前坪水庫導流洞工程洞身段石方爆破開挖專項技術探討

□張 林（河南省水利第二工程局）

前坪水庫導流洞工程洞身段石方爆破開挖專項技術探討

□張 林（河南省水利第二工程局）

前坪水庫導流洞工程洞身段巖體以Ⅲ類圍巖為主，現場采用爆破開挖。結合現場水文地質和施工技術條件，最終確定開挖分上部圓弧段和下部直墻段2部分，2部分同時起爆，一次將導流洞上層爆破成設計斷面。在實施爆破施工前，合理選擇起爆材料及堵塞材料，詳細確定爆破參數及洞身段石方起爆網絡。

前坪水庫；導流洞工程；石方爆破；專項技術方案

1 工程概況

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9km的前坪村，是1座總庫容5.84億m3的大（2）型水庫。導流洞布置在大壩右岸山體，工程包括進口明渠段、控制段、洞身段、消能工段及尾水渠段5部分。導流洞軸線總長度約1 128 m，其中洞身段長341 m，洞身采用城門洞型，斷面尺寸為7 m×7.20 m＋2.60 m（寬×直墻高＋拱高）。

2 施工方法及程序

經地質勘測洞身段巖體Ⅲ類圍巖為主。該標段洞身段石方洞挖采用爆破法。項目部計劃采取潛孔鉆車進行深孔臺階爆破、輪廓預裂控制爆破，采用手風鉆進行保護層爆破、溝槽等部位開挖施工，對于局部出現的少量欠挖將采取風鎬剝除。導流洞上層開挖施工，風水電管線路延伸至工作面，開挖分上部圓弧段和下部直墻段2部分，直墻段采用多級復式楔形掏槽。2部分同時起爆，一次將導流洞上層爆破成設計斷面。上層開挖超前進行，采用全斷面法開挖，待開挖進尺60～80m以上時，下層臺階也可以和上層同時進行開挖，形成上層、下層2個工作面，加快施工進度。下層臺階采用半幅開挖，半幅留作路腿的開挖方式，路腿供上層開挖行走使用（半幅路腿路面寬4m左右）；半幅開挖和半幅路腿交替進行：即半幅開挖至一定長度后，把開挖的半幅改作路腿使用，然后再進行原來的半幅路腿開挖，2者交替進行，既開挖施工，又確保通往上層的路腿暢通。

3 起爆材料及堵塞材料

炸藥采用2#巖石硝銨炸藥或乳化炸藥，起爆網絡雷管采用非電毫秒延期雷管和導爆索組成非電起爆網絡，所有爆孔堵塞材料均采用半干黃土或就近采用巖粉堵塞。

4 爆破參數

爆破參數計算要根據以往爆破經驗及經驗公式計算，待現場爆破試驗數據優化后正式用于開挖爆破。在工程實際施工時，爆破參數根據巖石情況、開挖斷面，并結合以往工程的施工經驗，采用經驗公式進行選取確定。

5 上層洞爆破參數

導流洞洞身段上層開挖炮孔布置及相應技術參數詳見圖示：

圖1 導流洞上層開挖炮孔布置圖

圖2 導流洞上層開挖炮孔布置剖面圖

5.1 孔徑與藥徑

開挖斷面寬度B=8.60 m（其他斷面時可對以后的參數略有變動），上層洞高5 m，其中圓弧段拱高2.60 m，直墻段墻高2.40 m。采用VT28氣腿式風鉆機，鉆孔直徑D=40 mm，除掏槽孔外，所有炮孔均基本垂直于撐子面，鉆水平孔。采用2#巖石粉狀乳化炸藥，藥卷直徑d=32 mm。周邊光炮孔炸藥采用小直徑2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑Φ=23 mm。

5.2 炮孔布置與炮孔數量

炮孔分為掏槽孔、輔助擴大孔、周邊孔、底孔、崩落孔及光爆孔等。

炮孔個數N=qs/rη=1.44*33.12/0.78*0.75=82個孔左右

式中：N—炮孔個數；qs—炸藥單位耗值，單位kg/m3，q= 1.44 kg/m3；S—開挖斷面面積，單位m2，S=33.12 m2；r—線裝藥密度，取0.78 kg/m；η—炮孔裝藥系數，取平均值為0.75。炮眼布置，先布置掏槽孔、周邊光爆孔，然后底板孔、輔助擴大孔，最后布置崩落孔。

