土、巖交界洞室開挖爆破設(shè)計(jì)

田均慶

（葛洲壩新疆工程局（有限公司），新疆烏魯木齊 830049）

土、巖交界洞室開挖爆破設(shè)計(jì)

田均慶

（葛洲壩新疆工程局（有限公司），新疆烏魯木齊 830049）

某工程洞長1470.307m，樁號17+379.693～18+850.0，隧洞結(jié)構(gòu)斷面為圓形，出口段軟巖隧洞結(jié)構(gòu)斷面為馬蹄形，根據(jù)洞室開挖尺寸和斷面大小，本隧洞為中斷面型。本段工程，考慮巖石隧洞開挖爆破時(shí)可能對軟巖隧洞支護(hù)造成破壞以及巖石隧洞洞頂及兩側(cè)巖層相當(dāng)薄弱，施工過程中可能引起坍塌，造成安全事故，我部針對以上情況編制軟硬巖交界處洞室開挖爆破設(shè)計(jì)。針對其開挖施工方案，著重分析了其難點(diǎn)和重點(diǎn)以及特殊情況，提出了相應(yīng)的處理對策。

土、巖交界 洞室開挖 爆破

1 工程概述

某工程洞長1470.307m，樁號17+379.693～18+850.0，隧洞結(jié)構(gòu)斷面為圓形，出口段軟巖隧洞結(jié)構(gòu)斷面為馬蹄形，根據(jù)洞室開挖尺寸和斷面大小，本隧洞為中斷面型。

根據(jù)我部目前第一段管棚施工遇巖情況以及對出口段巖石走勢的勘探，預(yù)測軟巖隧洞僅7m（樁號：18+850.0～18+843.0）；軟巖與硬巖交界處為傾斜面，長5m（樁號：18+843.0～18+838.0）；然后過渡到Ⅳ類圍巖隧洞。本段隧洞開挖斷面為馬蹄形。

2 編制依據(jù)

（1）《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）；（2）《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487）；（3）《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）；（4）《水利水電建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)程》（SL223-2008）；（5）《水利水電工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程》（SL398-2007）；（6）《水利施工安全防護(hù)設(shè)施技術(shù)規(guī)范》（SL714-2015）；（7）《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（SL378-2007）；（8）《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（SL47-1994）；（9）《水利水電工程施工測量規(guī)范》（SL52-2015）；（10）《新編爆破工程實(shí)用技術(shù)大全》；（11）黑山頭輸水隧洞設(shè)計(jì)藍(lán)圖。（12）鉆眼機(jī)具及爆破器材。（13）我公司多年來在水電隧洞工程施工中成熟的施工技術(shù)和積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3 爆破作業(yè)方法

圖-1：螺旋掏槽炮眼布置詳圖（圖中尺寸以mm為單位）

洞室石方爆破開挖，考慮爆破過程中可能對軟巖隧洞支護(hù)造成破壞以及洞頂巖石覆蓋層厚度太薄，爆破過程中可能引起洞室坍塌。根據(jù)《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（SL378-2007）及地質(zhì)勘探結(jié)果，當(dāng)洞頂巖石覆蓋層厚度小于2倍洞徑時(shí)，采用超前導(dǎo)坑法進(jìn)行洞室爆破開挖。當(dāng)洞頂巖石覆蓋層厚度大于2倍洞徑時(shí)，繼續(xù)采用超前導(dǎo)坑開挖法向前進(jìn)尺10m，然后采用光面爆破全斷面開挖法進(jìn)行洞室爆破施工。

4 炮眼布置及爆破參數(shù)確定

4.1 鉆孔、孔徑確定

鉆孔主要用自制鉆孔臺車配備手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，孔徑42mm。

4.2 掏槽方法選擇

掏槽方法分為傾斜眼掏槽和直眼掏槽，傾斜掏槽分為：單向掏槽、錐形掏槽、楔形掏槽幾種形式；直線掏槽分為：龜裂掏槽、桶形掏槽、螺旋掏槽幾種形式。

綜合以上掏槽方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較、分析，結(jié)合我部隧洞現(xiàn)場實(shí)際情況，我部計(jì)劃采用大直徑空眼螺旋形掏槽方法進(jìn)行施工。炮眼布置詳見：圖-1。

4.3 炮眼深度確定

炮眼深度是指炮眼底到工作面的垂直距離，炮眼深度的大小，不僅影響著每個(gè)掘進(jìn)工序的工作量和完成各工序的時(shí)間，而且影響爆破效果和掘進(jìn)速度，它是決定每班中掘進(jìn)循環(huán)次數(shù)的主要因素。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料查詢，目前，在我國輸水隧洞淺眼爆破法掘進(jìn)中炮眼深以1.5m～2.5m用得最多。

