淺析東塢水庫巖石洞壁大口徑管槽爆破開挖施工技術

(浙江省第一水電建設集團股份有限公司，浙江 杭州 310052)

巖石開挖一般分為明挖、洞挖和槽挖，這三種開挖方式工藝成熟，均有相應的質量標準和規范，即使在施工過程中遇到困難，也可以參照類似的工程經驗予以克服。巖石洞壁大口徑管槽爆破開挖結合了隧洞洞挖與平面槽挖兩種工藝特點，既不能采用洞挖的工藝，也不能照搬平面槽挖的方式，目前尚無相應的規范和標準可以參照，也無類似經驗可以參考，其施工工藝具有新穎性、原創性的特點。為了解決在老水庫中增加供水管道，且不放空水庫的難題，結合已有水工隧洞布置供水管道，在洞壁采用爆破開挖管槽，待管道埋設完成后再用混凝土回填至隧洞原斷面，使新設管道無須與現有建筑物交叉，減少了水工結構布置的難度，降低了工程造價，具有較高的安全性、經濟性和環保性。

1 大口徑管槽爆破開挖施工方法

該方法結合了洞挖掏槽和槽挖鉆爆兩種工藝，具體工藝流程為：沿管槽中心線，在洞壁上按20cm的間距均勻布置空孔作為掏槽孔，而后沿管槽上下輪廓線同樣按20cm的間距均勻布孔，間隔裝藥，采用光面爆破技術。中間空孔作為減震孔，防止隧洞出現塌方、掉石等安全隱患。

1.1 開挖方案比較

洞內管槽爆破開挖與隧洞洞挖、平面槽挖相比，有借鑒，也有明顯區別，具體見下表：

開挖方案對比表

1.2 大口徑管槽爆破開挖的原理

a.參照隧洞開挖自由面形成的原理，在管槽中心線位置布置空孔作為掏槽孔，解決立面槽挖的自由面問題。

b.參照平面槽挖的原理，在管槽上下輪廓線布置兩排光爆孔，根據爆破振動的控制要求，控制一次性開挖長度和炸藥用量。

c.借鑒隧洞洞挖通過不良地質段采用的密孔、小藥量爆破開挖技術，沿上下輪廓線布置空孔，以降低爆破對圍巖的震動。

2 典型工程應用

2.1 工程概況

因城市發展需要，東塢水庫啟動了取水口改造工程，即沿現有放空洞閘門井左壁外，在高程193m、198m、202.5m處設三道1.0m×1.0m插板門，做分層供水取水口。三道取水口后為φ800mm輸水鋼管，三條鋼管在高程190m處接入φ1000mm輸水鋼管，而后沿放空洞左壁穿過隧洞和原供水管道相連。輸水管道在洞內通過擴挖洞壁埋管，全長150米，采用鋼筋混凝土襯，并與原放水洞分隔。取水口結構、供水管平面及結構布置如圖1、圖2所示。

圖1 新增取水口立面 (單位:cm)

圖2 新增供水管洞內結構布置 (單位:cm)

2.2 工程地質條件

放空洞沿線未見大的斷層，但在隧洞進口上游段有F01斷層切割洞線，F01：NW4°，SW∠89°，寬度5～10cm，斷層面光滑，壓碎巖組成，泥質充填。節理裂隙有分布，一般以陡傾角為主，不連續，規模小，延伸長度較短。

2.3 項目難點分析

該項目供水管道布置在已開挖成型的放空洞左側洞壁，管槽開挖尺寸寬×高為1.7m×1.4m，而放空洞最大尺寸僅為4m×4m。原隧洞開挖后，由于圍巖應力重新分布、節理裂隙暴露、圍巖松動等原因，若對洞壁再進行爆破開挖，將面臨較大的技術難度，稍有不慎有可能出現掉塊、塌方甚至冒頂的危險，同時爆破質量也難以控制。如采用常規隧洞的開挖工藝施工，由于臨隧一邊是臨空面，在爆破作業環境上與常規的隧洞開挖有根本不同，管槽與隧洞交界處極有可能出現塌方等現象，不僅影響工程質量，也會出現較大的超挖而增加工程投資，因此要求在工藝上進行創新。

