隧洞鉆孔爆破技術(shù)在水利水電工程施工中的應(yīng)用分析

（中國安能集團(tuán)第二工程局有限公司南昌分公司，江西南昌 330100）

鉆孔爆破是水利水電工程隧洞施工中的主要施工技術(shù)，也是順利開挖水利工程土石方的重要保障。要確保鉆孔爆破施工的安全，同時(shí)保證施工質(zhì)量，對(duì)鉆孔爆破技術(shù)的應(yīng)用就需認(rèn)真分析，包括技術(shù)種類的選擇和技術(shù)布置等，為此施工人員要就工程情況作全面探析，并最終確定爆破技術(shù)種類和施工方案。

1 施工原則

隧洞鉆孔施工原則可分為三個(gè)方面，分別為運(yùn)輸爆破材料原則、鉆孔爆破安全原則、鉆孔爆破工效原則，每個(gè)原則又分別包括了相應(yīng)的注意事項(xiàng)，結(jié)合這些相關(guān)事項(xiàng)才能確保鉆孔爆破的安全、質(zhì)量與效率。

1.1 運(yùn)輸爆破材料原則

運(yùn)輸爆破材料原則包括爆破材料的安全輸送、爆破材料的分類存放以及爆破材料的運(yùn)輸管理。由于爆破材料的特殊性，在運(yùn)輸過程中一般采取限制運(yùn)輸，即爆破材料的重量以及運(yùn)輸車輛的車速都需要控制在安全范圍內(nèi)，防止出現(xiàn)碰撞問題，同時(shí)還要做好特殊情況下的警示防控以及特殊天氣下的運(yùn)輸預(yù)防。材料分類存放則時(shí)根據(jù)爆破材料的材料性質(zhì)，與黑火藥、雷管等材料進(jìn)行隔離運(yùn)輸，避免發(fā)生安全問題。材料運(yùn)輸途徑是依照爆破材料的潛在威脅，在運(yùn)輸時(shí)盡量挑選專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，同時(shí)在路徑選擇上要盡量選擇車輛少、人群稀疏的路線，以降低運(yùn)輸過程中的危險(xiǎn)系數(shù)。

1.2 鉆孔爆破安全原則

鉆孔爆破安全原則主要針對(duì)炸藥用量的控制、隧道的掘進(jìn)施工、鉆孔爆破循環(huán)施工、裝置和卸載方法以及炮孔的布置布局五個(gè)層面。首先是炸藥用量的有效控制，炸藥用電會(huì)對(duì)隧洞爆破鉆孔的成功率造成直接影響，在計(jì)算炸藥量時(shí)要將隧道的縫隙強(qiáng)度、鉆孔布置方式、掘進(jìn)面炮孔數(shù)量、巖層性質(zhì)作為參考目標(biāo)，根據(jù)這些數(shù)值來確定炸藥的具體用量。在實(shí)際爆破前，還要在施工現(xiàn)場先開展爆破實(shí)驗(yàn)，有明確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后在敲定具體的炮孔數(shù)量和控制間距，并用類比分析法、經(jīng)驗(yàn)公式法等方式做優(yōu)化計(jì)算，然后依照現(xiàn)場的掘進(jìn)深度，炮孔間距對(duì)實(shí)際藥量進(jìn)行微調(diào)。

其次是隧道掘進(jìn)施工情況，水利水電工程的隧道隧洞由交通洞、引水洞、導(dǎo)流洞和地方廠房洞等幾個(gè)部分組成，每一個(gè)部分所采取的爆破方式根據(jù)該段隧洞的功能作用要有所差別，施工人員需結(jié)合開挖需求來保證爆破施工量的合理[1]。

在循環(huán)施工方面，施工人員需優(yōu)化施工程序，在施工過程中，一個(gè)晝夜循環(huán)里需要保證作業(yè)數(shù)為整數(shù)，其循環(huán)時(shí)間確定為2的倍數(shù)最佳，而開挖的斷面大小可依照巖層穩(wěn)定情況進(jìn)行調(diào)整，如果巖層穩(wěn)固性良好，可使用多臂鉆車搭配短臂挖掘機(jī)鉆孔，深孔少循環(huán)的方式循序鉆進(jìn)，以此節(jié)約工時(shí)，減少爆破鉆孔中的施工障礙。

1.3 鉆孔爆破工效原則

在爆破過程中要提高廢渣的運(yùn)輸率、加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)、做好輔助工程以及保證填塞孔口質(zhì)量。運(yùn)輸鉆孔廢渣是為了讓施工環(huán)境可以長期保持清潔，讓爆破施工質(zhì)量得到提高，廢渣運(yùn)輸關(guān)鍵在于縮短廢渣出渣的工時(shí)，讓出渣速度盡可能快，出渣效率盡量增高。為此，施工人員要在鉆孔作業(yè)的過程中建立一套完善的出渣機(jī)制，如出渣工具的科學(xué)合理，出渣設(shè)備的高效運(yùn)用，出渣路線的精確計(jì)算，以此讓出渣量可以得到有效控制[2]。