考慮爆破時(shí)可能對鄰近的軟巖隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)可能造成破壞以及洞頂巖石覆蓋層厚度小于2倍洞徑，本隧洞工程爆破施工，炮眼深度取值如下：

（1）光面孔、崩落孔孔深取：L=1.5m。

（2）掏槽孔：為了提高其他炮眼的爆破效果，掏槽眼應(yīng)比其它炮眼加深150mm～200mm，本工程隧洞掏槽孔孔深取：L1=1.7m。

4.4 最大單響藥量計(jì)算

式中：

（1）R：爆破振動安全允許距離，單位為m，考慮鄰近軟巖隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響以及炮孔深度，取R=7.5m。

（2）V：保護(hù)對象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，單位為厘米每秒（cm/s）。

爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）規(guī)定：（見表1）

綜上考慮，保護(hù)對象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，取V=10.0 cm/s

表1

（3）K、a：與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。參考安全規(guī)程（GB6722-2014）規(guī)定及結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地形、地質(zhì)條件選取。

表2

表3

表4

爆區(qū)不同巖性的K、a值值（見表2）

本工程爆破：取K=200，a=1.8

（4）將以上參數(shù)取值，代入公式，計(jì)算得本次爆破最大允許單響藥量：Q=2.86kg

4.5 孔距、孔排距確定

（1）光面爆破層厚度即最小抵抗線的大小，一般為炮孔直徑的10～20倍（42mm～80mm），巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育者，眼距應(yīng)小而抵抗線應(yīng)大，堅(jiān)硬、穩(wěn)定的巖石上，眼距應(yīng)大而抵抗線應(yīng)小。本次工程爆破，光爆孔距鄰近崩落孔排距取：W=70cm。

（2）光面爆破，光爆孔孔距一般為爆破層厚的0.75～0.9倍（52mm～63mm），巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育者取小值。本次工程爆破，光爆孔孔距取：a=60cm。

（3）崩落孔孔距、排距參考網(wǎng)絡(luò)資料以及光爆孔孔、排距和以往在水電隧洞工程施工中成熟的施工技術(shù)和積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

孔距取：a1=80cm；

孔排距：參考有關(guān)規(guī)范及網(wǎng)絡(luò)資料，孔排距與孔距比值為0.6～0.8（42mm～64mm），取w1=60cm。

4.6 炮眼數(shù)目計(jì)算

（1）炮眼數(shù)目N，按下式計(jì)算：

N=qs/rη

式中：

q：開挖斷面每m3巖石的炸藥消耗量（與巖石性質(zhì)和開挖斷面面積有關(guān)，參考網(wǎng)絡(luò)資料及有關(guān)規(guī)范，約在1.2～2.4kg/m3范圍內(nèi)，軟巖取小值，硬巖取大值），本工程取1.3kg/m3。

S：開挖斷面面積，S=30.18 m2。

η：炮眼裝藥系數(shù)。參考有關(guān)網(wǎng)絡(luò)資料及有關(guān)規(guī)范。（參考：爆破工程適用技術(shù)大全）（見表3）

參考某隧道開挖爆破設(shè)計(jì)（見表4）

本工程暫取0.5。

r：每米長度炸藥的重量，本工程采用2號巖石乳化炸藥，藥卷外徑Φ32mm±1mm，藥卷質(zhì)量300g±5g，r=1kg/m。

代入以上公式計(jì)算得：N=78（個(gè)）

（2）光爆孔數(shù)：

布孔周長：20.4m；孔數(shù)：19.8/0.6=33（個(gè)）

（3）崩落孔數(shù)：

第一排崩落孔：

布孔周長：16.5m；孔數(shù)：15.3/0.8=19（個(gè)）

第二排崩落孔：

布孔周長：12.6m；孔數(shù)：10.8/0.8=14（個(gè)）

第三排崩落孔：

布孔周長：7.5m；孔數(shù)：7.5/0.8=10（個(gè)）

崩落孔孔數(shù)合計(jì)：43個(gè)

（4）掏槽孔數(shù)：5個(gè)

全斷面爆孔數(shù)合計(jì)：81個(gè)

4.7 光爆孔（周邊孔）鉆孔控制

光爆孔其作用是炸出較平整光滑的隧道斷面輪廓。周邊眼沿隧道輪廓布置，基本上取等距離布眼，斷面拐角拐彎處均應(yīng)布眼。在鉆孔施工時(shí)，應(yīng)考慮周邊眼有一定的外插角，外插斜率為0.03-0.05，使前后兩排炮眼的街接臺階為最小，一般在10-15cm，即不影響風(fēng)鉆操作為宜。