5.3 炮孔間距與裝藥量

5.3.1 掏槽孔間距

由于導流洞掌子面只有1個自由面。爆破條件差，為了提高爆破效率，就要創造第2個自由面，在工作面中下部布置傾斜楔形掏槽孔，爆破時首先起爆，拋出石渣，在工作面中形成一個槽口，即開創了第2個自由面，為其余炮孔爆破創造有利條件。掏槽孔呈水平對稱布置3排。掏槽孔與工作面夾角θc=67°左右。同排2個掏槽孔孔底間距acd=0.20 m，上下相鄰兩排炮孔間ac=12D=12*0.04=48 cm取50 cm。

5.3.2 輔助擴大孔間距

輔助擴大孔是為了進一步擴大掏槽孔的空腔體積而布置的炮孔，即二圈孔，炮孔角度大致垂直與工作面。輔助擴大孔間距af=20D=20*4=80 cm。

5.3.3 崩落孔

當輔助擴大孔進一步擴大掏槽體積后，形成了較好的第2個自由面，這時爆破即可按正常的崩落法爆破巖體。崩落孔間距ab=25D=25*0.04=1 m。

5.3.4 底孔間距

為避免欠挖，清除底坎，增加底孔的裝藥量，按Φ32藥卷連續裝藥，底孔間距ad=18D=18*4=72 cm取70 cm。

5.3.5 周邊光炮孔間距

周邊光爆孔是采用光面爆破技術施工在兩邊墻及拱頂進行爆破，可以提高保留巖體的平整度，保護圍巖少受爆破破壞影響。周邊光炮孔間距ag2=13D=13*4=52 cm取50 cm，光爆面爆破的最小抵抗線Wg=1.40 ag=1.40*5=70 cm。

5.3.6 炮孔深度

除掏槽孔孔底加深0.20 m之外，其余炮孔的孔深均為Ls=L=1/3B=1/3*8.60=2.80 m。掏槽孔孔長Lcs=（Ls+0.20）/sinθ=（2.8+0.2）/sin67。=3.50 m。B為斷面寬度B=8.60 m。

5.3.7 炸藥單耗值q

參考延時特性，斷面尺寸，炮孔直徑，孔深等因素和以往的經驗，選定炸藥單耗值q=1.44kg/m3，光爆孔淺裝藥密度rg= 0.42 kg/m。

5.3.8 裝藥系數

裝藥系數是裝藥深度與炮孔深度之比。根據巖石堅硬程度選定：掏槽孔裝藥系數ηc=0.85；輔助孔裝藥系數ηf=0.75；崩落孔裝藥系數ηb=0.70；底孔裝藥系數ηd=0.78；光炮孔裝藥系數ηg=0.82。

5.3.9 線裝藥密度與偶合系數

掏槽孔、輔助孔、底孔、崩落孔的線裝藥密度rp=0.78 kg/m。周邊光炮孔采用藥卷直徑 Φ2=23 mm，線裝藥密度 rg= 0.42kg/m；光炮孔不耦合系數βg=D/Φ2=40/2.3=17.40。

