托帕水庫臨時道路工程交通洞光面爆破技術探討

李維琴

(江西贛禹工程建設有限公司，南昌 330000)

1 工程背景

托帕水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內，工程壩址位于恰克馬克河上，是流域規(guī)劃推薦恰克馬克河上的控制性水利樞紐工程，是一座以灌溉和防洪為主的中型水利樞紐工程。托帕水庫工程距恰克馬克河攔河引水樞紐45km，距阿圖什市92km，現(xiàn)有S212省道從壩址左岸通過。本項目由3條臨時道路1條交通洞組成。水庫壩址下游臨時道路路線起點位于壩址下游左岸1.0km處S212省道，終點位于交通洞進口，路線長0.66km；臨時過壩交通洞起于上游臨時路樁號K0+654.939，至于下游臨時路樁號K0+000，全長480.640m，Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞寬10.5m，洞高7.25m，Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞寬8.5m，洞高6.5m，開挖段面積共為59.58m2?？紤]到水庫臨時道路工程交通隧洞施工質量、安全及造價控制要求，擬采用光面爆破開挖技術。

2 光面爆破施工技術應用要點

2.1 爆破參數(shù)確定

托帕水庫臨時道路交通洞光面爆破采用自制鉆孔臺車及YT-28氣腿式鑿巖機，炮孔直徑45mm，起爆采用電雷管配合導爆索的形式，炸藥類型為巖石硝銨炸藥及防水乳化炸藥，并按照標準藥卷連續(xù)裝藥。Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用臺階式開挖方式楔形掏槽，Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用全斷面開挖方式楔形掏槽。光面爆破施工對隧洞圍巖擾動較小，并能維持圍巖自身承載力，改善圍巖襯砌結構受力狀態(tài)，為取得良好的光面爆破效果，必須加強爆破參數(shù)的合理選擇[1]。本工程交通隧洞光面爆破參數(shù)主要包括掏槽孔參數(shù)，周邊孔間距、最小抵抗線、密集系數(shù)、裝藥集中度，炮孔數(shù)量、裝藥量等。

1)掏槽孔參數(shù)：托帕水庫臨時道路交通隧洞光面爆破掏槽孔按垂直楔形掏槽設計，三對掏槽孔水平對稱布設，掏槽效果主要取決于炮孔于開挖面夾角α、上下炮孔間距a以及同一開挖爆破面掏槽孔孔底間距b，參數(shù)的取值情況詳見表1。

表1 掏槽孔設計參數(shù)取值

2)周邊孔參數(shù)：托帕水庫臨時道路交通隧洞光面爆破周邊孔外插斜率應在0.03-0.05范圍內取值，周邊空間距應控制在335-755mm，根據(jù)爆破試驗，本工程取周邊孔間距為550mm，最小抵抗線為687.5(1.25×550)，密集系數(shù)0.8(550/687.5)。

3)裝藥集中度：按照設計規(guī)范，周邊孔裝藥集中度應在0.07-0.35kg/m范圍內取值，爆破試驗結果顯示，周邊孔裝藥集中度為0.2kg/m時，爆破效果最佳。托帕水庫臨時道路交通隧洞光面爆破周邊孔參數(shù)取值情況詳見表2。在具體爆破施工過程中，還應根據(jù)施工環(huán)境、地質條件、爆破效果等進行爆破參數(shù)的及時修正，以取得最佳的爆破施工效果。

表2 光面爆破周邊孔參數(shù)取值

4)炮孔數(shù)：

本水庫工程臨時道路交通隧洞光面爆破炮孔數(shù)量按照下式確定：

N=KS/ηγ

(1)

式中：N為炮孔數(shù)，個，未裝藥的空孔不考慮；S為圍巖開挖段面積，m2；K為炸藥耗用量，kg/m3，取1.2-2.5kg/m3；η為裝藥系數(shù)，是裝藥長度與炮孔長度的比，取0.8；γ為藥卷所含炸藥質量，kg/m，取0.85。將上述爆破參數(shù)帶入式(1)可得：N=(1.2×59.58)/(0.8×0.85)=105個，其中掏槽孔5個，周邊孔35個，輔助孔50個，底孔15個。

