光面爆破法在那佳—南慶隧洞工程中的應(yīng)用

黃天炎，呂冠成，蔡思遠(yuǎn)

（崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200）

1 工程概況

那佳—南慶隧洞位于馱英水庫(kù)灌區(qū)總干渠末端，設(shè)計(jì)引水流量為16.75 m3/s，總干渠單項(xiàng)工程包括明渠、隧洞、水閘、暗涵等建筑物。其中，明渠段長(zhǎng)287 m，隧洞長(zhǎng)12 975 m，暗涵長(zhǎng)178 m，分兩個(gè)標(biāo)段施工，Ⅰ標(biāo)段工程為那佳—南慶隧洞前端，長(zhǎng)7.87 km（樁號(hào)0+000～7+870），隧洞洞身混凝土澆筑后隧洞斷面寬3.5 m，高4.3 m，縱坡為1/2000。

Ⅰ標(biāo)段隧洞工程主要有引水隧洞（長(zhǎng)7870 m）和進(jìn)口明渠（長(zhǎng)287 m），隧洞均采用城門洞型斷面。根據(jù)圍巖條件，一期支護(hù)采用系統(tǒng)（隨機(jī)）錨桿+錨噴+鋼拱架，二期支護(hù)采用鋼筋混凝土襯砌。

2 開(kāi)挖方案選取

Ⅰ標(biāo)段掘進(jìn)方式見(jiàn)圖1。

圖1 Ⅰ標(biāo)段掘進(jìn)示意圖

隧洞洞身采用全斷面爆破開(kāi)挖方式，遵循“短進(jìn)尺、多循環(huán)”原則，采用光面爆破隧洞輪廓線一次成型。

崠橋、崠樣支洞開(kāi)挖至主洞時(shí)，展開(kāi)兩個(gè)工作面，開(kāi)始時(shí)上下游兩個(gè)方向均采用爆破施工各60 m，保證120 m的安全距離，然后往下游方向采用掘進(jìn)機(jī)洞挖，往上游方向繼續(xù)采用爆破施工。

3 隧洞Ⅳ類圍巖光面爆破方案設(shè)計(jì)

光面爆破參數(shù)選擇與隧洞所在的地質(zhì)圍巖穩(wěn)定性有關(guān)，與爆破物品的性能有關(guān)；同時(shí)還與選用的裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方法、開(kāi)挖斷面的形狀和尺寸有關(guān)，爆破參數(shù)的確定是控制光面效果的關(guān)鍵，施工中根據(jù)不同圍巖情況確定各次的爆破參數(shù)分別進(jìn)行試爆，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化，以達(dá)到最佳的爆破效果。

Ⅰ本標(biāo)段隧洞主要為Ⅳ類圍巖，所以實(shí)驗(yàn)對(duì)像是針對(duì)IV類圍巖進(jìn)行，擬選擇那佳主洞進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 爆破器材品種選用

炸藥選用2#巖石乳化炸藥，規(guī)格為Φ32 mm×300 g、Φ25 mm×210 g，導(dǎo)爆索，規(guī)格為50 m／卷；雷管選用這毫秒延期導(dǎo)爆索雷管。

3.2 鉆孔設(shè)備和孔徑

鉆孔設(shè)備擬采用8 臺(tái)YT-28 型氣腿式鑿巖機(jī)，13 m3電動(dòng)空壓機(jī)4 臺(tái)。炮孔直徑D=λΦ，其中λ 為不偶合系數(shù)，Φ為藥卷直徑。選用較小不偶合系數(shù)λ＝1.2，則D=1.2×32 mm=38.4 mm，因此炮孔直徑選用40 mm。

3.3 掏槽形式和參數(shù)

洞挖爆破中掏槽效果的好壞直接影響洞挖的效果，因此，作業(yè)時(shí)空眼與裝藥眼底距必須控制好，本工程斷面較?。?.3 m×5.8 m），爆破段圍巖硬度大，擬采用平行空孔直線桶形掏槽方式，孔數(shù)8 個(gè)，這種掏槽方式具有操作簡(jiǎn)單，掏槽眼數(shù)量少的優(yōu)點(diǎn)，適宜于小斷面爆破。桶形掏槽示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 桶形掏槽示意圖

掏槽孔與空孔中心距取90～100 mm，掏槽孔布置在掌子面中心偏下200 mm 處，以減小底部炮孔爆破的阻力，掏槽眼應(yīng)比其他炮眼加深200 mm，裝藥量比輔助孔多10%～20%。

3.4 周邊孔和底孔參數(shù)

周邊孔距洞身輪廓線取100 mm，向外稍斜（2°～3°），孔底超出輪廓線100～250 mm。在硬巖層中，周邊孔的孔口在斷面設(shè)計(jì)輪廓線上，孔底超出輪廓線小于100 mm；在軟巖中，周邊孔的孔口在斷面設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)小于80 mm，孔底落在輪廓線上。炮孔眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5 cm。

底孔間距取小值，底眼在距底線50 mm 處開(kāi)口，稍向下傾斜。

3.5 起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆順序：掏槽孔→輔助孔→周邊孔（包含光爆孔）→底孔。

起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電導(dǎo)爆管并簇聯(lián)方式，使用FB-500型起爆器擊發(fā)激發(fā)針引爆導(dǎo)爆索，從而起爆雷管，最后引爆炸藥（見(jiàn)圖3）。

