大桑園水電站引水隧洞光面爆破技術(shù)

張戈平

（河北省水利工程局 石家莊 050021）

康英軍

（河北省西大洋水庫管理處 保定 072350）

1 工程概況

大桑園水電站位于河北省寬城滿族自治縣境內(nèi)潘家口水庫瀑河入口處，引水隧洞位于河道左岸山體中。隧洞進(jìn)口與電站之間河道長12km，自然落差35.95m，河道平均坡降7.81%。引水隧洞設(shè)計(jì)為無壓洞。隧洞設(shè)計(jì)開挖斷面為圓拱直墻式，寬3.3m、高3.7m，洞底縱坡1/1500，洞長2785.6m。引水隧洞沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，巖性多變，且多數(shù)地段為Ⅲ、Ⅳ類圍巖。在這樣的地質(zhì)條件下，爆破施工技術(shù)的好壞成為控制整個(gè)工程進(jìn)度、成本和質(zhì)量的關(guān)鍵。

不良地質(zhì)條件下的隧洞開挖，對(duì)爆破技術(shù)提出了較高要求，如果處理不好，隧道會(huì)出現(xiàn)落石、塌頂?shù)龋粌H影響開挖效果，還會(huì)影響洞體的圍巖穩(wěn)定性，增加初期支護(hù)數(shù)量和襯砌混凝土工程量，造成投資超額，更重要的是還會(huì)形成安全隱患。因此，該工程的關(guān)鍵是應(yīng)盡量減少爆破對(duì)圍巖的破壞或擾動(dòng)，減小松動(dòng)圈范圍，使巖體盡可能維持原有的力學(xué)性能。為此，采用了光面爆破技術(shù)，并在工程開始前，結(jié)合生產(chǎn)施工，進(jìn)行了爆破試驗(yàn)，以獲取優(yōu)化的爆破參數(shù)，同時(shí)用取得的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)開挖施工。

2 施工方法

該隧道工程設(shè)計(jì)開挖斷面為直墻拱形，寬3.8m、高4.8m（見圖1）。地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巖性多變，以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主，為尋求適合該工程特點(diǎn)的開挖方案，開工初期對(duì)全斷面開挖法、反臺(tái)階開挖法、中央下導(dǎo)洞超前開挖法進(jìn)行了比較試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果決定采用下導(dǎo)洞超前開挖法進(jìn)行隧洞開挖。

中央下導(dǎo)洞超前施工方法（見圖2），下導(dǎo)洞超前的距離可以是5～6m到20～30m。導(dǎo)洞與擴(kuò)挖兩個(gè)作業(yè)面可以同時(shí)鉆孔爆破，也可以先掘進(jìn)下導(dǎo)洞，再進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖，但前一種方式更能發(fā)揮現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的作用。超前下導(dǎo)洞的作用如下：

圖1 隧洞斷面

圖2 中央下導(dǎo)洞超前開挖法

a.為擴(kuò)挖創(chuàng)造良好的臨空面條件和同時(shí)起爆條件，從而大大改善光面爆破效果，即使在裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性不好的巖體中也能得到很高的半孔率和良好的開挖輪廓。

b.超前導(dǎo)洞起到地質(zhì)探洞的作用，巖性變差，后面擴(kuò)挖時(shí)可及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，并準(zhǔn)備好噴錨等預(yù)防塌方的技術(shù)措施。

3 光爆參數(shù)的選擇和應(yīng)用

制定光面爆破參數(shù)是光面爆破的關(guān)鍵問題。在施工中，我們根據(jù)前一次的光面爆破效果，及時(shí)研究、分析和調(diào)整爆破參數(shù)，求出最佳的光面爆破參數(shù)。

3.1 周邊孔距和最小抵抗線的選定

孔距E和最小抵抗線W是光面爆破的兩個(gè)重要參數(shù)，兩者之間的比例關(guān)系，依巖性的不同而變動(dòng)，同時(shí)也受孔深、裝藥結(jié)構(gòu)等的影響，施工中，根據(jù)以下關(guān)系求得兩者的數(shù)值：

上二式中d——炮孔直徑；

N——炮孔密集系數(shù)。

通常情況下，當(dāng)巖石堅(jiān)硬完整時(shí)，抵抗線W取小值，炮孔密集系數(shù)N取較大值；當(dāng)巖石軟弱平破碎時(shí)，W取較大值，N取較小值。由于本工程圍巖為Ⅲ、Ⅳ類圍巖，且節(jié)理裂隙發(fā)育，需要加密炮孔，W、E均取較小值。在施工中經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整，最小抵抗線W=50cm、孔距E=40cm時(shí)，光面爆破效果最好。圖3為周邊孔布情況。

On the Fruitful Practice of Xi Jinping’s Eco-civilization Thought in Jiangxi Province Hua Ming