2.2 炮孔布置

考慮到石渣裝運、噴混凝土等施工的方便性，爆渣堆積越集中越好，所以掏槽孔應布置在斷面中下方位置，深度應超出其他孔15-25cm。為促進輪廓成型及炮孔保存，根據(jù)本工程設計炮孔間距類似工程施工經(jīng)驗，起拱線以上周邊孔間距應為30cm，起拱線以下周邊孔間距應為40cm，周邊孔抵抗線取1.25E(E為周邊孔間距)。擴槽孔主要起到擴大槽腔并為光面爆破提供空間條件的作用，擴槽孔應按設計要求加密布置。內圈孔、掘進孔也應適當加密布設，以防止其過于集中或裝藥量過大而破壞圍巖。

2.3 炮孔深度

炮孔深度應依據(jù)鉆孔機械最大鉆深、鉆孔工效、設備裝運能力、循環(huán)作業(yè)能力、圍巖巖體所承受的震動強度等綜合確定，還應考慮巖石夾制作用。本工程交通隧洞光面爆破掏槽孔和底孔深取3.8m，其余炮孔深取3.5m。

2.4 不耦合系數(shù)

光面爆破不耦合系數(shù)是炮孔直徑與藥卷直徑之比，通過不耦合系數(shù)取值的控制應使光面爆破后炮孔壁所作用的壓力小于圍巖抗壓強度，為增強光面爆破效果，并充分發(fā)揮緩沖作用，不耦合系數(shù)應控制在1.5-2.0之間[2]。本工程所采用的乳化炸藥直徑25mm，周邊孔不耦合系數(shù)為1.8(45/25)，符合標準。

2.5 裝藥量及起爆間隔時間

本工程臨時道路交通隧洞光面爆破裝藥量根據(jù)爆破試驗及類似工程經(jīng)驗確定，起拱線以上周邊孔單孔裝藥量控制在0.65-0.75kg，起拱線以下周邊孔單孔裝藥量控制在0.75-0.90kg。其余炮孔裝藥量按照下式確定：

q=KaWLλ

(2)

式中：q為單孔裝藥量，kg；W為抵抗線，cm；L為炮孔深，cm；λ為炮孔位置系數(shù)，掏槽孔取1.5-2.0，擴槽孔取1.2，掘進槽下孔取1.0，掘進槽側孔取0.95，掘進槽上孔取0.9，內圈孔取0.85，二臺孔取1.05，底孔取1.1；其余參數(shù)含義同前。

周邊孔和輔助孔按照不連續(xù)結構裝藥，周邊孔的連接和傳爆通過導爆索完成，其余炮孔則通過底部布設毫秒延時雷管并進行裝藥結構的反向起爆和導爆管傳爆。炮孔裝藥后采用不短于20cm的炮泥堵塞炮孔，為控制光面爆破施工過程，本工程交通隧洞光面爆破起爆間隔時間按50ms確定。

3 爆破效果

若采用普通爆破開挖方式，則超挖量預計達到20%-30%，托帕水庫臨時道路交通隧道光面爆破成形規(guī)整，新形成巖面所殘留的半邊孔壁痕跡清晰，超挖得到有效控制，且開挖、回填及支護工程量大大節(jié)省。爆破開挖后圍巖面光滑平整，幾乎不見爆破裂隙，原構造裂隙也未因光面爆破施工而出現(xiàn)擴展，最大程度保證了圍巖結構的穩(wěn)定。爆破開挖施工后圍巖巖壁平整，且?guī)r面所存在的應力集中現(xiàn)象得到有效緩解，使深埋巖壁巖爆風險大大降低。光面爆破開挖施工配合錨噴支護，能增強開挖面的平整性，有利于錨噴成形和回彈量控制[3]。

4 結 論

光面爆破開挖施工方案設計及參數(shù)選擇與地質條件、開挖斷面形狀和尺寸等有關，在托帕水庫臨時道路交通洞光面爆破施工中，各項爆破參數(shù)選擇及施工方案設計合理，爆破施工效果良好，爆破后巖面光滑平整，炮孔痕跡留存率不低于90%，圍巖自承能力和交通洞安全度顯著提升。此外，通過較好的超欠挖控制，炸藥耗用量得到有效控制，出渣量也相應減少，混凝土襯砌厚度及噴錨支護質量得到有效控制，混凝土回填量大大減少，施工進度加快，托帕水庫臨時道路交通隧洞光面爆破施工經(jīng)濟效益和社會效益顯著。