一次爆破成型技術在大斷面洞室開挖中的應用

郭磊強 白崗崗

摘 要：目前，部分大斷面洞室開挖工程進度較慢，安全性較差，造成施工成本高、效益低等問題。因此，筆者提出了一種基于一次性爆破成型技術的大斷面洞室開挖技術。本文以陜西省東莊水利樞紐工程導流洞I標段為工程案例，分析開挖爆破過程及成果，確定了預裂爆破的設計方案，包括爆破參數、爆破布孔圖、爆破聯網圖及裝藥結構等。試驗結果表明，設計的施工爆破方案有效地提升了大斷面隧道的開挖質量，開挖爆破后，半孔率超過90%，兩個循環之間的臺階小于5 cm，平整度控制在±10 cm之內，混凝土的澆筑用量大幅度降低，投資成本也因此減少。該技術應用于大斷面洞室開挖，不僅提高了經濟效益，而且可以實現在安全施工的前提下加快施工進度，為現場爆破施工提供技術依據。

關鍵詞：大型斷面洞室;預裂爆破;一次成型;爆破設計

中圖分類號：TV542;TV554 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）26-0092-03

Abstract： At present， some large-section cavern excavation projects are progressing slowly and the safety is poor， causing problems such as high construction costs and low benefits. Therefore， the author proposed a large-section cavern excavation technology based on one-time blasting forming technology. This paper took the I bid section of the diversion tunnel of Dongzhuang Water Conservancy Project in Shaanxi Province as an engineering case， analyzed the excavation and blasting process and results， and determined the design plan of pre-split blasting， including blasting parameters， blasting hole layout diagram， blasting network diagram and charge structure， etc. The test results show that the designed construction blasting scheme has effectively improved the excavation quality of large-section tunnels， after excavation and blasting， the half-hole rate exceeds 90%， the step between the two cycles is less than 5 cm， and the flatness is controlled within ±10 cm， the amount of concrete pouring is greatly reduced， thus the investment cost is reduced. The application of this technology to large-section cavern excavation not only improves economic benefits， but also accelerates the construction progress under the premise of safe construction， providing a technical basis for on-site blasting construction.

Keywords： large section cavern;pre-split blasting;one-time forming;blasting design

隨著現代工程技術的發展，爆破技術在洞室開挖等方面運用越發熟練[1]。對于大斷面洞室，目前采用的開挖方式大多為分部開挖[2]。但是，該方法存在工程進度較慢、分部開挖引起邊坡不穩定導致滑坡而不能及時支護等問題，從而直接或間接地造成施工成本較高，效益較低。近年來，預裂爆破技術在開挖施工中被廣泛應用[3]。因此，為保障大型斷面開挖安全和質量，加快工程施工進度，提高工程效益，本文結合工程實際，采用一次性爆破成型技術，對陜西省東莊水利樞紐工程導流洞I標段中層進行開挖研究，合理設計爆破方案，為類似工程提供技術參考。

1 工程概況

東莊水利樞紐工程位于陜西省咸陽市禮泉縣叱干鎮與淳化縣車塢鄉交界的仲山森林公園內。導流洞進口位于壩址上游約300 m處的涇河右岸，出口位于壩址下游約600 m處的涇河右岸，導流標準10年一遇洪水流量為5 300 m3/s，導流洞施工子圍堰標準3年一遇洪水流量為1 960 m3/s。導流洞施工I標洞身長度為460 m，埋深為20～202 m，圍巖為中厚層和巨厚層灰巖，巖體整體較完善，巖石強度較高，地應力水平不高。導流洞工程開挖斷面尺寸為22.4 m×24.2 m，其中中層開挖尺寸為22.4 m×10.0 m。導流洞中層一次開挖方量為2 240 m3左右。

爆區300 m范圍內存在工地用電變壓站、隧道供風系統設備、砂石系統及混凝土拌合系統、工地生活區、110 kV高壓線（塔）、在建導流洞進口及施工支洞進口工作面、工地用10 kV供電線路等建（構）筑物、其他設施與設備。導流洞開挖周圍地形比較復雜，布置難度大。