圖3 周邊孔布情況

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)的選擇

在裝藥直徑一定的情況下，如果使炮孔直徑達(dá)到某一數(shù)值，作用在炮孔壁上的爆轟力剛好等于周圍巖石的應(yīng)力值時(shí)，理論上圍巖不產(chǎn)生破壞圈或不受過大的擾動(dòng)，形成平整的爆破面。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)周邊孔的藥卷直徑D為炮孔直徑的0.50～0.67倍時(shí)，光面爆破效果最好，所以該工程采用25mm的2號(hào)巖石乳化炸藥，不耦合系數(shù)為1.6。

周邊孔裝藥時(shí)，將藥卷均勻、間隔的固定在竹片上，用導(dǎo)爆索傳爆（見圖4），采用空氣間隔裝藥、反向起爆的裝藥結(jié)構(gòu)，即將起爆雷管裝在炮孔的底部起爆藥卷內(nèi)，在炮孔底部起爆，用非電毫秒延時(shí)雷管引爆，孔口用粘土堵塞。

3.3 周邊孔裝藥量計(jì)算

一般情況下，炮孔越深，巖石越硬，周邊孔距E越大，最小抵抗線越大，裝藥量越大，反之則裝藥量減少。施工中，根據(jù)下式計(jì)算周邊孔的單孔裝藥量G：

式中E——孔距，取400mm；

W——最小抵抗線，取500mm；

L——鉆孔深度；

Rb——巖石抗壓強(qiáng)度，取120MPa；

Z——每1kg炸藥爆炸后產(chǎn)生的壓力，2號(hào)巖石乳化炸藥在耦合裝藥條件下，取1.0×107N/kg；

K——不耦合影響系數(shù)，K=（D/d）1/3；

D的含義及取值見前述。

帶入數(shù)值求得單孔裝藥量G值。在實(shí)際爆破中由于炮孔定位和鉆孔操作誤差，按計(jì)算藥量裝藥爆破后都出現(xiàn)局部欠挖，因此再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整單孔裝藥量，直至得到滿意的光面爆破效果。選定的爆破參數(shù)見下頁表。

4 施工中的技術(shù)措施

在開挖過程中，要取得較好的光面爆破效果，除合理選擇光面爆破參數(shù)，實(shí)際操作中還應(yīng)采取如下措施：

a.炮孔定位準(zhǔn)確。在隧道開挖前需準(zhǔn)確標(biāo)出開挖輪廓線，誤差控制在5cm之內(nèi)。

b.鉆孔準(zhǔn)確。要求外插角控制在3°之內(nèi)。

c.裝藥前要用高壓風(fēng)清孔，用炮棍檢查孔內(nèi)是否有雜物，確認(rèn)無誤后，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、雷管段別進(jìn)行裝藥，堵塞炮孔，并要分層搗實(shí)。

d.遇到較薄的水平巖層或在兩層分層處，采用加密一層空孔的方法，以保證開挖質(zhì)量。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

光面爆破參數(shù)表

e.及時(shí)進(jìn)行爆破效果分析，進(jìn)行開挖斷面檢查及信息反饋，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整光面爆破參數(shù)及相應(yīng)的施工措施。

5 幾點(diǎn)體會(huì)

通過大桑園引水隧洞的光面爆破施工，得到了一下幾點(diǎn)體會(huì)，希望可以給類似施工提供借鑒。

a.在地質(zhì)條件復(fù)雜、巖性多變，且多數(shù)地段為Ⅲ、Ⅳ類圍巖中施工，采用中央下導(dǎo)洞超前施工方法，預(yù)留光爆層進(jìn)行擴(kuò)挖，能夠取得較好的光面爆破效果。而且還可以通過下導(dǎo)洞開挖，先探明地質(zhì)情況，然后再進(jìn)行擴(kuò)挖，既保證了施工安全，又防止了大面積坍塌，能夠取得較好的開挖效果。

b.鉆孔質(zhì)量是保證光面爆破效果的關(guān)鍵之一。對(duì)于周邊孔，外插角掌握不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)超欠挖。

c.炮孔堵塞質(zhì)量要保證。施工現(xiàn)場有時(shí)不太注重堵塞，不僅大大增加炸藥用量，而且也會(huì)影響爆破效果。一定要用粘土堵塞，并分層搗實(shí)。

d.光面爆破技術(shù)可以提高經(jīng)濟(jì)效益。光面爆破不僅能夠保證圍巖的穩(wěn)定，有利于施工安全，而且開挖面平整，可以減少超挖和混凝土的回填量，減少投資。

1 水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范.北京：中國電力出版社，2002.

2 水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，1994.

3 爆破安全規(guī)程.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

4 顧毅成.爆破工程施工與安全.北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

5 水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二卷）.北京：水利電力出版社，1990.