韋觀長
(福建省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司,福建 福州 350000)
新建生態(tài)電站與芹山電站的引水系統(tǒng)共用進水口,并在樁號0+110.00處與已建的引水隧洞相接,交角50°。新建引水隧洞主洞全長325.60m,斷面為城門型,開挖洞徑2.5m×2.8m(寬×高)。
在隧洞開挖現(xiàn)場,根據(jù)不同的圍巖類別,對鉆爆參數(shù)、炮孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)路等進行詳細設(shè)計。
通過爆破試驗,確定光面爆破的施工參數(shù)及施工工藝,進而確保隧洞的開挖質(zhì)量及安全。
爆破試驗項目主要包括下述內(nèi)容:爆破方法的選擇、爆破技術(shù)參數(shù)的設(shè)計、爆破安全的監(jiān)測、爆破安全的控制。
該爆破工程屬于復(fù)雜環(huán)境巖土爆破工程c級,為確保爆破施工的安全,爆破方法的確定核心是嚴(yán)格控制單響藥量,將爆破引起的質(zhì)點振動速度控制在安全允許值以下,確保引水主洞、溢洪道和大壩運行安全[1]。
原發(fā)電引水隧洞和新建生態(tài)引水隧洞交叉段,擬采用預(yù)留巖塞法施工;預(yù)留巖塞采用1.0~1.5m短進尺,常規(guī)區(qū)段采用2.5m炮孔深度掘進。在靠近預(yù)留巖塞段以及隧洞出口與現(xiàn)有導(dǎo)流洞相接段,根據(jù)測振數(shù)據(jù)調(diào)整炮孔深度,采用嚴(yán)格控制單段藥量的微震控制爆破方法。
5.1.1 炮孔直徑
炮孔直徑是以孔底底部為標(biāo)準(zhǔn)的,選擇炮孔直徑的大小,要充分考慮現(xiàn)有工具和材料條件。炮孔的大小對鑿巖生產(chǎn)率、單位耗藥量均有影響,小直徑孔比大直徑孔鉆鑿速度快,但有裝藥量小的缺點,一般隧道的炮孔直徑在32~50mm。該工程采用微震控制爆破技術(shù),嚴(yán)格控制最大單段藥量,藥卷直徑為φ32mm,考慮到藥卷與炮孔直徑匹配的關(guān)系。因此該工程炮孔直徑取42mm[2]。
5.1.2 炮孔數(shù)量
炮孔數(shù)量根據(jù)單位炸藥消耗量、開挖斷面積通過計算得到,與炮孔大小、工作巖面的物理力學(xué)性質(zhì)和炸藥威力大小有關(guān),炮孔數(shù)量直接影響鉆孔工作量[3]。
式(1)中:N——炮孔數(shù)量,不包括未裝藥的空眼數(shù);
q——單位炸藥消耗量,一般取1.2~2.4kg/m3(該工程巖石較為堅硬,且隧洞斷面狹小,取單耗2.1kg/m3);
S——開挖斷面積;
α——裝藥系數(shù),即裝藥長度與炮孔全長的比值;
γ——每米藥卷的炸藥質(zhì)量,單位為kg/m。
5.1.3 炮孔深度
炮孔深度是指炮孔底至開挖面的垂直距離,該工程常規(guī)區(qū)段采用2.5m炮孔深度,靠近預(yù)留巖塞段以及新建生態(tài)引水隧洞出口與現(xiàn)有導(dǎo)流洞相接段根據(jù)測振數(shù)據(jù)來調(diào)整炮孔深度。
5.1.4 炮孔一般按下述原則布置
(1)采用控制爆破法全斷面掘進施工,炮孔(光爆孔除外)均與洞軸線平行,周邊實施光面爆破。
(2)光爆孔是為了實現(xiàn)設(shè)計的輪廓線,應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計孔位鉆孔。
5.2.1 隧洞光面爆破的標(biāo)準(zhǔn)
開挖壁面巖石的成整性用巖壁上炮孔痕跡率來衡量,圍巖壁面上保存有60%以上的半面炮孔痕跡。開挖輪廓成形規(guī)則,巖面平整,無明顯的爆破后產(chǎn)生的裂隙,把超、欠挖控制在規(guī)定要求范圍內(nèi),圍巖壁面上無松動石塊或危石[4]。