而在臨時(shí)支護(hù)方面，施工人員需結(jié)合隧洞巖石材質(zhì)及結(jié)構(gòu)加大支護(hù)作業(yè)力度，確保洞室開挖時(shí)隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，讓圍巖處的穩(wěn)定狀態(tài)得以鞏固。

此外，當(dāng)代水利水電工程對(duì)于環(huán)境的安全、有序尤為看重，施工人員必須做好施工地的通風(fēng)、防塵、消煙和排水工作，以此提高隧洞的安全保障。

最后是對(duì)孔口的堵塞質(zhì)量確保，只有保證孔口的堵塞質(zhì)量良好，才能保證爆破效果達(dá)到最佳，故對(duì)于孔口堵塞情況要認(rèn)真檢查，防止出現(xiàn)堵塞不嚴(yán)的問題，特別是對(duì)于鉆孔的利用率要有效提高，通過對(duì)孔口多次作業(yè)，保證堵塞質(zhì)量良好。

2 水利水電工程的常用隧洞鉆孔爆破技術(shù)種類及布置要點(diǎn)

2.1 水利水電工程的鉆孔爆破技術(shù)種類

根據(jù)炮孔的作用，在隧洞鉆孔爆破中存在輔助孔、掏槽孔和周邊孔三個(gè)類別。輔助孔的主要作用為幫助隧洞巖體實(shí)現(xiàn)爆破，次要作用是在爆破過程中幫助周邊孔創(chuàng)造出更加安全有效的爆破環(huán)境。掏槽孔一般見于開挖面的中段，該炮孔的應(yīng)用目的是為了提升隧洞爆破的臨空面，增強(qiáng)隧洞爆破的效果。周邊孔則是為了確保開挖面輪廓穩(wěn)定，保證不出現(xiàn)輪廓變形所設(shè)置的炮孔，周邊孔多設(shè)置在隧道開挖面附近，以此增強(qiáng)施工人員對(duì)開挖輪廓的控制力度。

在使用鉆爆法對(duì)隧道斷面進(jìn)行挖掘的過程中，施工人員需按照設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過科學(xué)的布置爆破孔，合理的配比炸藥量，然后按照正確的順序?qū)κ┕がF(xiàn)場進(jìn)行起爆，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整爆破參數(shù)，同時(shí)還要及時(shí)對(duì)隧洞支護(hù)，減少圍巖暴露的時(shí)間，防止圍巖風(fēng)化剝落。

2.2 水利水電工程的鉆孔爆破技術(shù)布置

炮孔的布置有分區(qū)和布孔兩種形式，在進(jìn)行布置時(shí)，施工人員需考慮到隧洞后期的鉆孔作業(yè)問題，不要讓炮孔的移動(dòng)次數(shù)及頻率過多，同時(shí)炮孔的放線和巖層的層里之間要維持垂直關(guān)系，減少卡鉆和漏氣問題，另外針對(duì)周邊孔進(jìn)行布置時(shí)，要確保布置方式和現(xiàn)有輪廓圖設(shè)計(jì)符合，不能違背輪廓圖，否則會(huì)增加施工的風(fēng)險(xiǎn)程度，最后是掏槽孔的布置，其深度需大于崩落孔的15%左右。在設(shè)計(jì)鉆爆時(shí)，施工人員應(yīng)根據(jù)超前鉆探情況及圍巖的完整性、軟硬程度確定開挖工法，制定切實(shí)可行爆破設(shè)計(jì)，提高炮孔利用率，根據(jù)工程隧洞出口圍巖級(jí)別，確定斷面開挖方法，并對(duì)掏槽眼、輔助眼、周邊眼、底板眼的布置、深度、斜度和數(shù)量，爆破器材、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆方法和起爆順序的控制。以Ⅲ級(jí)圍巖全斷面開挖炮孔布置圖為例（圖1）。

圖1 III級(jí)圍巖全斷面開挖炮孔布置設(shè)計(jì)圖

圖1中的炮孔設(shè)計(jì)按照周邊孔間距40cm，輔助孔間距80～120cm，多排楔形掏槽的形式布置。為保證開挖斷面凈空滿足要求同時(shí)為鑿巖臺(tái)車鉆臂提供充足的工作空間，對(duì)周邊孔設(shè)置一定的外插角，該外插角根據(jù)鉆孔深度、圍巖實(shí)際情況等因素設(shè)置，通常在2～3°，保證孔底在開挖斷面以外15～20cm。爆破后掌子面處斷面半徑大于設(shè)計(jì)斷面半徑15～20cm，理論全斷面開挖平均超挖量為8～10cm，施工人員在實(shí)際鉆爆中還需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際鉆爆的斷面測量情況判斷實(shí)際平均超挖量。圖1隧洞的設(shè)計(jì)全斷面布孔有175個(gè)，其中周邊孔70個(gè)，底板孔11個(gè)，輔助孔68個(gè)，掏槽孔28個(gè)。周邊孔采用不耦合間隔裝藥，掏槽孔及輔助孔采用耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)[3]。為保證鉆爆效果，同時(shí)為以后的鉆爆調(diào)整提供數(shù)據(jù)，對(duì)每循環(huán)實(shí)際鉆孔記錄鉆爆循環(huán)記錄，便于分析總結(jié)。

