基于引水隧道光面爆破施工技術(shù)分析

＊安衛(wèi)龍

（32302部隊(duì)50分隊(duì) 北京 101400）

引言

我們常說(shuō)的爆破就是按照工程所需在某一點(diǎn)合理的利用炸藥的能量對(duì)工程進(jìn)行爆破處理，在很多的建筑類(lèi)工程以及路橋工程中，使用爆破技術(shù)能在某種程度上減輕工程的工作量，提升工作效率。而光面爆破作為一種新的爆破技術(shù)，對(duì)于加快建設(shè)進(jìn)程，降低工程成本有著較好的作用。光面爆破在實(shí)際的使用中主要會(huì)借助炸藥產(chǎn)生的巨大為力對(duì)某一物體實(shí)施損毀的一個(gè)過(guò)程，有的業(yè)界學(xué)者也將其稱(chēng)之為密眼小爆破技術(shù)。在實(shí)施光面爆破的過(guò)程中對(duì)于爆破參數(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實(shí)際本身進(jìn)行合理科學(xué)的設(shè)計(jì)，按照計(jì)算得出的裝藥量再進(jìn)行爆破程序。光面爆破技術(shù)實(shí)施后對(duì)于物體不會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞，基本保持原樣，能夠有效提升爆破的輪廓質(zhì)量，加上后期工程維護(hù)量較小，能夠幫助加快工程的建設(shè)進(jìn)程。本文將簡(jiǎn)要探索四川涼山州民主電站引水隧道施工過(guò)程中使用的光面爆破技術(shù)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，光面爆破能夠提升工程進(jìn)度，減少成本投入，保證爆破質(zhì)量。

1.光面爆破施工技術(shù)基本原理

隧道光面爆破是爆破技術(shù)的一種延伸，合理應(yīng)用可提高施工操作的安全性，在隧道掘進(jìn)施工過(guò)程中，使用科學(xué)合理的爆破參數(shù)和施工方法對(duì)某一段工程進(jìn)行處理，在煤礦、隧道、地鐵以及一些地下空間有著較好的運(yùn)用，使地應(yīng)力的集中得到有效減弱，達(dá)到爆破后輪廓線(xiàn)符合設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用光面爆破技術(shù)可促進(jìn)對(duì)圍巖的擾動(dòng)得到有效降低，所以需要對(duì)臨空面平整規(guī)則進(jìn)行控制，要求在此基礎(chǔ)上不斷提高施工進(jìn)度，對(duì)分區(qū)分段微差爆破進(jìn)行優(yōu)化，技術(shù)運(yùn)用于Ⅲ級(jí)圍巖隧道開(kāi)挖施工中，以此提高施工安全性和穩(wěn)定性。

我國(guó)隧道施工隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)數(shù)量也在逐漸增多，光面爆破施工技術(shù)憑借其自身的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被運(yùn)用在很多的隧道工程施工中。相比較普通的爆破技術(shù)，光面爆破的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)于隧道內(nèi)部的超挖工程有一定的減少；（2）爆破后隧道內(nèi)部整體質(zhì)量較高，有較好的輪廓；（3）實(shí)施爆破后產(chǎn)生的裂縫較小，后期維護(hù)工作量小，性?xún)r(jià)比較高；（4）能夠提升工程速度，降低成本，保障施工安全。除此之外，一般爆破施工技術(shù)實(shí)施的過(guò)程中，爆破產(chǎn)生巨大的動(dòng)力難免會(huì)對(duì)地下水有一定的影響，而光面爆破施工技術(shù)能夠很好地解決這一問(wèn)題，保證隧道內(nèi)部巖石的穩(wěn)定性，減少震動(dòng)和碰撞，避免水的滲透[1]。

隧道內(nèi)部的巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，光面爆破工程在實(shí)施的過(guò)程中主要使用到的爆破器材有：炸藥、非電塑料導(dǎo)爆系統(tǒng)、毫秒雷管以及導(dǎo)爆索等，對(duì)于炸藥的選擇也有一定的要求，需要達(dá)到低爆速、低密度、低猛度、高爆力、傳爆性能好等特征，起爆之后巖石會(huì)受到拉應(yīng)力的影響作用產(chǎn)生裂縫。對(duì)于深孔藥包的放置點(diǎn)需要在同一半徑的位置之內(nèi)，同時(shí)向炮孔周?chē)M(jìn)行釋放，應(yīng)力彼此抵消，避免對(duì)隧道整體的平整有一定的影響。

