淺談隧洞爆破施工

李小燕

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

1 基本情況

引洮供水二期主體工程11-1標(biāo)總干22#隧洞1#支洞向下游洞身圍巖為γ4花崗巖，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；洞段圍巖中裂隙、斷層較為發(fā)育，巖體較為破碎，多為碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖屬不穩(wěn)定的Ⅳ類(lèi)圍巖，采用系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴混凝土的方式進(jìn)行一次支護(hù)。

2 爆破方案

根據(jù)目前實(shí)際Ⅳ類(lèi)圍巖開(kāi)挖采用鉆爆法施工，手風(fēng)鉆鉆孔，全斷面開(kāi)挖的方式[1]，每循環(huán)進(jìn)尺控制在2 m左右。每次鉆孔前均由施工人員根據(jù)紅外線導(dǎo)向儀指示在掌子面上的導(dǎo)向點(diǎn)放樣開(kāi)挖輪廓線，并用紅油漆在掌子面上標(biāo)示各孔位置，鉆爆作業(yè)組嚴(yán)格按照標(biāo)示的孔位進(jìn)行打孔。鉆工按照各自負(fù)責(zé)的孔位鉆孔，嚴(yán)格按照爆破方案執(zhí)行，對(duì)符合設(shè)計(jì)和超挖要求的斷面的鉆工進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。周邊孔偏差不得大于5 cm，爆破孔偏差不得大于10 cm。

2.1 爆破器材的選用

2.1.1 炸藥2#巖石乳化炸藥，直徑φ32 mm，長(zhǎng)20 cm。

2.1.2 雷管 采用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管。

2.2 單位巖體炸藥消耗量計(jì)算

按照目前正在進(jìn)行施工洞段開(kāi)挖斷面13.584 m2進(jìn)行計(jì)算，單位巖體炸藥消耗量：

式中，q為巖石單位耗藥量（kg/m3）；f為普氏巖石堅(jiān)固系數(shù)，洞身圍巖為γ4花崗巖，裂隙和斷層在圍巖中較為發(fā)育，巖體多為碎裂結(jié)構(gòu)，取f=10；L1為平均鉆孔深度（m），2.2 m；s為斷面面積（m）2，s=13.584 m2；K1為炮孔裝藥量充填系數(shù)，60%～80%，取K1=0.8；η為炮孔利用系數(shù)，0.8～0.95，取η=0.9；K2為等效炸藥換算系數(shù)，K2=0.9；K3為巖體裂隙率的修正系數(shù)，取K3=0.75；Fs為自由面數(shù)量，取Fs=1。

經(jīng)計(jì)算：q=｛[(10－3)/3.8]1/2+2.2×0.8×0.9/13.584｝×0.9×0.75=0.995 kg/m3。

每循環(huán)開(kāi)挖炸藥用量：Q=qV=0.995×2×13.584=27.03 kg。

2.3 挖斷面的鉆孔數(shù)量

全斷面開(kāi)挖鉆孔數(shù)量：

式中，K為系數(shù)，取4.1。

由此鉆孔數(shù)量：

2.4 爆破參數(shù)計(jì)算

2.4.1 掏槽孔的炸藥用量計(jì)算

式中，qcut為掏槽孔的炸藥用量（kg/孔）。

2.4.2 周邊孔平均裝炸藥的用量計(jì)算

式中，qp為周邊孔平均裝炸藥的用量（kg）；a為周邊孔的兩孔間距（m），0.35～0.45 m；w為周邊孔的最小抵抗線（m），取0.45 m；lp為周邊孔的深度（m）；q為每方消耗炸藥數(shù)量（kg/m3）。

2.4.3 輔助孔的平均炸藥用量計(jì)算

式中，qn為輔助孔的平均炸藥用量（kg）；Ncut為掏槽孔數(shù)；Np為周邊孔數(shù)。

2.5 爆破參數(shù)的選用

用以上計(jì)算方法作為初選爆破參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整有關(guān)爆破參數(shù)（若圍巖較軟弱或破碎，則根據(jù)實(shí)際情況將周邊孔孔距調(diào)整至30～40 cm）。初次選用的參數(shù)見(jiàn)《IV類(lèi)圍巖隧洞全斷面開(kāi)挖爆破參數(shù)表》（見(jiàn)表1）、《隧洞爆破參數(shù)表》（見(jiàn)表2）、《隧洞爆破炮孔布置示意圖》（見(jiàn)圖1）。

表1 IV類(lèi)圍巖隧洞全斷面開(kāi)挖爆破參數(shù)

表2 隧洞爆破參數(shù)

圖1 隧洞炮孔布置示意圖

2.6 裝藥方案

隧洞I V類(lèi)圍巖周邊孔用間隔裝藥的方案，底板孔也采用間隔裝藥的方案，掏槽孔采用連續(xù)裝藥的方案，輔助孔也采用連續(xù)裝藥的方案，裝藥形式如圖2所示。注：1.預(yù)計(jì)每循環(huán)進(jìn)尺2.0 m，循環(huán)方量27.16 m2，預(yù)計(jì)炮眼利用率80%～90%；2.炸藥單耗0.99 kg/m（3以IV類(lèi)圍巖為準(zhǔn)）；3.炮眼采用φ32*200藥卷，有水炮眼采用乳化炸藥。

圖2 裝藥形式

經(jīng)計(jì)算，該斷面單位巖體炸藥消耗量為0.995 kg/m3，每循環(huán)炸藥消耗量為27.03 kg，鉆孔數(shù)量為47孔。但在前期施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)花崗巖巖質(zhì)較硬，使用該爆破參數(shù)效果不理想，經(jīng)試驗(yàn)和改進(jìn)，目前將周邊孔增加4個(gè)（即30個(gè)）；其他孔數(shù)不變，增加的周邊孔根據(jù)圍巖情況少裝藥或不予裝藥，即可保證爆破切割平整度，每循環(huán)（2 m）炸藥消耗量控制在28～32 kg范圍爆破效果較為理想。

