新疆ATS水利樞紐工程導流洞開挖爆破施工設計

【摘要】隧洞開挖是一個隧洞工程施工成敗的關鍵，特別是對大斷面隧洞，隧洞爆破開挖不僅關系到工程投資、質量、進度，最重要是要確保施工安全。為了有效地控制斷面超、欠挖，確保工程質量及施工安全，本隧洞采用上、下半洞開挖方式，其中上半洞采用光面爆破，降低了爆破對周邊圍巖的破壞，保證了大洞室爆破的安全性。

【關鍵詞】隧洞開挖；上、下導洞；光面爆破

1、 工程概況

ATS水利樞紐位于新疆西南部喀什地區莎車縣境內，是一座以生態、灌溉、防洪、發電為目標的綜合性水利樞紐工程。庫容22.45×108m3，壩高164.8m，電站裝機755MW，為大（1）型Ⅰ等工程。大壩為混凝土面板壩，引水發電系統布置在右岸，導流及泄水系統布置在左岸。

導流洞采用有壓泄流方式，由進口段、閘井段、洞身段、消力池段段等組成。閘井采用岸塔式進水口，底板高程1666.0m，封堵門孔口尺寸為11.0m×13.5m。洞身段長805.0m，采用城門洞形斷面，寬11.0m，高14.0m，圓拱中心角為120°。

2、 導流洞施工方案選擇

本工程導流洞開挖尺寸達12.2×15.2m（寬×高），為大洞室斷面。綜合考慮隧洞地質條件，Ⅲ類圍巖占75%以上，地質情況相對簡單，但隧洞施工工期緊，施工方案的合理性是成功的關鍵。

3、 上半洞爆破設計

3.1光面爆破作用機理

光面爆破是周邊孔同時起爆，各炮孔的沖擊波向其四周作徑向傳播，產生切向拉應力，當巖體的極限抗拉強度小于此拉應力時，巖體便被拉裂，在炮孔中心連線上形成裂縫，形成光滑完整的爆破面的一種成熟的爆破技術。其廣泛應用于隧洞、地下廠房等對穩定性要求較高的開挖面上。

3.2光面爆破設計原則

1）確保提高鉆孔質量，控制好炮孔間距、傾角等，炮孔間距E和最小抵抗線W應通過計算及圍巖的特性確定。

2）嚴格控制周邊眼的裝藥量，炸藥沿炮孔分布要均勻。

3）周邊孔應使用低爆速、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥。為滿足裝結構要求，可采用空氣間隔不耦合裝藥。

3.3 造孔、爆破器材

導流洞上半洞開挖采用移動式爆破臺車，使用YT-28型手風鉆造孔，造孔直徑d=40mm。掌子面安排12～15臺手風鉆同時造孔，提高造孔效率，以保證開挖作業進度。

本項目光爆設計采用非電起爆系統，主要器材有：非電毫秒延期雷管（1～13段）、Φ25普通型乳化炸藥、Φ32普通型乳化炸藥、導爆索、導爆管。

3.4光面爆破設計

1）光面爆破的要求

隧洞爆破開挖成型后，巖面平整；頂拱和側墻至少有50～75%以上的半孔率，開挖輪廓成形規則；無大的超欠挖，無危及安全的不穩定體，無明顯的爆破裂縫等。

2）光面爆破參數

①最小抵抗線W。如圖所示，即

最小抵抗線W的大小直接影響到超欠挖及開挖面的規則。最小抵抗線一定要合理，對中硬巖體，一般取W=（10～20）d；當炮孔直徑為32～40mm時，w=32.0～80.0cm。通過多次爆破試驗，當W=70.0cm時，爆破超欠挖最小。

②周邊炮孔間距E

一般取E=（0.6～0.8）W； 為保證光爆質量，頂拱部位應加密孔距，本項目頂拱部位E取50cm，邊墻部位E取70cm。

③裝藥量

為減少殘眼，周邊眼單位長度的裝藥量一般可達0.30～0.35kg/m。本項目按照隧道或巷道爆破的線裝藥密度經驗公式進行估算：

——炮孔單位長度裝藥量，kg/m；

——巖體抗壓強度，Mpa；

——炮孔間距，m；

本項目線裝藥密度為0.35kg/m；

3.5爆破設計

1）炮孔深度：

炮孔深度是指炮孔底至開挖面的垂直距離。炮孔深度一般由圍巖的穩定性、手風鉆的允許鉆眼長度、掘進循環安排等因素確定。結合本項目爆破方案與進度要求，炮孔深度主要考慮手風鉆的允許鉆眼長度和造孔時間，經爆破試驗確定炮孔深度最終取4.5m。

2）炮孔數目：

對于一般隧洞爆破，炮孔數目主要與開挖斷面面積、造孔直徑、巖性等因素有關，并且炮孔數目直接影響造孔時間，間接影響到了施工進度。

其中：q—單位耗藥量；根據施工經驗q值一般取0.7～0.9之間，現取0.9kg/m3；

s—開挖面積84m2；

α—裝藥系數，取0.8；

γ—炸藥每米質量。

本隧洞開挖采用光面爆破，炮孔數目比一般爆破要多，本項目取1.2增加系數，最終確定炮孔數目為148個。

3）計算用藥量：

按每循環進尺3m計算裝藥量，

式中：Q—每循環應使用的炸藥量，kg；

q—單位炸藥消耗量，kg/ m3；

S—開挖面積，m2；

L—平均炮孔深度，取3.5m；

η—炮孔利用率，取85%。

經計算，每循環裝藥量為227kg，由于鉆孔數量增加，藥量適當減少，控制在240～260Kg左右。

4）炮孔布置與裝藥結構

①本項目炮孔遵循一般布置原則：先布置掏槽眼，其次是周邊眼，最后是輔助眼。特別是周邊孔，應嚴格按照設計位置布置。

②為了不破壞周邊圍巖的完整性，周邊孔采用軸向空氣間隔的不連續裝藥，底部加強。掏槽孔及輔助孔采用不耦合的連續裝藥。堵塞段長度0.6～1.0m，采用黃土堵塞。

結語

本項目導流洞開挖采用光面爆破方案，不但有效地控制了斷面超、欠挖，減少了一次支護的工程量，降低了工程投資。同時也使開挖面平整、準確，保證圍巖的整體和穩定，避免了爆破過程中常遇的危巖體，確保了洞內施工安全。也加快了工程進度，給導流洞按期完成創造了條件，為工程按期實現工程截流奠定了基礎.

參考文獻：

[1]《ATS水利樞紐工程導流洞施工方案》 2013年

[2]《爆破安全規程》 GB 6722-2014/XG1-2016