5.2.2 隧洞光面爆破的主要參數(shù)
(1)光爆孔間距
周邊孔對圍巖起到直接保護作用,其參數(shù)應(yīng)該嚴(yán)格控制,合理的光爆孔間距應(yīng)該是炮孔間形成貫穿裂縫。一般根據(jù)經(jīng)驗確定孔間距系數(shù)Ki=8~18,即
式(2)中:a——光爆孔間距,mm;
d——炮孔直徑,mm。
該工程爆孔直徑為42mm,即a=336~756mm。同時考慮布孔的均勻性,根據(jù)不同的斷面形式選取不同的光爆孔間距。
(2)光爆孔密集系數(shù)
光面爆破爆孔的孔距a與光面爆破層厚度即最小抵抗線的大小W有著密切關(guān)系,通常以周邊孔的密集系數(shù)K(K=a/W)表示,K值的大小對光面爆破的影響很大。巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育者,眼距應(yīng)小而抵抗線應(yīng)大,堅硬、穩(wěn)定的巖石上,眼距應(yīng)大而抵抗線應(yīng)小。在隧洞施工中,根據(jù)經(jīng)驗可知一般取K=0.6~1.0。
5.3.1 炮孔布置
對于開挖區(qū),光爆孔頂拱炮孔間距為550mm,兩側(cè)直立邊墻的間距為500mm,共布置14個光爆孔,其中頂拱6個,兩側(cè)邊墻8個,光爆層厚度為0.6m;共布置11個崩落孔,5個掏槽孔,4個底板孔以及4個空孔[5],炮孔布置圖如圖1所示。
圖1 炮孔布置圖(單位:m)
5.3.2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)
對于開挖區(qū),光爆孔采用1/4φ32mm藥卷間隔20cm,底部1節(jié)φ32mm加強間隔裝藥,裝藥長度2m,堵塞長度0.5m,單孔裝藥量0.5kg。崩落孔及掏槽孔采用φ32mm藥卷連續(xù)裝藥,裝藥長度1.5m,堵塞長度1m,單孔裝藥量1.5kg,裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖(單位:m)
采用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路或電子雷管起爆網(wǎng)路,掏槽孔為1~2孔一段,崩落孔為1~2孔一段,光爆孔為3~4孔一段,整個起爆網(wǎng)路最大單段藥量為3.0kg,每個掏槽孔和崩落孔內(nèi)均放一個電子數(shù)碼雷管,光爆孔采用導(dǎo)爆索連接,導(dǎo)爆索上放一發(fā)電子數(shù)碼雷管,每個電子數(shù)碼雷管按照設(shè)計的起爆網(wǎng)路設(shè)定時間,起爆網(wǎng)路圖如圖3所示。
圖3 爆破網(wǎng)路圖
鉆眼前應(yīng)嚴(yán)格按照爆破設(shè)計參數(shù)放出炮眼位置,并繪出開挖斷面輪廓線。在圍巖節(jié)理發(fā)育和巖性變化較大的段落,可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行鉆孔孔位的微調(diào),調(diào)整時需要考慮光面爆破層厚度、排距和孔距之間的關(guān)系。
在進行鉆孔施工作業(yè)時,各鉆工分區(qū)、分部位定人定位施鉆,鉆孔作業(yè)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)備使用安全及維護操作規(guī)程,按照崗位操作規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序進行操作。
