鉆孔爆破技術(shù)在水利水電工程隧洞施工中的應(yīng)用

黃 勇 劉大軍

（1.安徽省寧國(guó)市水利局 寧國(guó) 242300 2.中水淮河安徽恒信工程咨詢(xún)有限公司 合肥 230000）

水利水電是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。在水利水電建設(shè)領(lǐng)域，由于隧洞鉆孔爆破工作的特殊性和危險(xiǎn)性，其一直是國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，對(duì)隧洞鉆孔爆破技術(shù)在水利水電建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，對(duì)我國(guó)的水利建設(shè)工作具有一定的理論指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程簡(jiǎn)況

本標(biāo)段工程為安徽省港口灣水庫(kù)灌區(qū)工程施工二標(biāo)段（石壁山干渠1#隧洞），位于安徽省寧國(guó)市，引水隧洞及進(jìn)水口建筑物級(jí)別為2 級(jí)。隧洞全長(zhǎng)10.403km，由進(jìn)口段、洞身段（含移民新村明挖段）和出口段組成，隧洞按工程建設(shè)施工需要布設(shè)有0#、1#及2#三條施工支洞。引水隧洞為城門(mén)洞型，凈空斷面尺寸為2.4m×2.65m（寬×高）。合同造價(jià)13734.455 萬(wàn)元，工程于2020年4月8日正式開(kāi)工，合同工期約41 個(gè)月（1230日歷天），工程質(zhì)量等級(jí)為合格標(biāo)準(zhǔn)。

2 隧洞鉆孔爆破技術(shù)概述

隧洞鉆孔爆破技術(shù)主要采用鉆孔、填藥、爆破土方開(kāi)挖等施工技術(shù)，并根據(jù)施工地質(zhì)條件、斷面尺寸、工時(shí)需求、支護(hù)方式、施工機(jī)械等因素進(jìn)行施工。隧洞鉆孔爆破工藝主要由掏槽鉆孔爆破、輔助鉆孔爆破、周邊鉆孔爆破等組成，鉆孔爆破形式的合理選取要符合隧道工程中的孔的大小要求。在水利水電工程中采用鉆孔爆破技術(shù)進(jìn)行隧道建設(shè)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范進(jìn)行，加強(qiáng)質(zhì)量和安全控制，按照安全、數(shù)量、質(zhì)量和布局規(guī)范，制定相應(yīng)的安全防護(hù)措施及應(yīng)急處置方案。

3 施工中隧洞鉆孔爆破注意事項(xiàng)

3.1 控制炸藥的用量

炸藥的用量直接關(guān)系到隧洞爆破工程的成敗。爆破施工中，炸藥的使用是影響工程成敗的關(guān)鍵。因此，必須在合理控制爆炸物的同時(shí)，結(jié)合具體情況，采取行之有效的控制措施。如裂縫的強(qiáng)度、井眼的布置等，都與炸藥的數(shù)量有關(guān)，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，必須綜合考慮各種因素，確保藥量的合理。在實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)單位用量、開(kāi)挖深度、開(kāi)眼間隔等因素，采用類(lèi)似的方法和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出特定的藥量序列，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破實(shí)驗(yàn)，并對(duì)開(kāi)孔數(shù)進(jìn)行分析，以達(dá)到合理的控制間隔。

3.2 鉆孔爆破循環(huán)施工

在水利水電工程中應(yīng)用隧洞鉆孔爆破技術(shù)，必須合理安排施工次序，采取循環(huán)型施工方式，以提高施工效率。首先，對(duì)各個(gè)具體的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，包括：合理設(shè)置爆破、延長(zhǎng)輸送線(xiàn)路、鋪設(shè)管線(xiàn)。采用循環(huán)作業(yè)法，改善作業(yè)品質(zhì)。其次，在作業(yè)循環(huán)中，要確保作業(yè)次數(shù)為整數(shù)，作業(yè)周期為2 倍，開(kāi)挖斷面大小要根據(jù)巖層的穩(wěn)定性來(lái)確定。在巖性較好的情況下，可以使用多臂鉆機(jī)和短臂式挖土機(jī)，并采用深孔少回填的方式，既節(jié)約了人力，又減少了施工帶來(lái)的不便。

