如何利用光面爆破技術進行復雜地質隧洞開挖工作

摘 要：隧洞開挖是一項十分復雜的工程，由于隧洞圍巖巖體類型不同，且地質差異性較大，加上復雜的地形等因素的影響，因此采用光面爆破技術進行復雜地質隧洞開挖工作顯得尤為重要。文章以河南某水電站隧洞為例，采用現場試驗與工程類比的方法，對光面爆破在復雜地質隧洞開挖工作中的爆破參數、起爆網路、裝藥結構、爆孔布置、施工方案等進行研究。結果表明，只要選擇正確的施工方法與科學的爆破參數，就能在復雜地質洞室開挖工作中能取得較好的爆破效果。

關鍵詞：光面爆破；復雜地質；隧洞開挖

光面爆破技術在隧洞開挖中的應用主要是通過正確的施工方法與科學的爆破參數，使爆后壁面達到平整規則，并且輪廓線符合洞室開挖的設計要求[1]。相比于傳統爆破技術而言，光面爆破技術最大的優勢就是對周邊眼炸藥的爆破，并且有效降低對圍巖的擾動作用，從而大大提高了施工的安全性與圍巖的穩定性。光面爆破雖然機理復雜，理論方面也相對不夠成熟，然而在定性分析方面已經有了共識。

1 某水電站隧洞工程概述

該水電站引水隧洞的總長度為3441.6m，在引水隧洞的左岸部分為有壓隧洞，該隧洞開挖自Y0+500.00至Y2+037.60，總開挖長度為1475.2m，開挖洞面類型為馬蹄形（頂拱半徑3.5m，側墻半徑4.3～4.4m）。

該水電站引水隧洞沿線上覆的巖體厚度通暢都大于60m，厚度最大可達220m，洞身大部分位于新鮮的巖體中。由于上覆巖體厚度不大，一般都在30～40m，還有些洞段位于強風化地帶的下段部位，從而導致洞身圍巖總體的穩定行并不是很好。由于IV類圍巖需要考慮鉆爆后可能出現的頂拱安全隱患，因而循環進尺通常控制在2.3～2.5m。而II、III類圍巖的整體性較好，因而循環進尺通常控制在2.8～3.0m。其次，由于引水隧洞襯砌洞段開挖的總長度為1475.2m，且隧洞端面本身尺寸不大，因而可以采用一次全斷面爆破支護方案，并用手風鉆進行洞挖鉆采工作。爆破工作完成后需要人工除險，采用ZL50裝載機出渣，并用裝載量為8t的自卸車進行運輸。

2 光面爆破技術的應用與方案制定

2.1 火工品選擇。依據本次爆破工程的充填系數與成孔直徑，采用乳化炸藥進行爆破，炸藥卷的規格為半徑16mm，單節炸藥重量為0.2kg。采用導爆索作為光面爆破導報材料、非電毫秒微差塑料導爆管作為起爆材料，將雷管段數控制在5～20段。

2.2 鉆孔設備選擇。根據隧洞端面的具體尺寸，選擇手風鉆鉆孔作為作業鉆孔，單工作面需要配置6把型號為YT28的氣腿式手風鉆。

2.3 炸藥單耗確定。根據改水電站引水隧洞圍巖的主要特性，同時考慮到作業人員所能承受的工作強度，進行最終的爆破設計。可以參照其他圍巖特性相似的隧洞施工經驗，II類、III類圍巖炸藥單耗在0.75～1.00kg/m3，IV類圍巖在0.65～0.75kg/m3，斷面越大所用炸藥單耗越小[2]。

2.4 鉆爆設計。依據引水隧洞鉆具性能與圍巖的特性，選擇四空孔十字形、平行直孔掏槽方式，眼孔的深度至少比輔助眼孔多0.2m。

輔助眼與掏槽眼鉆爆設計方面，單孔裝藥量的計算方式為

Qd=η·r·h

上述式中，Qd表示單孔裝藥量，其單位為kg；η表示炮眼裝藥系數，主要與巖石堅硬的程度相關[3]。本次爆破工程中的η值取0.8；r表示每米炸藥的重量，主要依據炸藥選擇的種類進行確定，單位為kg/m；h表示孔深，單位為m。至于掏槽眼，則應當在單孔裝藥量計算出來的基礎上再增加10%，同時所有輔助眼與掏槽眼都采用連續裝藥。

在設計光面爆破參數時，由于該水電站引水隧洞洞徑很小，加上圍巖性質也比較特殊，依據工程類比法進行計算，并且參照其他具有相似圍巖特性的隧洞類型進行爆破參數的初步選定，并與現場實驗的實際結果進行結合，最終確定爆破的參數值以及制定出科學的施工方法。該水電站引水隧洞的擬定的光面爆破參數見表1。其中，α表示插入角，D表示孔徑的大小，d表示炸藥卷直徑大小，Dd代表不耦合系數，E表示的是周邊眼間距，W表示最小周邊眼抵抗線，E/W表示相對距，ρ表示周邊眼線的裝藥密度。

2.5 鉆孔作業。制定鉆孔方案時，應采用一次全斷面爆破技術，同時將操作平臺搭設在臺車上作為鉆孔平臺，鉆孔作業時將其時移至工作面上，光面爆破時則將其運到工作面以外的地方；布置孔眼時，需要對隧洞開挖輪廓線及中線進行測量，并依據設計圖用油漆畫出；連接起爆網路時，為了使周邊孔能在同一時間起爆，應當使孔外、孔內導爆索串聯，使同段雷管在一起爆破；爆破孔的起爆依據不同段別的非電微差雷管起爆，通過接力網路、并聯網路作為孔外網路[4]。

2.6 洞挖支護工程。IV圍巖的支護工程主要依據地質特性采用鋼拱架支護，由于圍巖相對比較破碎，爆破工作完成之后不僅要在第一時間將危巖清理干凈，還要即刻進行開挖工作面的錨桿混凝土噴射、鋼拱架等臨時固定處理[5]；II、III類圍巖由于結構穩定性較好，支護形式建議采用系統錨桿與掛鋼筋網噴混凝土方案，同時為了防止爆破工作對支護造成的影響，通常可滯后掌子面35m以上。

3 結束語

光面爆破技術在復雜地質隧洞開挖工作中有著十分重要的作用，只有在優化爆破參數的基礎上采用科學的施工方案，才能取得較好的爆破效果。除此之外，還要對不良地質地段進行特殊的施工，從而使整個隧洞開挖爆破工作更加合理、完善。

參考文獻

[1]章春寧.光面爆破技術在復雜地質隧洞開挖中的應用[J].黎明職業大學學報，2013.

[2]楊玉銀，蔣斌，劉春，等.隧洞開挖爆破超挖控制技術研究[J].工程爆破，2013，4：21-24+4.

[3]段會平，王志強.富含云母巖體隧洞開挖爆破技術[J].四川水力發電，2013，6：8-10+32+156.

[4]蔡葆廉，徐承祥，陳劍.水工長隧洞小斷面開挖爆破施工技術[J].福建建筑，2010，3：37-38.

[5]許韌初.對長距離水工隧洞爆破施工兩個管理重點的探討[J].吉林水利，2012，2：56-59.

作者簡介：王會生，男，洛陽水利工程局有限公司副總經理。