圖3 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

3.6 裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽眼裝填Φ32 mm 的藥卷，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，堵塞長(zhǎng)度500 mm；周邊光爆眼裝Φ25 mm 的藥卷，采用軸向不藕合裝藥結(jié)構(gòu)，由導(dǎo)爆索串聯(lián)聯(lián)結(jié)起爆，堵塞長(zhǎng)度400 mm；輔助眼和底眼裝填Φ320 mm 的藥卷，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，堵塞長(zhǎng)度400 mm。起爆藥包靜力壓實(shí)，其余滿包加力捅實(shí)，消除藥包的孔徑間隙，保證藥包傳爆效果。

3.7 炮眼數(shù)量

炮眼數(shù)目的多少直接影響每一循環(huán)鑿巖工作量、爆破效果、循環(huán)進(jìn)尺、隧洞成型的好壞以及爆碴塊度的大小。暫按下式計(jì)算炮眼數(shù)目，在施工中，需根據(jù)具體情況再作調(diào)整，以達(dá)到最佳爆破效果。

炮眼數(shù)目N，可參考下式計(jì)算：

式中：q 為炸藥單耗量，kg/m3；s 為開(kāi)挖面積，m2；r 為每米長(zhǎng)度炸藥的重量，乳化炸藥r=0.78 kg/m；η為炮眼裝藥系數(shù)，取η=0.67。

經(jīng)計(jì)算，各類圍巖相應(yīng)斷面炮眼數(shù)目見(jiàn)表1。

圍巖類別Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類設(shè)計(jì)炮眼個(gè)數(shù)60 74 72設(shè)計(jì)炸藥單耗/（kg/m3）1.25 1.15 1.0斷面面積/m217.91 22.30 22.97計(jì)算炮眼個(gè)數(shù)42 49 44周邊孔17 24 27空孔111

3.8 每個(gè)炮眼裝藥量

炮眼裝藥量可參考下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q為炮眼裝藥量，kg；η為炮眼裝藥系數(shù)，掏槽眼取η=0.8，輔助眼取0.5～0.8；L為眼深，掏槽眼3.0 m，輔助眼2.8 m；r為每米長(zhǎng)度炸藥量，r=0.78 kg/m。

掏槽眼裝藥量計(jì)算值為1.87 kg，取1.8 kg；輔助眼裝藥量計(jì)算值為1.31 kg，取1.3 kg。在施工中，根據(jù)具體情況再作調(diào)整，以達(dá)到最佳爆破效果。

3.9 光面爆破參數(shù)

初擬如下爆破參數(shù)（見(jiàn)表2），在實(shí)際施工中應(yīng)按照選定的參數(shù)總結(jié)每次爆破效果，測(cè)量半孔率和輪廓不平整度，不斷優(yōu)化調(diào)整光爆參數(shù)。

周邊孔間距a=（15～10）D=（15～10）×40 mm=600～400 mm；

密集系數(shù)m=a/W=0.65～1.0；

最小抵抗線W=600～400 mm。

巖石堅(jiān)固系數(shù)f 4～6 6～10不偶合系數(shù)k 1.6～1.8 1.4～1.6裝藥量Q/（g/m）100～200 150～250炮孔間距a/cm 0.60～0.50 0.65～0.55最小抵抗線W/m 0.55～0.45 0.55～0.45

4 隧洞Ⅳ類圍巖爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 炮孔布置

Ⅳ類圍巖占主洞總長(zhǎng)度的96%，共7570 m，為C型斷面，開(kāi)挖斷面尺寸為：4.6 m×5.25 m。

輔助孔距掏槽孔0.6 m，輔助孔間距0.7 m，周邊孔間距0.5 m，底孔間距0.6 m。輔助孔33 個(gè)，周邊孔24 個(gè)、底孔9 個(gè)，加上空孔與掏槽孔9 個(gè)，炮孔總數(shù)設(shè)計(jì)為75個(gè)（見(jiàn)圖4）。

圖4 炮孔布置圖

4.2 鉆孔深度

Ⅳ類泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、青灰色砂巖，巖體完整性一般，微風(fēng)化。根據(jù)以往同類地質(zhì)條件的施工經(jīng)驗(yàn)，取定掏槽眼深度為3.0 m，輔助孔眼深度為2.8 m，周邊孔深度為2.8 m，底孔深度為2.8 m。爆破施工參數(shù)見(jiàn)表3。

炮孔名稱空孔掏槽孔輔助孔底孔周邊孔（光面）合計(jì)孔數(shù)/個(gè) 1 8 3孔深/mm 3000每節(jié)炸藥重量/kg 0.000每節(jié)長(zhǎng)度/m 0.00總裝節(jié)數(shù)0.00單孔裝藥量/kg 0.00總裝藥量/kg 0.00藥卷直徑/mm 0 3000 0.300 0.33 6.00 1.80 14.40 32 3 9 24 2800 0.300 0.33 5.00 1.50 48.00 32 2800 0.300 0.33 5.00 1.50 13.50 32 2800 0.210 0.33 4.00 0.84 20.16 25 75 96.06

4.3 爆破炸藥使用量

綜上計(jì)算可知，在全斷面每次爆破進(jìn)尺2.5 m的情況下，每個(gè)工作面一次爆破循環(huán)藥量取96.06 kg，循環(huán)方量55.57 m3。

5 光面爆破效果評(píng)價(jià)

那佳—南慶隧洞Ⅰ標(biāo)Ⅳ類圍巖采用以上爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，并對(duì)孔位布置、裝藥質(zhì)量、起爆網(wǎng)路連接、起爆進(jìn)行了嚴(yán)格的監(jiān)督。根據(jù)爆破效果逐步調(diào)整和優(yōu)化相關(guān)爆破參數(shù)后再進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，使得光面爆破后開(kāi)挖面成型良好。