淺談小斷面隧洞工程開挖爆破施工控制

李健

【摘 要】近年來，國民經濟長足發展，為滿足工業生產、城鎮居民生活用水及城市綜合市政應用的需要，大跨度的引水及城市綜合管廊工程得到了較大的發展。這類工程的共同特點就是地質較為復雜，且隧洞斷面小。如何有效控制隧洞的開挖質量，值得探討研究。本文以山西引黃水利工程隧洞開挖爆破施工為例進行總結，希望對類似工程施工者能提供一定幫助。

【關鍵詞】隧洞；小斷面；開挖爆破；施工控制

1 工程概況

山西引黃工程交汾靈9#支洞穿奧陶系中統峰峰組上段灰巖、白云巖，鉆孔揭露，其采取率及RQD值均較低，建議圍巖單位彈性抗力系數K0=300～500MPa/m，堅固系數fK=2～3，泊松比μ=0.29～0.32，變形模量2～5GPa。圍巖工程地質分類為Ⅳ～Ⅴ類，圍巖穩定性較差，隧洞開挖時存在涌水、突水可能性。開挖斷面尺寸為洞寬3.34m，直腿段2.6m，拱頂開挖半徑1.24m。隧洞斷面為洞為典型的小斷面（跨度<5m）結構，復雜的地質條件及小斷面施工對隧洞的開挖爆破提出了較高的要求。項目經過多方摸索總結，采用楔形掏槽導爆管毫秒雷管微差爆破法施工。

2 鉆孔爆破參數確定

2.1 鑿巖機具的選取

根據選取的爆破方案，爆破鉆孔機具采取YT28型氣腿式鑿巖機，Φ42mm直徑的鉆頭鉆孔。鉆頭為“十”字型硬質合金鋼，鉆桿規格為中空六棱型，鉆桿長度分別1.5m、2m、2.5m幾種規格。

2.2 爆破器材的選取

根據爆破規模及巖石特性，選用二級煤礦許可乳化炸藥為主炸藥、電雷管激發、非電導爆雷管起爆，所需爆破器材見表1：

表1 爆破器材需求列表

2.3 主要爆破參數的確定

本項目隧洞斷面均較小，采用全斷面開挖，爆破參數如下：

2.3.1 周邊眼間距E、最小抵抗線W

周邊眼間距E是直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素，借助于經驗公式E=Ki×d，一般情況下E=（8～12）D（D為炮眼直徑）；抵抗線W=（1.0～1.5）E。本設計炮眼間距E為500-600（mm），炮眼直徑D為42mm，滿足對E、W值的要求，施工過程根據爆破效果和具體巖層適當調整。

2.3.2 周邊眼每米裝藥長度L、裝藥集中度q經計算，Q=0.653kg，qL=0.297kg/m，結果符合中硬巖光面爆破線裝藥密度0.2～0.3Kg/m的允許范圍，可以使用。實際施工時根據巖石硬度來適當調整。

爆破關鍵技術，遵循藥包對殉爆距離的要求，通過多個循環爆破效果對比分析，優化炮眼中藥量分配。掏槽眼及底眼采用大藥量，連續裝藥；輔助眼采用普通連續裝藥，其裝藥量按照遞減的原則進行分配；周邊眼采用小藥量間隔不耦合裝，各炮眼裝藥量詳見鉆爆設計圖（圖1）。

圖1 IV類圍巖光面爆破布孔圖（單位cm）

表1 9#開挖爆破參數表

開挖斷面積為S=12.13m2，布置總高3.84m，總寬3.44m，炸藥單耗1.35kg/m3。

表2 9#開挖爆破參數表

2.4 爆破開挖主要經濟技術指標（表3）

表3 技術經濟指標

3 炮眼布置及爆破作業流程

3.1 炮眼布置

3.1.1 掏槽眼的布置

開挖采取全斷面爆破開挖，掏槽形式為斜向中心楔型掏槽；采用8個孔徑為42mm孔，斜向中心楔形陶槽。

3.1.2 周邊眼的布置

周邊眼的布置一般沿設計輪廓均勻布置，為了控制超欠挖以及便于下次鉆眼作業時好落鉆孔眼，應將炮眼方向以3%～5%的斜率外插，對于中硬巖石及硬巖，眼底應落在設計輪廓線以外10cm地方。同時做好輔助眼的設置，進一步擴大槽口，為周邊眼創造有利的爆破條件。

