輸供水工程隧洞爆破技術分析

孟令謙

（遼寧省水資源管理集團,遼寧 沈陽 110000）

1 前言

遼寧省鐵嶺市某在建供水隧洞工程，其輸水隧洞全部采用鉆爆法施工。本段線路地面高程范圍為185 m～385 m，地表形態(tài)為中低山區(qū)和河谷區(qū)兩類；隧洞穿越的地層主要有新生界、早白奎系及太古代侵入巖，地層巖性以石英巖、花崗巖、閃長巖為主。

2 鉆爆設計

為降低爆破振動及飛石對周圍建筑物、人員、設施及重要設施的危害，技術上要控制好震動、飛石、震動波、諧波、粉塵等毒害現(xiàn)象。結合實際環(huán)境和建設要求，主線隧道根據(jù)圍巖級別、埋深情況和地表地質(zhì)條件決定采用全斷面配合臺階法開挖。

2.1 爆破方案

此次施工方案采用光面爆破，以控制爆破為核心，拋擲爆破為輔，盡可能減輕對圍巖的擾動，維護圍巖自身穩(wěn)定,達到良好的輪廓成形。

2.2 爆破器材選用

（1）炸藥

炸藥品種與炸藥的爆破震動速度有直接影響。根據(jù)本工程地質(zhì)、水文條件及施工環(huán)境，選用防水效果好的乳化炸藥，詳細規(guī)格見表1。

表1 乳化炸藥規(guī)格選用表

（2）雷管

為防止前后段震動波的疊加，要使每段雷管的起爆時差適當加大，并在實際施工中根據(jù)試爆效果逐步調(diào)整段別，嚴格控制單段最大一次起爆量及起爆時差，達到降震的目的[1]。本工程選用雷管詳細參數(shù)見表2。

表2 雷管規(guī)格選用表

2.3 光面爆破參數(shù)選定

2.3.1 掏槽設計

掏槽眼采用楔型掏槽形式，見圖1。

圖1 楔型掏槽形式

2.3.2 爆破設計

①周邊眼參數(shù)：間距E=（8～15）d（d為炮眼直徑，cm）；抵抗線W=（1.2～1.5）E，cm。

②炮眼裝藥量：Q=K·a·W·L·λ

式中：Q為單眼裝藥量；K為比裝藥系數(shù)，取0.47～0.61；a為炮眼間距；W為炮眼爆破方向的抵抗線；L為炮眼深度；λ為炮眼所在部位系數(shù)，可參考表3選取。

表3 炮眼部位系數(shù)表

③炮孔深度

根據(jù)最大裝藥量確定循環(huán)進尺Lo，取炮孔深度L=1.1×Lo。

④最大段發(fā)裝藥量：

式中：Q為最大段發(fā)裝藥量；V為爆破引起的震速，此處取2 cm/s；R為爆破安全距離，取最小50 m；K為爆破系數(shù)，取150；α為地形綜合系數(shù)，1.50。

2.4 裝藥與封堵

裝藥：連續(xù)裝藥。

封堵：巖土、碎石封堵，長度不小于最小抵抗線。

圖2 爆孔裝藥結構示意圖

2.5 起爆順序

全斷面并聯(lián)、串聯(lián)聯(lián)合起爆，分區(qū)分段，先起爆掏槽眼、再起爆輔助眼、最后起爆周邊眼和底板眼。

2.6 鉆爆作業(yè)

2.6.1 測量放樣布眼

設置控制點，以便檢查開挖斷面尺寸及形狀。其中：拱頂設置中線控制點，直線段10 m/個,水平施工控制點10 m/個,距開挖面每50 m埋設一個中線樁，臨時水準點100 m/個。

鉆孔之前確定開挖斷面中線及水平線，準確描繪出開挖斷面輪廓線，并標出炮孔位置，檢查合格后鉆眼。

2.6.2 開孔鉆眼

使用YT28 氣腿式鑿巖機開孔，確保其軸線與主洞軸線平行。其中，掏槽孔和周邊孔鉆眼[2]精度要求較高，開孔誤差應控制在5 cm以內(nèi)。開孔之前嚴格履行施工交底，熟悉炮眼布置圖，每一名鉆工能熟練操作鉆機，根據(jù)孔位分布，使鉆工定點定位，尤其是周邊孔，須在專人指揮下進行，確保周邊孔有準確的外插角，使兩茬炮交界處臺階不大于15 cm。嚴格控制鉆孔角度、深度、密度、間距，根據(jù)炮孔處巖石的凹凸程度調(diào)整其深度，使孔底處于同一平面。檢查合格后清孔。