2 爆破設計

本次所要爆破的東莊導流洞洞身段屬地下洞室石方控制爆破。中層爆破點最高點相對高度為10.0 m，寬度為10.0 m，深度為10.0 m，爆破工程量2 240 m3。為提高工作效率，該段采用潛孔鉆機鉆孔，鉆孔直徑為90 mm。

2.1 爆破參數

孔徑D=90 mm;臺階高度H=10.0 m，臺階寬度為10.0 m;垂直預裂孔的孔深L=10.0 m（根據以往此段的工程經驗，超鉆取1.5 m）;對于前排抵抗線，考慮到鉆機作業的安全及掌子面的實際情況，取W=2.0 m;孔距a=3 m;排距b=2.0 m，因臺階寬度為10.0 m，所以每層臺階布置五排炮孔;布孔形式為梅花形布孔。

填堵長度L2和填塞質量十分重要，不可忽視。若選值過大，則使炮孔裝藥量減少，不僅浪費鉆孔工程量，并且會產生大塊，增加二次破碎的消耗，加大成本，降低效益。若選值過小或填堵不密實，會產生“沖炮”，不僅浪費了炸藥能量，而且會產生大塊，增大個別飛石距離，影響安全。

根據以往經驗，在保證填塞質量的條件下，填塞長度不小于30D時孔口不會產生爆破飛石。該工程爆破填塞長度不小于3.0 m，爆破參數如表1所示。

2.2 爆破布孔

此次導流洞大型斷面爆破采用預裂爆破，預裂孔間距為1.0 m，施工預裂間距為1.5 m。為保證預裂孔與爆破孔之間平緩過渡，緩沖孔間排距為1.8 m×1.2 m，爆破孔間排距為3.0 m×2.0 m，爆破布孔如圖1所示。

2.3 爆破聯網圖

起爆網路采用深孔微差控制爆破技術，一次爆破到路基設計所要求的高程。本次爆破技術采用孔內延時、孔外爆破形式的非電導爆管毫秒微差控制起爆網絡技術。這種網絡設計及現場敷設有較高的技術要求，但此項技術是成熟、可靠的，在國內爆破工程中已廣泛應用。在設計和施工中，爆破工程技術人員和爆破員掌握這種網路技術也是不難的。

為滿足本次爆破，孔內起爆一律用雙發MS15段毫秒導爆管雷管（延時880 ms），排間一律采用雙發MS5段毫秒導爆管雷管，孔間傳爆延時一律用MS2或MS3段毫秒導爆管雷管，如圖2所示。

2.4 裝藥結構

裝藥結構既可以分為不耦合裝藥和耦合裝藥，又可以分為連續裝藥和間隔裝藥。本工程開挖爆破采用不耦合裝藥結構，藥卷采用規格為[Φ]32 mm和[Φ]70 mm的乳化炸藥，裝藥結構如圖3所示。

3 結語

相對于傳統的大斷面洞室分部開挖方法，本工程采用預裂爆破一次成型開挖技術，大大降低了因分部開挖而造成的不穩定邊坡滑坡、滾石等風險，并在保證開挖進度的同時，可以確保支護緊跟開挖，避免了因支護不及時造成的塌方、落石等安全問題。此技術有效地控制了大斷面隧道的開挖質量，開挖爆破后，半孔率超過90%，兩個循環之間的臺階小于5 cm，預裂斷面超欠挖控制在±8 cm，平整度控制在±10 cm，該方法可為大斷面洞室爆破開挖提供有效借鑒。

參考文獻：

[1]胡立劍.龍潭水電站工程砂石料場爆破開挖技術研究[J].河南科技，2019（34）：90-91.

[2]王忠康，顧曉薇，謝乾坤，等.地下水封石油儲庫硬巖大斷面控制爆破[J].中國礦業，2020（2）：138-142.

[3]梁炳金.深孔預裂爆破在邊坡成型工程中的應用[J].科技風，2019（9）：148.