3.3 炮孔的布置布局

平洞開(kāi)挖區(qū)要合理設(shè)置炮孔，既能保證爆破效果，又能節(jié)約炸藥?，F(xiàn)有的射孔布局大致可以分成掏槽型、崩落型和外圍型三種，每種型式都有各自的應(yīng)用。在開(kāi)挖斷面中部，挖槽孔能有效地改善巖石的臨空面，從而保證爆破的有效性。

4 隧洞鉆孔爆破技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

4.1 鉆孔孔位布置要點(diǎn)

布置鉆孔爆破孔位時(shí)，必須確定鉆孔面積，并制定相應(yīng)的孔位設(shè)計(jì)方案。平洞施工剖面的炮孔一般分為崩落孔、掏槽孔、周邊孔3 種類(lèi)型。在開(kāi)挖段的中部布置掏槽孔，以增大采空面，保證爆破效果；崩落孔主要布置在鉆孔的外壁，從而使巖體爆炸，便于周邊鉆孔的爆破；為了控制開(kāi)挖的外形，一般采用外圍鉆孔布置在開(kāi)挖面周?chē)?，盡可能地接近設(shè)計(jì)的輪廓。在實(shí)際施工中，必須降低爆破孔移動(dòng)的頻率，以確保鉆孔放線(xiàn)垂直于巖層層里和裂縫。按外形圖的要求進(jìn)行開(kāi)孔位置布置，避免出現(xiàn)漏氣、卡鉆等情況。為了控制開(kāi)挖的外形，在剖面的轉(zhuǎn)角部位設(shè)置了炮眼。挖槽位置要在最后一道工序結(jié)束后進(jìn)行，并確保鉆孔深度不低于崩落鉆孔深度的15%。在鉆孔爆破施工之前，必須對(duì)圍巖的強(qiáng)度、完整性、超前鉆井等進(jìn)行全面的測(cè)量，并依據(jù)這些參數(shù)來(lái)確定開(kāi)挖方法和爆破工具，以確保開(kāi)鑿效果。開(kāi)挖方法的選擇以底板眼、周邊眼、輔助眼、對(duì)掏槽的點(diǎn)位、孔深、孔數(shù)量、孔出口部位的圍巖等級(jí)為依據(jù)。按施工需要進(jìn)行充填方式的設(shè)計(jì)，保證起爆方式、程序和裝藥結(jié)構(gòu)的科學(xué)化。對(duì)于三級(jí)圍巖的全剖面鉆孔爆破孔位，可以將周邊孔的距離設(shè)定為400mm，副孔的間距為800～1200mm，并根據(jù)多行楔形進(jìn)行布置。三級(jí)圍巖全斷面掘進(jìn)炮孔布置示意圖如圖1 所示。

圖1 三級(jí)圍巖全斷面掘進(jìn)炮孔布置圖

4.2 確定炸藥用量要點(diǎn)

在水利水電隧洞鉆孔爆破的施工中，炸藥的用量設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的工作。在施工中，要結(jié)合實(shí)際情況，著重參照隧洞裂縫的硬度、鉆孔布置方案等來(lái)確定施工方案。在隧洞鉆孔爆破施工中，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式和類(lèi)比分析方法，計(jì)算出開(kāi)挖工作面上的開(kāi)孔數(shù)量及間距。計(jì)算出鉆孔爆破線(xiàn)深和炸藥用量，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)，再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最后得出合理的炸藥用量。

4.3 事故預(yù)防要點(diǎn)

