水利水電項(xiàng)目隧洞鉆孔爆破技術(shù)探討

朱國(guó)慶

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410004

隧洞鉆孔爆破技術(shù)在現(xiàn)階段的水利水電工程中較為常見(jiàn)，此種技術(shù)方式水平的高低，不僅會(huì)影響到工程的施工質(zhì)量與施工進(jìn)度，更會(huì)嚴(yán)重威脅水利水電工程的施工安全。因此，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行深入的探討與研究便具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 炮孔種類(lèi)與分布

在進(jìn)行隧洞鉆孔爆破階段，會(huì)涉及平洞開(kāi)挖斷面位置處的炮孔作用。從其分類(lèi)角度分析，炮孔依照應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，可劃分成掏槽孔、崩落孔以及周邊孔等三種。其中，掏槽孔的作用即是通過(guò)在開(kāi)挖斷面中部所設(shè)定的炮孔，來(lái)增加臨空面，以此來(lái)促使爆破效果得以提升。同時(shí)，掏槽孔依照所設(shè)定的形狀，也可將其劃分成不同方向的掏槽孔，如垂直掏槽、斜孔掏槽等。另外，崩落孔的作用，即是對(duì)巖體進(jìn)行爆落，以此為周邊孔的爆破作業(yè)，提供出有利的條件。因此，需要在進(jìn)行炮孔設(shè)定時(shí)，將崩落孔均勻分布于掏槽孔的外圍。在孔洞的設(shè)置角度上分析，炮孔應(yīng)與作業(yè)面呈垂直狀態(tài)，且所設(shè)定的炮孔深度也應(yīng)具有一致性，以此為作業(yè)面的平整度提供技術(shù)保障。此外，周邊孔的作用，則是對(duì)開(kāi)挖輪廓等進(jìn)行有效的控制。通常情況下，周邊孔的設(shè)置應(yīng)處于開(kāi)挖面的周邊范圍之內(nèi)。

在對(duì)炮孔進(jìn)行分類(lèi)闡述后，便要對(duì)其布置情況進(jìn)行嚴(yán)格的位置設(shè)定與分區(qū)，以此確保布孔的準(zhǔn)確性。對(duì)此，應(yīng)在開(kāi)挖前對(duì)爆破孔洞進(jìn)行分區(qū)，確保掏槽孔、崩落孔以及周邊孔所設(shè)定的區(qū)域范圍符合爆破需要。隨后，再對(duì)炮孔的位置進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定（炮孔的常用布置方式如下圖1所示），并由此設(shè)定出鉆爆開(kāi)挖所應(yīng)用到的具體參數(shù)。而在對(duì)炮孔進(jìn)行布置的過(guò)程中，應(yīng)格外注意以下幾方面內(nèi)容：①應(yīng)為鉆孔的便利性來(lái)進(jìn)行相應(yīng)炮孔的設(shè)定，并盡量減少機(jī)械設(shè)備作業(yè)與移動(dòng)的頻率及次數(shù)。②在進(jìn)行炮孔設(shè)定時(shí)，應(yīng)確保其方向與巖層及裂隙面進(jìn)行垂直，以此防止在爆破過(guò)程中出現(xiàn)卡鉆或漏氣等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致爆破效果降低。③在進(jìn)行周邊孔的設(shè)置過(guò)程中，應(yīng)確保孔位在與設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)貼近的同時(shí)，進(jìn)一步考慮到鉆機(jī)作業(yè)空間的設(shè)定。通常情況下，周邊孔應(yīng)與輪廓線(xiàn)之間留存10～20cm的空間，且應(yīng)稍?xún)A斜于周邊。④為有效提升爆破效率，可對(duì)掏槽孔進(jìn)行加深處理。即掏槽孔深度＞崩落孔深度10%～15%。⑤不僅要在作業(yè)面進(jìn)行炮孔的布置，更要在斷面拐角位置進(jìn)行炮孔的設(shè)定，以此便于對(duì)開(kāi)挖輪廓線(xiàn)進(jìn)行控制[1]。