4.8 每個(gè)炮孔裝藥量計(jì)算

公式：Q= rηl

（1） 光爆孔：1*0.45*1.5=0.67（kg），取0.6kg。

（2） 崩落孔：1*0.45*1.5=0.67（kg），取0.6kg。

（3） 掏槽孔：1*0.5*1.7=0.85（kg），取0.9kg。

5 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及起爆網(wǎng)絡(luò)圖

本工程起爆網(wǎng)絡(luò)，采用不耦合裝藥，毫秒雷管起炮網(wǎng)絡(luò)。起爆順序是先掏槽眼，后輔助眼，由里向外分層起爆，然后是底板眼、側(cè)壁眼和壓頂眼。詳見起爆網(wǎng)絡(luò)附圖。

6 質(zhì)量保證措施

（1）開挖采用光面爆破技術(shù)。針對不同開挖斷面、圍巖級別及圍巖破碎程度進(jìn)行炮眼布置、深度、裝藥量等光爆參數(shù)設(shè)計(jì)，并根據(jù)開挖后的爆破效果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

（2）在軟弱地層中，開挖循環(huán)進(jìn)尺恪守短進(jìn)尺、弱爆破、快封閉的原則。

（3）洞室的爆破應(yīng)進(jìn)行專門的鉆孔爆破設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括：掏槽方式；炮眼布置；裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)以及炮孔堵塞方式；起爆方法和順序；繪制爆破圖。

（4）為探明洞挖中尚未開挖巖體的地質(zhì)情況，在監(jiān)理工程師指定或批準(zhǔn)掌子面鉆設(shè)勘探孔或勘探洞。根據(jù)鉆探獲得的地質(zhì)資料，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，以保證開挖質(zhì)量和確保安全。

（5）優(yōu)化技術(shù)措施，提高作業(yè)人員的技能：嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔、裝藥；孔深、孔斜率控制在允許范圍之內(nèi)，炮孔經(jīng)檢查合格后，方可裝藥爆破。炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)，應(yīng)由經(jīng)考核合格的炮工負(fù)責(zé)，并嚴(yán)格按爆破圖的規(guī)定進(jìn)行。

（6）地質(zhì)不良地段采用“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的施工方法，嚴(yán)格控制裝藥量，盡量減少對圍巖的擾動。

（7）按“新奧法”理論進(jìn)行隧洞施工，觀測和掌握圍巖的變形發(fā)展情況，選擇合理的支護(hù)時(shí)機(jī)和判斷支護(hù)的實(shí)際效果，充分利用巖石自身的承載能力。

（8）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙及監(jiān)理批準(zhǔn)的施工方案施工，施工過程中不得私自修改施工方案。

············

7 安全保證措施

（1）爆破材料的運(yùn)輸、儲存、加工、現(xiàn)場裝藥、聯(lián)線、起爆及瞎炮處理，必須遵守《爆破安全規(guī)程》（GB6722-1986）的有關(guān)規(guī)定。

（2）洞內(nèi)各爆破作業(yè)做到統(tǒng)一指揮，爆破前調(diào)度人員通知受影響的相部工作面人員、車輛撤離到安全距離外，一般距爆破工作面的距離不少于200m。

（3）爆破期間，所有動力及照明電路均斷開或改移到距爆破點(diǎn)不小于50m的地點(diǎn)。

（4）當(dāng)開挖面與襯砌面平行作業(yè)時(shí)，根據(jù)混凝土強(qiáng)度、圍巖特性以及爆破規(guī)模等因素確定其距離。

（5）每日放炮時(shí)間及次數(shù)根據(jù)施工條件明確規(guī)定，爆破前爆破人員嚴(yán)格檢查爆破網(wǎng)絡(luò)，確保一次起爆。

（6）遇到下列情況嚴(yán)禁裝藥爆破：照明不足；工作面巖石破碎尚未支護(hù)；發(fā)現(xiàn)可能有巖爆、高壓水及泥涌出地段。

（7）爆破后必須經(jīng)過通風(fēng)排煙，且其相距時(shí)間不少于15min，并檢查有無殘余炸藥或雷管；頂板兩幫有無松動石塊；支護(hù)有無損壞與變形等，妥善處理后，工作人員才準(zhǔn)進(jìn)入工作面。

（8）裝炮時(shí)嚴(yán)禁火種，嚴(yán)禁明火點(diǎn)炮，嚴(yán)禁裝藥與打眼同時(shí)進(jìn)行。

（9）爆破后必須立即進(jìn)行安全檢查，檢查有無瞎炮，按《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理，確認(rèn)無誤后才能出渣。