3 隧洞鉆孔爆破技術(shù)的測量及用藥量

4 工程鉆爆中的塌方事故預(yù)防及處理措施

工程鉆爆屬于高危作業(yè)，存在發(fā)生塌方事故的風(fēng)險(xiǎn)概率，因此施工單位不止要做好塌方事故預(yù)防，還要準(zhǔn)備應(yīng)急處理方案，以便在塌方事故出現(xiàn)時(shí)，第一時(shí)間組織相關(guān)人員實(shí)施應(yīng)急措施，比如即依據(jù)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在Revit以及Project軟件之中設(shè)置參數(shù)，制作出3D模型，從而反映出水利水電工程在鉆爆施工的可預(yù)見性問題，再制定應(yīng)急措施，可以有效保障鉆爆施工的進(jìn)度、鉆爆過程的安全以及質(zhì)量控制。而在作業(yè)中，施工人員注意觀察布置炮孔時(shí)的鉆桿垂度，控制好鉆頭在孔內(nèi)的升降速度，避免由于漿液沖刷孔壁以及負(fù)壓原因造成孔壁塌方。在鉆進(jìn)成孔作業(yè)過程中應(yīng)視地層、孔深的變化適當(dāng)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，并盡快配置泥漿，確保成孔質(zhì)量。在施工過程中及時(shí)清運(yùn)鉆渣，確保隧洞環(huán)境的干凈整潔，待鉆孔達(dá)到要求停鉆后為保障孔壁的穩(wěn)定性應(yīng)注意保持孔內(nèi)泥漿的漿面高程[5]。

施工單位還需成立應(yīng)急救援小組，并分設(shè)現(xiàn)場搶險(xiǎn)救災(zāi)班組、技術(shù)專家班組、物資供應(yīng)保障班組、醫(yī)療救護(hù)班組、后勤保障班組、善后處理班組等工作隊(duì)，讓各個(gè)小隊(duì)各司其職，共同協(xié)調(diào)，同時(shí)，負(fù)責(zé)人要根據(jù)現(xiàn)場施工情況推行搶險(xiǎn)救援崗位責(zé)任制，明確每個(gè)搶救班組的工作責(zé)任，以便在險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)可以及時(shí)參與對(duì)遇難者的搶救以及對(duì)現(xiàn)場狀況的有效控制。搶救工人員要根據(jù)隧洞發(fā)生的塌方范圍對(duì)遇難者以及是否存在被困人員進(jìn)行預(yù)判，并迅速制定急救方案。施工單位還需注意，當(dāng)塌方發(fā)生時(shí)，隧洞會(huì)因?yàn)槭瘔K堵塞變成密閉空間，受困人員活動(dòng)范圍會(huì)受到極大的限制，如果長時(shí)間無法救出受困人員，會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生各類疾病感染。為此在隧洞鉆爆時(shí)，施工現(xiàn)場要常備抗生素和阿司匹林等藥物，以便在塌方發(fā)生時(shí)，受困人員可以緊急自救，減少血液凝固或者病菌感染等問題的發(fā)生。救援人員在開展施救工作前，也需對(duì)坍塌范圍頂部做清除或錨固工作，將隧洞的支護(hù)進(jìn)一步加強(qiáng)，并架設(shè)鋼支撐或噴混凝土，防止大范圍塌落，將因?yàn)樗綆淼膿p失降至最低。

5 結(jié)語

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速增長，對(duì)水電需求也越來越高，水利水電工程在快速發(fā)展的同時(shí)，面臨的安全隱患問題也越來越大。在工程施工中，隧洞鉆孔爆破是關(guān)鍵的一環(huán)，鉆孔爆破作為爆破施工的核心，應(yīng)受到施工單位及施工人員的重視。故施工單位在進(jìn)行鉆爆作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格恪守鉆爆施工的施工原則，同時(shí)結(jié)合施工現(xiàn)場狀況選擇合理的隧洞鉆孔爆破技術(shù)，并注意炮孔布置，在用藥量上也精確計(jì)算，減少不必要的資源損耗。最后，要注意隧洞鉆孔爆破中的塌方預(yù)防及應(yīng)急救援，提高水利水電工程的隧洞鉆孔爆破安全性與質(zhì)量，為水利水電工程順利施工提供保障。