2.光面爆破參數(shù)的選擇

炸藥在發(fā)生爆炸時(shí)會(huì)有力效應(yīng)產(chǎn)生作用于巖體，在巖體所具有的極限抗拉強(qiáng)度小于該拉力的情況下，巖體便會(huì)有裂縫產(chǎn)生，在爆炸氣膨脹作用力下，所有炮眼所產(chǎn)生的沖擊波均表現(xiàn)為向其四周做徑向傳播，同時(shí)光面爆破會(huì)有一定的切向拉力產(chǎn)生，以此形成一個(gè)較為平整、光滑的爆裂面。

(1)炸藥及裝藥結(jié)構(gòu)的選擇

光面爆破施工技術(shù)在實(shí)施之前，需要結(jié)合工程的實(shí)際情況針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證光面爆破最終能夠達(dá)到預(yù)期效果。而爆破與周邊孔的質(zhì)量之間有著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，周邊孔爆破質(zhì)量的高低決定光面爆破的效果。周邊孔爆破質(zhì)量要求需要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)于隧道內(nèi)部的環(huán)境能夠不受光面爆破的影響。爆破的過(guò)程中難免會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境以及巖石等方面產(chǎn)生作用力，為了使這種破壞力減至最小，需要對(duì)炸藥及裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。常用的爆破炸藥有2#巖石銨銻炸藥或乳化炸藥，分為φ25mm、φ32mm兩種規(guī)格，結(jié)合涼山州民主水電站周邊環(huán)境的實(shí)際影響因素以及引水隧洞圍巖的特點(diǎn)，炸藥的選擇上首先考慮的是2#巖石抗水硝銨炸藥，2#巖石抗水硝銨炸藥的爆炸速度較快，能夠達(dá)到3200m/s，具有成本較低，應(yīng)用可靠等優(yōu)點(diǎn)。民主水電站隧洞圍巖屬于硬巖類(lèi)的玄武巖，因此，在裝藥結(jié)構(gòu)的設(shè)置上應(yīng)當(dāng)首先考慮的是裝藥結(jié)構(gòu)的順序不同。采取不耦合分層裝藥的方式，將炸藥卷一定的排列順序均勻的鋪裝在竹片上，進(jìn)行引爆，并使用黏土堵塞跑空底部，提升炸藥的使用效率，同時(shí)對(duì)于隧洞圍巖周?chē)沫h(huán)境不會(huì)產(chǎn)生較大的影響[2]。除此之外，還應(yīng)注意采用間隔裝藥的方式，按照一定的距離分散裝藥量，為了克服孔底部位的阻力，孔底應(yīng)放置1～2卷的標(biāo)準(zhǔn)藥卷，以增強(qiáng)其作用，使光爆層能夠比較容易地脫離巖體。

(2)不耦合系數(shù)的選擇

不耦合系數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)需要結(jié)合炮孔直徑以及藥卷直徑比值進(jìn)行選擇，一般取值范圍為1.0-2.0。結(jié)合水電站的實(shí)際情況，選擇不耦合系數(shù)為1.0的范圍之內(nèi)。炮卷直徑在一定的范圍之內(nèi)，不耦合系數(shù)會(huì)隨著直徑的增加而變大，不耦合系數(shù)與孔壁之間縫隙有一定的關(guān)聯(lián)所在，會(huì)促使其與空氣產(chǎn)生反應(yīng)，降低沖擊波壓力，提升整體爆破工程的質(zhì)量[3]。巨炮孔和不耦合系數(shù)呈現(xiàn)的實(shí)質(zhì)正比例關(guān)系,炮孔和藥卷的基礎(chǔ)直徑形成的比例基礎(chǔ)的系數(shù)是1.0，相關(guān)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員要對(duì)基礎(chǔ)的不耦合系數(shù)進(jìn)行實(shí)際化的測(cè)算,還需要注意合理選擇項(xiàng)目中的耦合系數(shù),參數(shù)需要控制在1.4-2.0，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微量增長(zhǎng)判斷,保證后續(xù)工作開(kāi)展的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，需要對(duì)爆破技術(shù)進(jìn)行控制，保證整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，如不耦合系數(shù)的選擇在巖石抗壓強(qiáng)度較大時(shí)取小值。