圖1 隧洞炮燈布置方式

2 炮孔數(shù)量與裝藥量

通常情況下，掘進(jìn)作業(yè)面上所設(shè)定的炮孔數(shù)量及裝藥量等，所受到的影響因素眾多。其不僅涉及爆破用炸藥的性能、炮孔設(shè)定的范圍及深度、巖體面層的成分屬性等，更涵蓋爆破過(guò)程中的自由面狀況、作業(yè)面規(guī)格以及填藥的技術(shù)等內(nèi)容。并且，在爆破后所形成的巖渣塊度，也是極為重要的影響因素之一。在進(jìn)行實(shí)際操作中，通常會(huì)應(yīng)用到類(lèi)比法及經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)炮孔數(shù)量及裝藥量等數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。或依照單位耗藥量與所需掘進(jìn)的深度等要素，來(lái)對(duì)實(shí)際炮孔的數(shù)量與間距等，進(jìn)行初步的估算。隨后，通過(guò)實(shí)際工程中所做出的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，再對(duì)炮孔數(shù)量、孔洞種類(lèi)以及炮孔間距等，做出科學(xué)與合理的設(shè)定。

當(dāng)實(shí)施初步計(jì)算環(huán)節(jié)時(shí)，可通過(guò)裝藥量平衡原理，來(lái)對(duì)所需設(shè)置的炮孔數(shù)量進(jìn)行計(jì)算（單次爆破用藥量 ≈ 單次爆破所設(shè)定炮孔的全部用量）。對(duì)于所應(yīng)用到的裝藥量平衡原則，其中的耗藥量是爆破設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵性參數(shù)之一，而各類(lèi)爆破所需的裝藥量，也與單位耗藥量有更為直接的聯(lián)系。由此可知，對(duì)單位耗藥量做出科學(xué)化的設(shè)定，也是對(duì)作業(yè)面進(jìn)尺裝藥量做出核算的關(guān)鍵所在。

單排炮進(jìn)尺總裝藥量對(duì)應(yīng)公式為：

在此公式中，單排炮進(jìn)尺總裝藥量以Q表示，其單位為kg；單位耗藥量以q表示，單位kg/m3；單位進(jìn)尺爆破下巖石的體積以V表示，單位m3；實(shí)際鉆孔深度以L(fǎng)表示，單位m；開(kāi)挖斷面面積以S表示，單位m2；炮孔利用率則以μ表示。通過(guò)該公式可以明確計(jì)算出各個(gè)炮孔的裝藥量。并且，炮孔的深度，也需要考慮到多方面的因素。其不僅涉及開(kāi)挖斷面的規(guī)格與掏槽方式，更包含鉆機(jī)設(shè)備所應(yīng)用到的型號(hào)與掘進(jìn)作業(yè)時(shí)間等因素。其中，若需提升掘進(jìn)速度，一方面可通過(guò)進(jìn)一步加深炮孔深度，另一方面也可通過(guò)對(duì)整體工序時(shí)間的縮減來(lái)促進(jìn)掘進(jìn)速度的提升[2]。

3 隧洞鉆孔爆破循環(huán)作業(yè)

在水利水電工程施工中，當(dāng)遇到地下建筑物時(shí)便可通過(guò)鉆孔爆破技術(shù)確保工程施工的持續(xù)性。此種鉆孔爆破方式所涉及的工序較多，如施工作業(yè)前的準(zhǔn)備工作、孔洞分布設(shè)定以及通風(fēng)、安檢和各類(lèi)管線(xiàn)與運(yùn)輸線(xiàn)路等的設(shè)定等。而為確保施工的連續(xù)性所采用的鉆孔爆破循環(huán)作業(yè)，掘進(jìn)一次的工序組合稱(chēng)為循環(huán)作業(yè)。若將每24h的循環(huán)次數(shù)以整數(shù)次設(shè)定，則通常會(huì)選用2倍次的時(shí)間來(lái)進(jìn)行循環(huán)作業(yè)次數(shù)的設(shè)定，如4h、8h、12h等。其中，若圍巖具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，所應(yīng)用到的機(jī)械設(shè)備等較多，且配備專(zhuān)業(yè)自卸出渣車(chē)進(jìn)行循環(huán)作業(yè)，并盡量選取深孔少循環(huán)模式，以此來(lái)減少在輔助工作中所消耗的工時(shí)。而當(dāng)圍巖的穩(wěn)定性相對(duì)較弱，鉆孔機(jī)械設(shè)備選定為風(fēng)鉆，且僅利用人工裝卸的方式進(jìn)行斗車(chē)的出渣，則應(yīng)在循環(huán)作業(yè)方式的選取上，挑選淺孔多循環(huán)模式來(lái)確保圍巖的穩(wěn)定性。除此之外，循環(huán)進(jìn)尺也是循環(huán)作業(yè)設(shè)定規(guī)劃中的重中之重。在對(duì)循環(huán)進(jìn)尺做出確定的過(guò)程中，一般會(huì)依照圍巖所具備的基礎(chǔ)條件以及鉆孔、出渣等設(shè)備或運(yùn)輸車(chē)輛的實(shí)際情況，來(lái)對(duì)掘進(jìn)深度做出相應(yīng)的判斷與選取。由此也便于裝藥、爆破、出渣以及支護(hù)等作業(yè)工序的有序展開(kāi)。

