玉瓦水電站引水隧洞薄層巖石光面爆破施工技術

龍軍飛， 鐘 權， 劉 放

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

玉瓦水電站引水隧洞薄層巖石光面爆破施工技術

龍軍飛， 鐘 權， 劉 放

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

玉瓦水電站引水隧洞施工是工程控制性項目，圍巖具有薄層狀結構、巖層傾角大、巖層走向與洞軸線交角小等特點，如何減少超挖量、確保圍巖穩定是引水隧洞的施工難點。實踐表明，針對薄層狀巖石，采用合理的光面爆破參數、嚴格控制爆破施工工藝，能夠有效地控制超欠挖，避免巖層產狀、結構等可能帶來的不利影響，從而達到安全、高效、優質的施工目的，可為其他類似工程提供經驗參考。

玉瓦水電站；引水隧洞；光面爆破；薄層巖石

0 前 言

光面爆破是按照隧洞斷面的設計輪廓合理布置周邊孔而進行的一種控制爆破，即：通過科學設計爆破參數、合理布置炮孔位置、有效控制炮眼裝藥量、采用不耦合裝藥的基礎上，合理地利用炸藥能量，使周邊孔優先沿各孔中心連線形成貫通裂縫并將破碎巖體向隧洞內拋擲，使隧洞開挖面爆破后斷面成型規整，通常可在隧洞壁面上殘留清晰可見的鉆孔壁痕跡。光面爆破能降低爆破對圍巖的損傷，使隧洞不產生或少產生爆震裂隙，保持隧洞圍巖的完整性和自身承載能力，以達到快捷、高效、優質的施工目的[1-6]。尤其是針對薄層狀巖體，爆破開挖易產生冒頂、片邦等不利后果，造成圍巖超挖，影響圍巖穩定，增加支護費用。因此，如何選擇合理的光面爆破技術，以降低施工成本、加快施工進度、保證工程質量，就顯得更加重要。

1 工程概況

玉瓦水電站位于四川省九寨溝縣境內的白水江次源黑河上，是白水江流域水電梯級開發的第2級，電站裝機容量49 MW。工程為引水式電站，主要由首部樞紐、引水系統和地面廠房系統三部分組成，以發電為單一目標，無防洪、航運等綜合利用要求。工程區距九寨溝縣城約60 km，若九公路從電站工程區通過，對外交通方便。

引水隧洞布置在黑河右岸，全長約14 km，隧洞斷面為襯砌后4.0 m×4.8 m(寬×高)的城門洞型。隧洞垂直埋深一般300～400 m，最大達1 000 m，沿線發育有雙溝、繞納溝和頭道溝等。引水隧洞區地層巖性主要為薄層狀結構的灰巖夾砂巖、板巖、千枚巖，巖石新鮮，強度以中硬巖為主；巖層走向與隧洞軸線總體交角較小，一般為10°～15°，部分洞段近于平行；巖層傾角總體較大，一般為60°～70°，局部洞段可達75°～85°。根據引水隧洞巖石強度、巖體完整性及地層走向與洞軸線夾角等特點，圍巖類別以Ⅲ-2類圍巖為主，約占54%，Ⅳ類圍巖約占37%，局部為Ⅴ類圍巖，約占9%。引水隧洞爆破開挖易產生冒頂、片邦等不利后果，造成圍巖超挖，影響圍巖穩定，增加支護費用。

2 光面爆破效果的影響因素

結合工程實際地質條件，并考慮施工技術、經濟因素，影響光面爆破效果主要有以下因素。

(1)地質條件：對于裂隙少、完整性好的圍巖而言，可采用全斷面深孔光面爆破。玉瓦水電站引水隧洞圍巖地質結構復雜，巖體呈薄層狀結構，且巖層傾角較陡、走向與洞軸線交角較小，開挖采用“短進尺、弱爆破、強支護”的施工方法，以“多打孔、少裝藥”為原則，盡可能避免對隧洞圍巖產生擾動和破壞。