(3)周邊孔距E和最小抵抗線(xiàn)W的選擇

周邊孔距E比與最小抵抗線(xiàn)W是爆破施工中的重要參數(shù)，它們兩者之間的比例關(guān)系隨著巖性的不同有相應(yīng)的變化，同時(shí)也受到孔深裝藥結(jié)構(gòu)的影響作用，孔炮直徑、巖性和裝藥量等參數(shù)有一定的關(guān)聯(lián)性，爆破施工之后隧道內(nèi)部成型不規(guī)整、不光滑；如果孔距過(guò)小，鑿巖費(fèi)用增加，無(wú)形之中會(huì)給整個(gè)施工增加成本預(yù)算，因此，周邊孔距E的選擇應(yīng)當(dāng)是炮孔直徑的10-20倍進(jìn)行選擇。最小抵抗線(xiàn)W是表達(dá)藥包中心或重心到最近自由面的最短距離，與巖石阻力和爆破作用力等方面有著較為密切的關(guān)聯(lián)，同時(shí)也是爆破作用主導(dǎo)方向的一個(gè)決定性因素。最小抵抗線(xiàn)W的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合光層面的厚度以及周邊孔到鄰近輔助眼之間的距離，在這個(gè)中間取一個(gè)適當(dāng)?shù)闹底鳛樽钚〉挚咕€(xiàn)W。最小抵抗線(xiàn)W的值不能過(guò)大或者過(guò)小，過(guò)大會(huì)對(duì)爆破周?chē)谋茖赢a(chǎn)生一定的影響，產(chǎn)生大塊或者是留底根；如果抵抗線(xiàn)過(guò)小會(huì)在爆破反射波的作用力下，導(dǎo)致圍巖遭到破壞，影響施工周?chē)h(huán)境的穩(wěn)定性，產(chǎn)生超挖形成凹凸不平的壁面。

周邊孔距E和最小抵抗線(xiàn)W的比值與炮孔密集系數(shù)有一定的關(guān)聯(lián)，密集系數(shù)過(guò)大時(shí)，實(shí)施爆破之后容易出現(xiàn)隧道內(nèi)部出現(xiàn)空挖現(xiàn)象，很難達(dá)到預(yù)期效果，密集系數(shù)過(guò)小容易產(chǎn)生超挖形成凹凸不平的壁面。結(jié)合民主水電站工程的實(shí)際情況來(lái)看，工程圍巖屬于IV類(lèi)圍巖，加上節(jié)理裂隙發(fā)育，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)炮孔進(jìn)行加密處理，周邊孔距E和最小抵抗線(xiàn)W的比值應(yīng)選擇最小值。周邊孔距E為45cm，最小抵抗線(xiàn)W為55cm，炮孔密集系數(shù)為0.82。

(4)炮孔深度和單孔裝藥量的選擇

炮孔深度與爆破之后產(chǎn)生的沖擊波有一定的影響作用，炮孔越淺，爆破之后沖擊波釋放出來(lái)的能量越大，反之則不同。在實(shí)際的工程操作中，多裝藥能夠幫助提升爆破效果，但是多裝藥也存在一定的缺陷，會(huì)造成工程造價(jià)增加，同時(shí)，巨大的藥量會(huì)加大對(duì)于工程周邊環(huán)境的影響，圍巖的穩(wěn)定性變差等。炮孔深度裝藥的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意用炮棍將藥卷送入炮孔，使藥卷接觸并搗緊，最大藥卷之間空隙不得超過(guò)2cm，避免弄破導(dǎo)爆管，同時(shí)堵塞長(zhǎng)度不能小于30cm。結(jié)合民主水電站工程的實(shí)際情況和筆者多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程的炮孔深度應(yīng)大于1.2m，炮孔深度在1.2m-1.8m之間屬于淺炮孔的范圍之內(nèi)，能夠釋放出更多的能量，減少工程造價(jià)問(wèn)題，炮孔深度在2.5m以上會(huì)增加裝藥用量，增加成本。