鉆孔爆破引起的隧洞坍塌是水利水電隧道鉆孔爆破施工中較為普遍的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，要考慮到塌方發(fā)生的位置、程度和發(fā)生概率，從而制定相應(yīng)的防治措施。它的具體實(shí)施方法是利用Project、Revit 等工具，將鉆孔爆破項(xiàng)目的實(shí)際參數(shù)輸入到其中，從而構(gòu)建出一個(gè)真實(shí)的崩塌實(shí)例。在施工中，操作人員要清楚炮孔布置的鉆桿垂度，并對(duì)鉆頭在孔內(nèi)的流速進(jìn)行控制，防止由于壓力和鉆漿對(duì)孔壁的沖擊而發(fā)生坍塌。同時(shí)，還要掌握鉆孔的成孔深度和地層的變化，調(diào)整鉆井參數(shù)，及時(shí)清理出剩余鉆渣。通過(guò)制定緊急事件處理計(jì)劃和組建應(yīng)急團(tuán)隊(duì)，確?？梢约皶r(shí)處理突發(fā)坍塌事件，并將事故造成的損失降到最低。

5 在水利水電工程隧洞施工中的實(shí)際應(yīng)用

5.1 隧洞掘進(jìn)鉆孔爆破工程應(yīng)用

隧洞鉆孔爆破的施工重點(diǎn)是引水隧洞、導(dǎo)流隧洞、地下廠房隧道、運(yùn)輸隧道等。爆破是隧洞建設(shè)的第一道工序，它的施工效果直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量。鉆孔爆破是隧洞施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到隧洞開(kāi)挖施工的安全、規(guī)格和爆破效果。鉆孔爆破工程中，主要使用鑿巖臺(tái)車(chē)、風(fēng)鉆等高效率的鉆機(jī)。作業(yè)前要清掃作業(yè)面，確保作業(yè)面干凈。在對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)量放線(xiàn)時(shí)，必須確保鉆孔清潔，并及時(shí)清除剩余的碎石，提高隧洞施工的效率。按照鉆孔爆破工程的設(shè)計(jì)和規(guī)范，完成炸藥的填充、堵塞和引信的連接。檢查和確認(rèn)作業(yè)，在有關(guān)人員及有關(guān)設(shè)備到達(dá)安全起爆區(qū)域后，才能進(jìn)行爆破作業(yè)。

5.2 鉆孔爆破清排及支護(hù)工程應(yīng)用

在清理過(guò)程中，對(duì)廢料殘?jiān)迮攀┕r(shí)間的控制和鉆進(jìn)速度的控制一樣重要。合理選擇運(yùn)輸清排設(shè)備的種類(lèi)、型號(hào)、數(shù)量，精確確定隧洞內(nèi)外的清排路徑和清排場(chǎng)地，并對(duì)清排、通風(fēng)、除塵、排煙、排水、照明等工藝進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃。在不確定的情況下，隧洞很容易發(fā)生巖體的滑落和崩塌，因此必須事先對(duì)隧洞斷面和地層情況進(jìn)行調(diào)查，并采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施。防護(hù)方法主要有錨噴支護(hù)和框架式支護(hù)，而錨噴支護(hù)是以永久性與臨時(shí)相結(jié)合的方式為主。同時(shí)，要確?？卓诘某涮蠲芊庑院退?，選用軟硬性合適的填料，有效地提高井眼的利用率。

6 結(jié)語(yǔ)

由于隧洞工程的規(guī)模越來(lái)越大、數(shù)量越來(lái)越多，施工條件也越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)鉆孔爆破技術(shù)提出了更高的要求。要提高鉆孔爆破技術(shù)的使用效果，必須全面掌握鉆孔爆破技術(shù)的特性，科學(xué)地選取符合工程實(shí)際的鉆孔爆破技術(shù)類(lèi)型，制定技術(shù)實(shí)施計(jì)劃，嚴(yán)格遵守施工技術(shù)規(guī)范■