3.1 鉆爆作業(yè)

對(duì)于平洞掘進(jìn)作業(yè)而言，鉆孔爆破技術(shù)形式是其關(guān)鍵性的應(yīng)用工序。并且，該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)施中的施工質(zhì)量，也將很大程度上對(duì)平洞的開(kāi)挖規(guī)格與安全質(zhì)量等產(chǎn)生直接的影響。對(duì)此，既要確保通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用而為鉆爆設(shè)計(jì)提供質(zhì)量保障，又要明確計(jì)算出作業(yè)所消耗時(shí)間在循環(huán)作業(yè)時(shí)間中的占比。通常情況下，在鉆孔前需對(duì)作業(yè)面進(jìn)行細(xì)致的清理，并對(duì)布孔、布線(xiàn)以及所應(yīng)用到的機(jī)械設(shè)備等做出應(yīng)用前的檢查。直至鉆孔作業(yè)結(jié)束，再對(duì)機(jī)械設(shè)備和孔洞進(jìn)行殘?jiān)c粉塵的清理，并由此依照爆破設(shè)計(jì)實(shí)施裝藥及引線(xiàn)等操作。待檢查結(jié)束并確保人員與設(shè)備等妥善撤離后，再進(jìn)行起爆工作。

3.2 出渣運(yùn)輸

在平洞開(kāi)挖環(huán)節(jié)中，消耗時(shí)間最久、涉及人工最大的工序?yàn)槌鲈c運(yùn)輸工序。通常的出渣運(yùn)輸工序會(huì)達(dá)到循環(huán)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)約1/2的占比。這也使其與鉆孔作業(yè)并稱(chēng)為掘進(jìn)速度的兩大耗時(shí)工序。基于此種情況，便要在進(jìn)行出渣運(yùn)輸環(huán)節(jié)中做到以下方面：①對(duì)所應(yīng)用到的裝卸與運(yùn)輸車(chē)輛進(jìn)行明確的設(shè)定，如規(guī)格、數(shù)量以及損耗程度等。②對(duì)棄渣場(chǎng)地進(jìn)行明確的設(shè)定，并由此制定出自施工現(xiàn)場(chǎng)至棄渣場(chǎng)地的運(yùn)輸路線(xiàn)圖。③為確保施工作業(yè)的質(zhì)量與安全，在明確施工組織措施的基礎(chǔ)上，更要由此制定出確保施工安全運(yùn)行的應(yīng)急措施與應(yīng)急預(yù)案。

3.3 臨時(shí)支護(hù)

在對(duì)洞室實(shí)施開(kāi)挖作業(yè)后，所涉及的圍巖等也將處于全新的應(yīng)力模式，這就導(dǎo)致所涉及的圍巖穩(wěn)定性出現(xiàn)變化。若圍巖穩(wěn)定性偏弱，則洞室在很大程度上會(huì)出現(xiàn)巖體松動(dòng)或坍塌等情況的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故的生成。因此，在此環(huán)節(jié)中，應(yīng)依照多種因素（斷面、地層、方式），來(lái)進(jìn)行洞室的臨時(shí)性支護(hù)。而由于所起到的支護(hù)效果與程度不同，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的方式也可做出多樣式的選擇，如架構(gòu)式支護(hù)和錨噴支護(hù)等。其中，噴射混凝土結(jié)合錨桿支護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)臨時(shí)性與長(zhǎng)久性支護(hù)，這也是較為常見(jiàn)也是施工中優(yōu)先選取的一種支護(hù)技術(shù)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，水利水電工程隨城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)而持續(xù)增多，這也在很大程度上促使隧洞鉆孔爆破方式得到了更為廣泛且深入的應(yīng)用。而由于此項(xiàng)施工技術(shù)所具有的技術(shù)程度較高，使得其在施工時(shí)需要做好精細(xì)的前期安排、中期保護(hù)以及后期檢查，這也是有效提升隧洞鉆孔爆破技術(shù)施工質(zhì)量與施工安全的重要舉措。唯有如此，才能促使水利水電工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)得到進(jìn)一步的提升，也才能為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與騰飛做出技術(shù)上的支持與貢獻(xiàn)。