3.光面爆破施工技術(shù)的方案確認(rèn)

引水隧洞工程因地質(zhì)條件具有復(fù)雜性，在施工過(guò)程中為了進(jìn)一步降低工程的正常施工成本，需要充分了解并掌握技術(shù)作用基本原理，根據(jù)工程實(shí)際情況提高爆破效果，使光面爆破技術(shù)能夠得到有效應(yīng)用。同時(shí)在引水隧道挖進(jìn)施工中，需要合理應(yīng)對(duì)超欠挖問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)、科學(xué)的光面爆破設(shè)計(jì)，結(jié)合光面爆破技術(shù)有效提高施工安全性，使相關(guān)參數(shù)能夠得到有效控制，但在應(yīng)用需要對(duì)充分結(jié)合工程實(shí)際情況和施工經(jīng)驗(yàn)，精細(xì)、慎重實(shí)施操作。

以引水隧洞存在的具體特點(diǎn)作為根據(jù)，需要對(duì)子面圍巖狀況進(jìn)行控制，嚴(yán)格執(zhí)行新奧法施工原則，選用合理的爆破器材和裝藥結(jié)構(gòu)，掏槽形式應(yīng)合理選擇爆破器材和裝藥結(jié)構(gòu)，在施工之前必須按照相關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，包括周邊眼間距、炮眼密集系數(shù)等，在此基礎(chǔ)上結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)情況優(yōu)化施工方法和工藝，以此對(duì)毫秒雷管最大段的用藥量進(jìn)行信息數(shù)據(jù)深度優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。在爆破方案的選擇上，因此對(duì)炮眼數(shù)量、裝藥量進(jìn)行精確計(jì)算，確定光爆中的炮眼、裝藥量，對(duì)爆破效果產(chǎn)生直接影響，在炮眼直徑d為42mm的情況下，E=（10～12）d=（10～12）×42=420～504mm，炮眼密集系數(shù)K需控制在越0.8，確定炮眼數(shù)量和裝藥量保證施工的安全性。

4.光面爆破施工技術(shù)控制

(1)爆破設(shè)計(jì)

①炮眼布置

在炮眼布置過(guò)程中，可分為3排進(jìn)行小間距布置，掏槽眼需要選擇使用直孔掏槽，輔助孔主要分2層進(jìn)行布置，以炮眼的布置原則作為根據(jù)，周邊孔使用的間隔裝藥，使其能夠處于泥質(zhì)巖層或軟弱夾層的區(qū)域中。同時(shí)，應(yīng)對(duì)各類(lèi)炮眼布置進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，布置掏槽眼、周邊眼等內(nèi)容，掏槽孔內(nèi)部設(shè)置10個(gè)炮孔、外層則需要設(shè)置16個(gè)炮孔，最后布置掘進(jìn)眼，由內(nèi)孔引爆索來(lái)起爆整體。

②裝藥結(jié)構(gòu)

在裝藥過(guò)程中周邊眼選擇使用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度控制在＞30cm，藥卷的直徑設(shè)置為準(zhǔn)32mm，使用泥砂將眼口堵塞好，保證技術(shù)的完整性。同時(shí)，為了能夠進(jìn)一步促進(jìn)整體工程的運(yùn)行發(fā)展，聯(lián)結(jié)方式可選用并聯(lián)，炮眼為40mm口徑，而裝藥不耦合系數(shù)則可以設(shè)置為1.9，起爆的方式選用毫秒管傳爆，通過(guò)毫秒管引爆器引爆，有效地運(yùn)行引水隧道光面爆破工藝的推進(jìn)。

(2)炮孔施鉆

炮孔施工鉆孔如不平整，主要原因則在于精確度不夠，60%取決于鉆孔質(zhì)量，因此炮孔施鉆的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)做到“準(zhǔn)、直、平、齊”四個(gè)要素，輔助眼和掏槽眼的角度應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)的技術(shù)要求和要領(lǐng)進(jìn)行實(shí)施，保證光面爆破能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，注重裝藥等因素確保操作技術(shù)的規(guī)范性，為光爆施工帶來(lái)基礎(chǔ)性保障。