5.3.10 單孔裝藥量

掏槽孔單孔裝藥量Qc=ηcLcsrp=0.85*3.50*0.78=2.32kg/孔；

輔助孔單孔裝藥量Qf=ηfLrp=0.75*2.80*0.78=1.64 kg/孔；

崩落孔單孔裝藥量Qb=ηbLrp=0.70*2.80*0.78=1.53kg/孔；

底孔單孔裝藥量Qd=ηdLrp=0.78*2.80*0.78=1.70 kg/孔；

周邊光炮孔單孔裝藥量Qg=ηgLrg=0.82*2.80*0.42=0.95kg/孔。

5.3.11 堵塞長度

按L(炮孔長度)-ηL（裝藥長度）計算：

掏槽孔單孔堵塞長度 Lcd=Lca-ηcLcs=3.50-0.85*3.50= 0.52 m；

輔助孔單孔堵塞長度Lfd=L-ηfL=2.80-0.75*2.80=0.70 m；

崩落孔單孔堵塞長度Lbd=L-ηbL=2.80-0.70*2.80=0.84 m；

底孔單孔堵塞長度Ldd=L-ηdL=2.80-0.78*2.80=0.60 m；

周邊光炮孔單孔堵塞長度Lgd=L-ηgL=2.80-0.82*2.80= 0.50 m。

5.3.12 總裝藥量

22個掏槽孔總裝藥量Qcz=nQc=22*2.32=51.04 kg；

12個輔助孔總裝藥量Qfz=nQf=12*1.64=19.68 kg；

10個崩落孔總裝藥量Qbz=nQb=10*1.53=15.30 kg；

13個底孔總裝藥量Qdz=nQd=13*1.70=22.10 kg；

27個光炮孔總裝藥量Qgz=nQg=27*0.95=25.73kg；

每一循環總裝藥量Qz=51.04+19.68+15.30+22.10+25.73= 133.85 kg。

6 下層洞鉆爆爆破參數

6.1 爆破設計

導流洞下層開挖，鉆孔直徑為D=40 mm；鉆控傾角θ，水平鉆孔垂直于工作面；炸藥單耗值q=0.541kg/m3，炮孔深度L= 1/2.50B=1/2.5*8.60=3.44取 3.50 m；炮孔孔距 a=26D=26*4= 104 cm取105 cm。利用上層開挖后底板形成的臨空面一次爆破成形，崩落孔按等間距布置，最上面第一排崩落孔距臨空面距離為最小抵抗線：W=30D=30*0.04=1.20 m；排距b=0.85W=0.85* 1.20=98 cm取100 cm。為了保證開挖質量，周邊孔采用光面爆破，孔距以a=12D=12*4=48 cm，取50 cm炮孔深度等于L=3.50 m，炮孔裝藥選用粉狀乳化炸藥，崩落孔用直徑Ф32 mm藥卷連續裝藥，周邊孔選用Ф22光爆藥卷，導爆索連線間斷裝藥。光炮孔參數同上層開挖。炮孔孔口堵塞長度Ld=1a=1*50=50 cm。各炮孔之間采用塑料導爆管串、并連成起爆網絡毫秒微差爆破。導流洞下層開挖炮孔布置及相應技術參數詳見圖3:

6.2 爆破參數

導流洞下層開挖鉆爆技術參數如下：崩落孔：炮孔個數31個，炮孔長度3.50 m，藥卷直徑Φ32，堵塞長度1.10 m，單孔裝藥1.87kg，總裝藥量57.97kg。光爆孔：炮孔個數22個，炮孔長度3.50 m，藥卷直徑Φ23，堵塞長度0.50 m，單孔裝藥1.25 kg，總裝藥量27.50 kg。底板孔：炮孔個數9個，炮孔長度3.50 m，藥卷直徑Φ32，堵塞長度1 m，單孔裝藥1.95 kg，總裝藥量17.55 kg。

7 洞身段石方起爆網絡

采用非電毫秒延期雷管起爆網絡，第一，上層洞挖裝藥時，每孔孔內裝入一枚相應段別的非電毫秒延期雷管，起爆順序為：掏槽孔→輔助擴大孔→直墻段光炮孔→一圈崩落孔→二圈崩落孔→圓弧段光炮孔。每排起爆延遲時間≥50 ms；第二，下層洞挖，每孔裝入一枚相應段別的非電毫秒延期雷管，由上至下逐排一次起爆。每排起爆延遲時間≥50 ms。

8 石方洞挖爆破安全

洞內爆破安全主要是防止飛石和爆炸沖擊波對人員和機械的傷害。爆破時起爆人員必須撤離掌子面500 m以外的避炮室內進行起爆，所有其他人員必須全部撤到洞外安全地帶，以確保安全。

9 結語

前坪水庫導流洞工程施工中洞身段爆破作業，是整個導流洞工程的核心和難點，其專項技術方案的合理性和有效性對整個工程質量、進度起著重要作用。

TV 551.1

B

1673-8853（2016）12-42-03

2016-10-31

（責任編輯：邢博輝）

張林（1983-），男，工程師，二級建造師，主要從事施工企業項目建設管理等工作。