2.6.3 裝藥

裝藥分片分組、自上而下進行，雷管安裝位置須準確，所有炮孔均以炮泥堵塞，炮孔封堵應滿足規(guī)范要求。

2.6.4 起爆網(wǎng)路

本工程采用復式網(wǎng)路起爆[3]。各孔雷管連接次數(shù)相同；引爆雷管用黑膠布包扎在離一簇導爆索自由端10 cm以上處。

2.6.5 起爆

起爆前非起爆人員應撤離。起爆后，如有盲炮，須專門處理，并及時檢查光爆效果，以適當調(diào)整爆破設計參數(shù)。導爆管布置見圖3。

圖3 導爆管布置圖

2.6.6 爆破效果監(jiān)測

檢查項目主要有：斷面周邊超欠挖檢查；開挖輪廓圓順度，開挖面平整檢查；爆破進尺是否達到爆破設計要求；爆出石碴塊是否適合裝碴要求；炮孔痕跡保存率，硬巖≥80%，中硬巖≥70%，并在開挖輪廓面上均勻分布；兩次爆破銜接臺階不大于10 cm。

2.6.7 爆破設計優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)場巖層情況，修正孔距用藥量；根據(jù)石碴塊大小優(yōu)化裝藥參數(shù)；根據(jù)開挖面凹凸情況優(yōu)化[4]開孔深度，以提高整體爆破及施工效率。

2.7 爆破施工動態(tài)管理

2.7.1 薩道夫斯基公式

由于爆破多種因素的影響，影響爆破震動強度的因素較多，一般將場地系數(shù)加入到速度、藥量及距離的關系中綜合考慮，其大小用薩道夫斯基公式表達：

式中：Q為單段爆破炸藥量；R為測點至爆源的距離；V 為地震安全振動速度；K、α為衰減指數(shù)。K、α取值見表4。

表4 不同巖性的K、a值推薦表

2.7.2 Q、K、α動態(tài)調(diào)整

開挖時，因高程放大效應及地質(zhì)結構的影響，根據(jù)埋深與地質(zhì)結構不同，K、α值均在變化。因此施工時要在不同區(qū)段對K、α值進行動態(tài)調(diào)整。

爆破時，首先應以低指標進行試炮，通過檢測保護目標處震動值V，根據(jù)保護目標到爆源距離R，確定保護目標處的K、α值，然后以此K、α值及V安確定最大裝藥量Qmax，由此Qmax確定最大循環(huán)進尺。爆破動態(tài)管理流程見圖4。

圖4 爆破動態(tài)管理流程圖

在重要構筑物及管線施工時，尤其要加強震動速度V的檢測，以取得本地段準確的K、α值，確保施工安全。

2.8 爆破震動

根據(jù)規(guī)定[4]，爆破震動安全距離可按下式計算：

式中：[ν]為爆破震動安全允許質(zhì)點震動速度峰值：Qmax為爆破單響最大炸藥量。為滿足爆破震動安全標準要求[4]，對周邊磚混結構房屋震速需控制在2.0 cm/s以內(nèi)[5],可按下式進行驗算震速是否符合要求：

式中：Qm為最大一段允許用藥量；Vk為震動安全速度；R為爆源中心至震速控制點的距離；K為取保守值200；α為取保守值1.7。

當R=10 m時，Qm=0.55 kg；當R=30 m，Qm=5.2 kg；當R=50 m，Qm=24 kg。

通過計算可知，爆破最大段允許裝藥量受爆源中心到振速控制點的最短距離影響很大[6]，在施工中應通過縮短循環(huán)進尺、增加分段段別、采用多次爆破等方式，及時調(diào)整最大段允許裝藥量，同時根據(jù)對振速控制點的振動監(jiān)測結果及實際爆破效果，及時調(diào)整爆破參數(shù)，從而指導施工。

3 結論

根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)情況，爆破開挖前，其循環(huán)進尺、鉆研機具、開孔后按炮眼布置、裝藥量、周邊眼施工等應進行專業(yè)設計。利用先進的測量儀器進行控制測量、施工測量和圍巖量測，隨時掌握隧道的變形趨勢，及時進行爆破動態(tài)管理與優(yōu)化，對確保隧道開挖輪廓線平順、防止超挖欠挖、控制爆破引起的振動等負面效應，有良好的預防及控制作用。