(2)鉆爆參數：工程巖體結構變化無常，選擇與之相適應的鉆爆參數才能取得最理想的爆破效果。因此，在進行大規模開挖前，往往需要進行爆破試驗，確定最佳的鉆爆參數。

(3)鉆孔精度：引起鉆孔誤差的因素主要有測量放樣誤差、開孔誤差以及鉆孔角度誤差等，對現場施工精度要求較高。

(4)起爆順序：起爆順序是為了逐層逐步擴大臨空面，為周邊孔起爆創造最佳條件，需嚴格控制起爆順序。

(5)網路可靠性：網路某一分支失效，將影響起爆順序和爆破效果。如雷管精度不夠，造成串段，變相增大單響藥量，從而增大爆破振動和對圍巖的擾動作用。

(6)炸藥品種：工程中根據巖石強度及使用環境選擇相應的炸藥品種。水工隧洞一般使用巖石乳化炸藥。

(7)周邊孔：周邊孔間距、裝藥結構以及不耦合系數等往往直接影響光面爆破效果，宜根據不同的圍巖特點并結合爆破試驗進行確定。

(8)裝藥結構及堵塞質量：選擇合理的裝藥結構，使爆能在炮孔長度內均勻作用；炮孔堵塞長度應保證一定長度。

3 光面爆破參數選擇

3.1 控制爆破原則

按照“短進尺、弱爆破、強支護”的理念，盡量增加雷管段位，嚴格控制單響藥量，以最大限度地減小爆破振動對圍巖的擾動；嚴格控制周邊孔間距、裝藥結構等參數，盡可能地降低爆能對孔壁圍巖的損傷。

3.2 炸藥及雷管的選擇

本工程采用手風鉆造孔，鉆孔直徑Φ42 mm，炸藥主要采用Φ32 mm×200 mm的巖石乳化炸藥；雷管采用塑料導爆管及毫秒雷管起爆系統，延期雷管段位選用MS1～MS13共七段。

3.3 掏槽孔及主爆孔

本工程鉆孔深度Ⅲ-2類圍巖為2.0～2.5 m，Ⅳ類及Ⅴ類圍巖為1.5 m左右。

掏槽孔采用菱形直孔掏槽形式，主爆孔孔距根據經驗取50～80 cm，炮孔布置按照內層間距小、外層間距大且相對均勻分布、局部調整的原則進行。布孔詳圖見圖1。

3.4 周邊孔

周邊孔鉆孔爆破的主要參數包括：炮孔間距a、光爆層厚度(最小抵抗線)W、周邊孔密集系數m、炮孔線裝藥密度q、炮孔裝藥不耦合系數k等。

(1)周邊孔間距a，它是直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素。一般為a=(10～18)d，其中炮孔直徑d=42 mm。玉瓦引水隧洞巖體呈薄層狀結構，且巖層傾角較陡、走向與洞軸線交角較小，本工程取a=40～50 cm；必要時，在兩炮孔之間增加一個不裝藥的導向空孔。

(2)最小抵抗線W，即光爆層厚度，它直接影響光面爆破效果和爆渣塊度，一般為W=(13～22)d，本工程取W=60～70 cm。周邊孔間距和最小抵抗線確定后，即可計算得出周邊孔密集系數m=a/W，一般為m=0.6～1.0，本工程為0.70～0.85。

(3)線裝藥密度q，恰當的線裝藥密度既能滿足破巖所需的能量，又不造成圍巖的過度破壞，本工程為中硬巖，結合圍巖特點，q取0.15～0.18 kg/m。

(4)不耦合系數k，采用不耦合裝藥結構，可增加爆炸荷載作用時間，降低爆炸峰值，使能量均勻分布于炮孔壁，一般為k=1.25～2.50，水工隧洞取2.0左右比較合適。本工程炮孔直徑42 mm，周邊孔藥卷直徑25 mm，不耦合系數k=1.68。

3.5 起爆網絡

網絡連接方法采用雙電雷管串聯方式，所有孔內引出的非電雷管腳線收集捆扎，起爆電雷管接引至安全起爆區域。起爆順序為：起爆器引爆電雷管，電雷管引爆孔內非電雷管、起爆藥包。

玉瓦水電站引水隧洞Ⅲ-2類圍巖光面爆破炮孔布置圖及鉆爆參數表見圖1及表1。

圖1 Ⅲ-2類圍巖光面爆破炮孔布置

雷管段別炮孔名稱炮孔個數炮孔長度/m單孔裝藥量/kg總裝藥量/kgMS1掏槽孔22.20.00.0MS3掏槽孔62.21.48.4MS5主爆孔102.01.010.0MS7主爆孔142.00.811.2MS9主爆孔62.01.06.0MS11周邊孔262.00.37.8MS13底板孔62.01.27.2合計7050.6