就目前施工情況來(lái)看，超挖量基本控制在17～20 cm以內(nèi)。在后期的施工過(guò)程中將根據(jù)實(shí)際圍巖情況不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，將超挖量控制在最小范圍內(nèi)。

3 目標(biāo)控制措施

3.1 控制目標(biāo)

要求主洞開(kāi)挖工作不出現(xiàn)欠挖現(xiàn)象，超挖控制在10 cm以內(nèi)。

3.2 控制措施

3.2.1 根據(jù)圍巖變化及時(shí)調(diào)整各類(lèi)爆破數(shù)據(jù) 在隧洞洞挖的施工中，圍巖是隨時(shí)變化的，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員及作業(yè)人員是一個(gè)極大的考驗(yàn)，不僅需要專(zhuān)業(yè)的地質(zhì)知識(shí)，還需要施工經(jīng)驗(yàn)，在兩者結(jié)合的情況下，根據(jù)上次爆破的效果，變化下次爆破的數(shù)據(jù)，保證下次的斷面形狀、超挖和欠挖符合目標(biāo)要求。

爆破后發(fā)現(xiàn)較大超挖，殘留炮孔痕跡分布不均勻，兩茬炮之間的臺(tái)階大于10 cm，說(shuō)明藥量偏高，需要降低藥量。

3.2.2 提高鉆孔精度 在爆破中，鉆孔應(yīng)嚴(yán)格按照爆破方案進(jìn)行，但受到外界影響較大，作業(yè)人員的水平和經(jīng)驗(yàn)、機(jī)械設(shè)備的效率和使用方法都會(huì)使爆破效果與方案形成一定的差距。根據(jù)施工過(guò)程中的方法和效果，采用以下辦法降低超挖和欠挖的現(xiàn)象，并保證開(kāi)挖斷面符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.2.1 對(duì)鉆孔作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，使其明白操作的原理及重點(diǎn)應(yīng)該控制的參數(shù)，按照技術(shù)交底的內(nèi)容進(jìn)行鉆孔；選用有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員進(jìn)行鉆孔，提高鉆孔的準(zhǔn)確率；在提前鉆好的孔內(nèi)放入導(dǎo)向管，作為后續(xù)的打孔方向，提高后續(xù)孔的精度。

3.2.2.2 周邊孔打眼時(shí)，稍微向掌子面輪廓線的內(nèi)側(cè)移動(dòng)，提高斷面形狀的保證率，使斷面符合設(shè)計(jì)和目標(biāo)控制要求。

3.2.3 提高測(cè)量放線的精度 洞挖施工過(guò)程中，首先進(jìn)行的工作就是測(cè)量放線，測(cè)量放線的精確度直接影響斷面的成型，所以要求測(cè)量人員熟悉設(shè)計(jì)圖紙和開(kāi)挖斷面的尺寸，在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)考慮開(kāi)挖后斷面的變形和沉降，以提高斷面的精確度。

測(cè)量人員由熟練、技術(shù)過(guò)硬的人員擔(dān)任，測(cè)量數(shù)據(jù)換手復(fù)核。測(cè)量?jī)x器選用較先進(jìn)儀器操作，定期到技術(shù)鑒定部門(mén)進(jìn)行儀器標(biāo)定。

3.2.4 選用適合本標(biāo)段地質(zhì)條件和斷面成型形狀的爆破技術(shù) 根據(jù)本標(biāo)段的地質(zhì)條件和開(kāi)挖斷面形狀進(jìn)行爆破試驗(yàn)，選取合適的爆破方法和參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不斷調(diào)整參數(shù)，使爆破參數(shù)更適用，按照此參數(shù)，嚴(yán)格控制每個(gè)孔的裝藥量和爆破質(zhì)量，選取使用的爆破方案。

3.2.5 落實(shí)各方責(zé)任 技術(shù)人員按照總工根據(jù)實(shí)際圍巖確定的光爆布置圖將炮孔布設(shè)完畢后，移交至施工員及工長(zhǎng)，由施工員進(jìn)行跟班，負(fù)責(zé)檢查鉆眼的走向及裝藥量，確保嚴(yán)格按照爆破參數(shù)執(zhí)行。

在施工前加強(qiáng)組織保障，根據(jù)每個(gè)鉆孔人員的熟練度和操作經(jīng)驗(yàn)，將孔眼分別固定給個(gè)人，各司其職；在作業(yè)前，對(duì)鉆孔人員進(jìn)行技術(shù)交底和培訓(xùn)，使其熟練掌握炮孔的參數(shù)。在實(shí)際操作過(guò)程中，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，使爆破效果符合要求；由爆破班組長(zhǎng)負(fù)責(zé)整個(gè)鉆爆工作，及時(shí)觀察圍巖情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)向技術(shù)人員反應(yīng)，保證爆破工作各個(gè)環(huán)節(jié)的搭接和質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)爆破參數(shù)等的控制，項(xiàng)目部全體技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到隧洞質(zhì)量控制對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效果的重要性，施工人員從思想上高度重視，切實(shí)負(fù)起主體責(zé)任，層層把關(guān)，各司其職，責(zé)任到人。在開(kāi)挖過(guò)程中，由技術(shù)人員觀察圍巖情況的變化，根據(jù)圍巖情況調(diào)整爆破參數(shù)，實(shí)行動(dòng)態(tài)交底，使超挖降低到最低程度。