3.2 裝藥結構及堵塞

炸藥用2#巖石銷銨炸藥和巖石乳化炸藥，潛孔鉆炮眼采用毫秒雷管起爆。掏槽眼、輔助眼、周邊眼采用孔底連續裝結構，并采用炮泥全長堵塞，加強孔口堵塞（如圖2所示）。

圖2 周邊光面炮孔裝藥結構圖

3.3 起爆網絡的聯接

起爆網絡的聯接采用：電雷管——導爆管雷管——非電起爆網絡。為了保證后起爆的網絡不被先起爆的炸斷，設計采用孔內微差的起爆網絡。各炮孔內采用非電毫秒雷管微差起爆，不但控制同段的最大藥量，又能有效的控制每段雷管間的起爆時間，控制爆破震動。在掏槽眼、輔助眼及周邊眼中，每相鄰段別雷管間隔時差為不小于50ms，這樣可以降低爆破震動危害（如圖3所示）。

3.4 起爆

各炮孔起爆順序為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼。輔助眼2層由里向外逐層起爆。采用起爆器同時或分批起爆，由專業的接線人員用絕緣良好電線把該次需起爆的雷管線串連起來。毫秒雷管采用一次起爆，其引線長度應保證人員在飛石距離之外，必保證起爆人員隨時在安全地點處。

圖3 起爆網路連接圖

3.5 爆破

施爆前，應規定醒目清晰的爆破信號，并發布通告，及時疏散危險區內的人員設備及車輛等；并在危險區周圍設警戒。起爆前15min，由指揮發布起爆準備命令，爆破站作最后一次驗收檢查和安全檢查。如無新情況發生，在接到起爆命令后立即合閘施爆。起爆后應迅速拉閘斷電。起爆后15min，由指定爆破作業人員進入爆破區內進行安全檢查，確認無拒爆現象和其他問題后，方能解除警戒。

3.6 爆破后處理

石方地段爆破后，必須確認已經解除警戒，作業面上的懸巖危石也經檢查處理后，清理石方人員方準進入現場。撬動巖石必須由上而下逐層撬（打）落，嚴禁上下雙重作業，不得將下面撬空使其上部自然坍落。撬棍的高度不宜超過人的肩膀，不得將棍端緊抵腹部，也不得把撬棍放在肩上施力。

4 施工控制要點

小斷面隧洞鉆爆法施工中，鉆爆施工除了制定合理的爆破參數外，規范、精準的施工控制也是施工質量控制的重要影響因素。施工中準確測量畫出開挖輪廓線對開挖面的超欠挖控制存在著直接的影響；人工鉆爆中使用的氣腿式風鉆，在打鉆時必須有3°～5°的外插角，鉆孔深度越深，外偏角越大，造成的偏差就越大；掏槽眼要盡量保證在水平面上，越平開挖爆破效果越好；周邊眼間距控制和裝藥量控制為爆破質量控制的重點，在周邊眼的布置上，要按照開挖面的圍巖地質情況隨時調整布眼的間距尺寸。施工過程中必須對這些因素重點控制，以確保爆破效果。

5 結語

實踐證明，采用楔形掏槽導爆管毫秒雷管微差爆破法爆破效果較好，平均超挖10cm，最大超挖20cm，無欠挖，滿足技術規范要求，取得較好的經濟效果。施工企業要想控制成本，創造效益，就需要不斷提高管理的精細化程度。一方面，要通過系統化分析制定合理的爆破方案，另一方面，要加強施工現場的管理。在施工過程中堅持做好開挖斷面復測工作，有利于班組隨時調整爆破參數。以本工程為例，通過不斷改進技術方法和抓住關鍵控制點，在鉆爆施工中確保了安全質量，取得了良好的經濟效益。

【參考文獻】

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[責任編輯：王楠]