鉆眼施工完畢,按炮眼布置圖進行孔深和孔距及傾角檢查驗收,并做好記錄,有不符合要求的炮眼應(yīng)重鉆,經(jīng)檢查合格后,才能裝藥起爆。每排炮按“平、直、齊”的要求進行檢查,做到炮孔的孔底落在爆破規(guī)定的同一個鉛直斷面上。
隧洞作業(yè)面裝藥前應(yīng)將炮眼內(nèi)的泥漿、石粉吹洗干凈,清理炮孔孔邊的浮渣、石塊,核對孔深、炸藥數(shù)量及雷管段別。裝藥分片分組,嚴(yán)格按爆破參數(shù)表及炮孔布置圖規(guī)定的單孔裝藥量、雷管段別“對號入座”,用木質(zhì)或竹制炮棍將藥卷輕輕推到位,各藥卷之間要貼緊。
炮孔堵塞是爆破施工中的一個重要環(huán)節(jié),不僅提高了破巖效果,而且減小了巖石的拋擲距離,降低了空氣沖擊波強度,提升巖石的破碎程度,也更利于裂縫的形成。因此應(yīng)由專人負(fù)責(zé)炮孔堵塞,確保填塞長度及密實度,保證填塞質(zhì)量滿足規(guī)范要求。填塞的材料應(yīng)符合設(shè)計要求,不得使用木頭樁、小石塊或其他代替充填物堵塞炮孔。
為防止拉斷聯(lián)接好的網(wǎng)路線,導(dǎo)爆管要預(yù)留一定富余長度。網(wǎng)路聯(lián)接要有專人警戒,非爆破人員應(yīng)在網(wǎng)路的聯(lián)接前撤離到爆區(qū)以外的安全范圍內(nèi),以防意外發(fā)生。
起爆前,在通往爆區(qū)的主要通道、出入口進行臨時交通管制,并做好安全警戒,各出入口的警戒工作要通過對講機或電話做好協(xié)調(diào)。并向爆破施工安全范圍以內(nèi)發(fā)出響亮的爆破警報,待所有施工人員和機械設(shè)備全部撤離到警戒范圍外方可起爆。
為科學(xué)評價爆破對保護對象產(chǎn)生的有害影響,為后續(xù)的爆破參數(shù)設(shè)計提供依據(jù),擬開展以下監(jiān)測工作。
7.1.1 爆破振動監(jiān)測
包括重點保護目標(biāo)監(jiān)測和振動傳播規(guī)律監(jiān)測。
7.1.2 爆破噪聲
附近村莊居民區(qū)爆破噪聲分貝值監(jiān)測。
7.2.1 固定測點
在大壩、溢洪道、上壩公路及邊坡、進水口等部位布置固定監(jiān)測點。
7.2.2 移動測點
在洞口段爆破時,應(yīng)在芹山村民房布設(shè)移動監(jiān)測點,應(yīng)在圍巖類別發(fā)生變化或爆破試驗時,在隧洞巖壁上布設(shè)移動監(jiān)測點,回饋分析爆破應(yīng)力波的傳播規(guī)律,為爆破優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
個別飛散物的產(chǎn)生與炮孔參數(shù)和炸藥單耗等因素密切相關(guān),因該工程為隧洞掘進爆破,爆破飛石的影響相對較小,只需要在洞口警戒好,并采用防護簾做好洞口飛石阻擋即可。
8.2.1采用毫秒延期分區(qū)爆破,最大限度降低最大單響藥量。
8.2.2 保證炮孔堵塞長度和質(zhì)量,做好爆破區(qū)域內(nèi)的防護工作。
8.2.3 對爆破傳爆雷管的接力點進行覆蓋。
該工程為隧道掘進爆破,裝藥點相對分散,且采用毫秒延期爆破,已最大限度降低了最大單響藥量。
8.3.1 保證炮孔堵塞質(zhì)量,良好的堵塞可以極大削弱爆破沖擊波。
8.3.2 在隧洞口安裝防護門阻擋空氣沖擊波向外傳播。
通過爆破試驗以檢測爆破單耗、單段藥量、炮孔堵塞及防護質(zhì)量,爆破試驗完成后進行總結(jié)分析,根據(jù)爆破開挖質(zhì)量進一步優(yōu)化鉆、爆參數(shù),調(diào)整爆破網(wǎng)絡(luò),用以指導(dǎo)隧洞開挖的爆破作業(yè)。確定合理的爆破方案和各項爆破參數(shù),確保爆破施工安全;確定合理的爆破安全控制標(biāo)準(zhǔn),確保周圍環(huán)境的安全。