2.4 管槽開挖方案比較及確定

洞內管槽全長約150 m，寬×高為1.7m×1.4m，隧洞為4m×4m城門洞形，圍巖為Ⅱ類。

a.方案一。沿管槽橫斷面鉆孔，按正常隧洞光面爆破開挖工藝鉆爆。優點是有一定的技術積累，工人操作熟練；缺點主要有：?管槽臨隧面上下兩個直角難以控制，或成為不穩定區域，特別是上直角，若控制不當可能導致隧洞出現大面積塌方或更為嚴重的的安全隱患和成本超支；?進尺工效低，鉆孔→裝藥爆破→出渣循環多，不利于快速形成管道安裝條件，影響洞內安全通水。

圖3 方案一 管槽橫斷面開挖 (單位:cm)

b.方案二。沿管槽縱向鉆孔開挖，優點是臨隧洞面上下直角可控，進尺工效高，一次開挖可沿軸線進尺十幾米；缺點是無現有技術規范和案例，需要創新開挖方法。

圖4 方案二 管槽縱斷面開挖 (單位:cm)

經過仔細比較分析和試驗，該項目采用方案二，即沿隧洞縱向開挖管槽，掏槽孔布置在管槽中心線上，孔深1.7m，孔距20cm，為不裝藥的空孔；周邊孔布置在輪廓線上下兩邊，孔深1.5m，孔距20 cm，間隔裝藥，線性裝藥密度200g/m。一次鉆孔裝藥爆破開挖的長度需通過圍巖監測來確定，項目控制在20m范圍內。

3 開挖方案的實現過程

開挖方案實施步驟如圖5所示。

圖5 開挖流程

a.測量放樣：沿洞軸線測出管槽上下輪廓線及周邊孔、掏槽孔的位置，周邊孔位于輪廓線上，掏槽孔位于上下兩排周邊孔中間，要求各孔孔位偏差均不大于±5cm。

b.風、電管線布置于不受開挖影響的管槽對面的洞壁上，高度不小于1.8m，以防止因爆破需再次架立以及施工安全，管線在爆破前移至安全距離以外，爆破結束后再隨工作面延伸。

c.造孔采用YT28型手風鉆，掏槽孔采用直線掏槽，布置在上下兩排光爆孔中間，沿管槽軸線每間隔20cm設一只，孔徑為42mm，掏槽長度超深30cm，與開挖軸線交角約30°；周邊孔沿管槽上下各布置一排，與掏槽孔所用設備及工藝相同，超深10cm，垂直洞壁鉆孔，間距20cm。

d.炸藥采用抗水的乳化炸藥。掏槽孔為空孔，不裝藥；周邊孔裝φ25mm乳化炸藥藥卷，線裝藥密度約為200g/m，不耦合，間隔1孔裝藥，中間空孔作為減震孔，最大單段爆破開挖長度控制在20m以內。

e.起爆：采用半秒雷管微差起爆，上排裝藥光爆孔采用11段非電半秒雷管同時引爆，下排裝藥光爆孔采用13段非電半秒雷管同時引爆。

f.出渣、修整、清理：采用2m3裝載機進洞直接裝渣至棄渣場，開挖一段出渣一段；采用風鎬修整，鐵鍬清理。

4 應用效果評價

a.該技術解決了在洞壁進行大口徑管槽爆破開挖的技術難題，具有創新性。

b.相對于隧洞開挖的常規工藝，每個循環進尺長度僅為2～4m(Ⅰ～Ⅲ類圍巖)，本開挖方案可一次性開挖近20m，工作效率大幅提高。

c.減少了爆破循環次數，在隧洞不間斷導流的情況下，將爆破開挖對隧洞運行的影響降到最低。

d.提高了機械的利用率，減少了避炮次數和時間，加快了施工進度，增加了經濟效益。

e.確保了隧洞的安全，避免了大量掉石，開挖質量能滿足埋管要求。

f.相比重新開挖引水隧洞埋設引水管，縮短了工期，降低了工程造價。

g.不影響現有工程的功能，減少了工程占地，降低了工程布置的難度，更加科學、環保。

5 結 語

與傳統巖石開挖工藝相比，此工藝具有以下特點：

a.在采用鉆密孔、小藥量、間隔裝藥的前提下，可以保證洞壁管槽的安全爆破開挖。

b.具有快速、安全、經濟、環保的特點，特別適用于水庫除險加固、取水管改造等工程，對滿足日益提高的居民用水要求，為老水庫發揮新活力，增添了新的途徑。

展望該技術的發展前景，除了在水利水電工程、市政管網工程中充分發揮技術優勢外，也可以推廣應用于邊坡陡峭的山區道路開挖施工中，通過在巖體內槽挖出通行空間，避免山體大開挖帶來的地質災害和生態破壞，以較小的代價取得較好的經濟和社會效益。