主要技術參數：炮孔利用率約為90%，每循環進尺約1.8 m，每循環爆破方量約35.14 m3，炸藥單耗約為1.43 kg/m3；周邊孔線裝藥密度嚴格控制為0.15 kg/m，最大限度減少對保留巖體的損傷和擾動，有助于隧洞開挖成型。

4 光面爆破施工工藝

玉瓦水電站引水隧洞開挖爆破施工過程包括測量放樣、鉆孔、清孔、裝藥、堵塞、連接起爆和爆破后可能出現的問題處理等。

(1)測量放樣。鉆孔前，測量人員用紅油漆準確繪出開挖斷面的中線和輪廓線，標出炮孔位置。

(2)鉆孔。本工程隧洞斷面較小，借助自制臺車采用YT-28型手持式風鉆造孔。周邊孔的鉆孔精度要求比其他孔更高，應交由經驗豐富的鉆工司鉆，且左側周邊孔應交由習慣左右司鉆的鉆工，并適時調整鉆孔角度和深度。

(3)清孔。炮孔參數進行檢查驗收合格后，利用高壓水將炮孔內的石屑、泥巖刮出吹凈。本工程為大傾角薄層狀巖體，自上而下清孔，避免泥水通過巖層污損下部炮孔。

(4)裝藥。裝藥時分片分組，嚴格按照預先計算好的每孔裝藥量和裝藥結構自上而下進行，藥包和雷管都“對號入座”，裝藥過程不能用竹片猛搗藥卷；周邊孔采用導爆索起爆，用膠布將導爆索與每個藥卷緊密結合。

(5)堵塞。炮孔裝藥完成后，采用炮泥等堵塞孔口一定長度，以確保爆能的有效利用。本工程薄層狀巖體裂隙發育，適當增加了堵塞長度，避免爆生氣體過早逸出。

(6)連接起爆網路。起爆網路為復式網路，以保證起爆的可靠性和準確性。嚴格控制導爆索的連接方向和連接點的牢固性，網路連接完成后，派專人負責檢查。

(7)盲炮處理。相關人員撤離到安全區域后才能引爆；爆破后，如遇盲炮交由爆破員進行處理，并及時檢查簽認光爆效果，分析原因，適時調整爆破設計。

玉瓦水電站引水隧洞爆破效果表明，爆破后隧洞圍巖未出現大量的片幫及脫塊，圍巖超挖能有效地控制在合理范圍內，爆破后殘孔率達70%～80%，爆破效果總體良好。本工程采用合理的光面爆破參數和施工工藝控制，有效地解決了隧洞薄層狀巖體超挖、圍巖穩定等問題。

5 結 語

玉瓦水電站引水隧洞施工實踐表明，即使在圍巖具有薄層狀結構、巖層傾角較大、巖層走向與洞軸線交角較小等特點的情況下，通過采用合理的光面爆破各項參數和施工工藝控制，使光面爆破輪廓圓順、巖面平整，也能達到減少超挖、降低爆破對圍巖損傷的目的，爆破效果良好。同時，光面爆破產生的爆震裂隙少，能充分發揮圍巖的自承能力，減少了應力集中，增加了施工安全性，也有助于加快施工進度、降低施工成本。

[1] 張正宇, 張文煊, 吳新霞, 等. 現代水利水電工程爆破[M]. 北京:中國水利水電出版社,2003.

[2] GB 6722-2003. 爆破安全規程[S]. 北京:中國標準出版社,2004.

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[4] 顧義磊, 李曉紅, 杜云貴, 等. 隧道光面爆破合理爆破參數的確定[J]. 重慶大學學報(自然科學版), 2005, 28(3): 95-97.

[5] 孔買群, 李宗榮, 徐東方. 玉瓦水電站廠區樞紐爆破試驗研究[J]. 云南水力發電, 2015, 31(2): 32-34.

[6] 饒學健, 楊敏生, 代應剛. 光面爆破技術在紅葉二級引水隧洞中的應用[J]. 水電站設計, 2002(3): 46-48.

2015- 12- 14

龍軍飛(1979-), 男, 吉林松原人, 高級工程師, 從事施工組織設計工作。

TV542；TV672.1

B

1003-9805(2017)04-0060-03