǎn)生爆破飛石。該工程爆破填塞長度不小于3.0 m，爆破參數(shù)如表1所示。

2.2 爆破布孔

此次導(dǎo)流洞大型斷面爆破采用預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔間距為1.0 m，施工預(yù)裂間距為1.5 m。為保證預(yù)裂孔與爆破孔之間平緩過渡，緩沖孔間排距為1.8 m×1.2 m，爆破孔間排距為3.0 m×2.0 m，爆破布孔如圖1所示。

2.3 爆破聯(lián)網(wǎng)圖

起爆網(wǎng)路采用深孔微差控制爆破技術(shù)，一次爆破到路基設(shè)計(jì)所要求的高程。本次爆破技術(shù)采用孔內(nèi)延時(shí)、孔外爆破形式的非電導(dǎo)爆管毫秒微差控制起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)有較高的技術(shù)要求，但此項(xiàng)技術(shù)是成熟、可靠的，在國內(nèi)爆破工程中已廣泛應(yīng)用。在設(shè)計(jì)和施工中，爆破工程技術(shù)人員和爆破員掌握這種網(wǎng)路技術(shù)也是不難的。

為滿足本次爆破，孔內(nèi)起爆一律用雙發(fā)MS15段毫秒導(dǎo)爆管雷管（延時(shí)880 ms），排間一律采用雙發(fā)MS5段毫秒導(dǎo)爆管雷管，孔間傳爆延時(shí)一律用MS2或MS3段毫秒導(dǎo)爆管雷管，如圖2所示。

2.4 裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)既可以分為不耦合裝藥和耦合裝藥，又可以分為連續(xù)裝藥和間隔裝藥。本工程開挖爆破采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，藥卷采用規(guī)格為[Φ]32 mm和[Φ]70 mm的乳化炸藥，裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 結(jié)語

相對(duì)于傳統(tǒng)的大斷面洞室分部開挖方法，本工程采用預(yù)裂爆破一次成型開挖技術(shù)，大大降低了因分部開挖而造成的不穩(wěn)定邊坡滑坡、滾石等風(fēng)險(xiǎn)，并在保證開挖進(jìn)度的同時(shí)，可以確保支護(hù)緊跟開挖，避免了因支護(hù)不及時(shí)造成的塌方、落石等安全問題。此技術(shù)有效地控制了大斷面隧道的開挖質(zhì)量，開挖爆破后，半孔率超過90%，兩個(gè)循環(huán)之間的臺(tái)階小于5 cm，預(yù)裂斷面超欠挖控制在±8 cm，平整度控制在±10 cm，該方法可為大斷面洞室爆破開挖提供有效借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡立劍.龍?zhí)端娬竟こ躺笆蠄?chǎng)爆破開挖技術(shù)研究[J].河南科技，2019（34）：90-91.

[2]王忠康，顧曉薇，謝乾坤，等.地下水封石油儲(chǔ)庫硬巖大斷面控制爆破[J].中國礦業(yè)，2020（2）：138-142.

[3]梁炳金.深孔預(yù)裂爆破在邊坡成型工程中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2019（9）：148.