(3)堵塞

堵塞程序的使用最終的目的是幫助光面爆破能夠達(dá)到預(yù)期效果而進(jìn)行的一道程序，相關(guān)人員要在炮孔內(nèi)添置站土或者是細(xì)砂,對(duì)炮孔進(jìn)行堵塞是應(yīng)當(dāng)選擇含水量15%-20%的黏土，工作人員將混合物集中添置于孔隙的底部,將細(xì)沙黏土混合物放入堵塞的部位然后進(jìn)行鉆屑的回填，保證整體的裝藥部分和空氣實(shí)現(xiàn)必要的間隔，使堵塞效果充實(shí)飽滿(mǎn),減少不必要的阻隔現(xiàn)象。同時(shí)，回填鉆屑之間需要控制距離，主要目的是隔絕空氣，延長(zhǎng)爆生氣體的作用時(shí)間[4]。堵塞時(shí)應(yīng)當(dāng)保證其密封性，避免出現(xiàn)空洞或者是阻隔的現(xiàn)象，除此之外，還需要保證導(dǎo)向管屬于正常范圍之內(nèi)，不能砸斷或者是砸破。

(4)爆破順序及方法

爆破順序的選擇可以選擇多種爆破方式進(jìn)行，一般采用筒行掏槽法與平行空心孔掏槽法進(jìn)行，起爆方式選擇光面爆破或者是普通爆破都能達(dá)到較好的效果，光面爆破的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在當(dāng)炸藥開(kāi)始爆炸之前就有較好的起爆機(jī)會(huì)，起爆距離越大，越有助于炸藥起爆。因此，可以結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行起爆方式和方法的選擇，確保能夠有效的時(shí)間和場(chǎng)地之內(nèi)將炸藥的性能發(fā)揮出來(lái)。民主水電站在爆破順序和方式上選擇的是10段延發(fā)爆破，主要的目的是保障炸藥起爆時(shí)對(duì)于巖壁和圍巖周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生較小的影響，同時(shí)采用不耦合裝藥方式，使周邊孔爆破時(shí)有預(yù)期的自由面，降低整體爆破的震動(dòng)破壞影響。

(5)降低超欠挖

光爆參數(shù)為光面爆破技術(shù)應(yīng)用效果的主要決定因素，為了控制超欠挖施工工藝，需要從管理方面入手，施工隊(duì)伍人員的專(zhuān)業(yè)水平必須符合要求，通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)光面爆破參數(shù)，以此對(duì)超欠挖進(jìn)行有效控制，保證整體施工的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在圍巖均選擇使用光面控制爆破技術(shù)的過(guò)程中，需要分區(qū)裝藥及鉆孔，所以需要對(duì)超欠挖進(jìn)行開(kāi)展定員定崗設(shè)置，相關(guān)人員在執(zhí)行中必須對(duì)鉆孔位置、深度、裝藥量等進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而提高工程的整體效果。

5.結(jié)束語(yǔ)

任何技術(shù)的運(yùn)用都需要必要的技術(shù)支持,四川涼山州民主水電站引水隧道光面爆破施工現(xiàn)場(chǎng)較為復(fù)雜，結(jié)合工程本身使用光面爆破技術(shù)，能夠有效地減少爆破工程給周邊環(huán)境帶來(lái)的影響，同時(shí)還降低了超欠挖的施工風(fēng)險(xiǎn)，將工程能夠按期交付。光面爆破施工過(guò)程中對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)的選擇都應(yīng)當(dāng)以工程本身為主，建立高質(zhì)高效的工程項(xiàng)目，制定和選擇適宜的參數(shù)，同時(shí)工程監(jiān)管人員要強(qiáng)化技術(shù)控制,注意施工技術(shù)的控制，為工程的穩(wěn)定提供保障，且施工技術(shù)人員和單位應(yīng)不斷完善自身技術(shù)的需求，以此為我國(guó)爆破施工提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。