光面爆破法在那佳—南慶隧洞工程中的應用

黃天炎，呂冠成，蔡思遠

（崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200）

1 工程概況

那佳—南慶隧洞位于馱英水庫灌區總干渠末端，設計引水流量為16.75 m3/s，總干渠單項工程包括明渠、隧洞、水閘、暗涵等建筑物。其中，明渠段長287 m，隧洞長12 975 m，暗涵長178 m，分兩個標段施工，Ⅰ標段工程為那佳—南慶隧洞前端，長7.87 km（樁號0+000～7+870），隧洞洞身混凝土澆筑后隧洞斷面寬3.5 m，高4.3 m，縱坡為1/2000。

Ⅰ標段隧洞工程主要有引水隧洞（長7870 m）和進口明渠（長287 m），隧洞均采用城門洞型斷面。根據圍巖條件，一期支護采用系統（隨機）錨桿+錨噴+鋼拱架，二期支護采用鋼筋混凝土襯砌。

2 開挖方案選取

Ⅰ標段掘進方式見圖1。

圖1 Ⅰ標段掘進示意圖

隧洞洞身采用全斷面爆破開挖方式，遵循“短進尺、多循環”原則，采用光面爆破隧洞輪廓線一次成型。

崠橋、崠樣支洞開挖至主洞時，展開兩個工作面，開始時上下游兩個方向均采用爆破施工各60 m，保證120 m的安全距離，然后往下游方向采用掘進機洞挖，往上游方向繼續采用爆破施工。

3 隧洞Ⅳ類圍巖光面爆破方案設計

光面爆破參數選擇與隧洞所在的地質圍巖穩定性有關，與爆破物品的性能有關；同時還與選用的裝藥結構和起爆方法、開挖斷面的形狀和尺寸有關，爆破參數的確定是控制光面效果的關鍵，施工中根據不同圍巖情況確定各次的爆破參數分別進行試爆，再結合現場實際情況進行適當調整優化，以達到最佳的爆破效果。

Ⅰ本標段隧洞主要為Ⅳ類圍巖，所以實驗對像是針對IV類圍巖進行，擬選擇那佳主洞進行試驗。

3.1 爆破器材品種選用

炸藥選用2#巖石乳化炸藥，規格為Φ32 mm×300 g、Φ25 mm×210 g，導爆索，規格為50 m／卷；雷管選用這毫秒延期導爆索雷管。

3.2 鉆孔設備和孔徑

鉆孔設備擬采用8 臺YT-28 型氣腿式鑿巖機，13 m3電動空壓機4 臺。炮孔直徑D=λΦ，其中λ 為不偶合系數，Φ為藥卷直徑。選用較小不偶合系數λ＝1.2，則D=1.2×32 mm=38.4 mm，因此炮孔直徑選用40 mm。

3.3 掏槽形式和參數

洞挖爆破中掏槽效果的好壞直接影響洞挖的效果，因此，作業時空眼與裝藥眼底距必須控制好，本工程斷面較小（4.3 m×5.8 m），爆破段圍巖硬度大，擬采用平行空孔直線桶形掏槽方式，孔數8 個，這種掏槽方式具有操作簡單，掏槽眼數量少的優點，適宜于小斷面爆破。桶形掏槽示意圖見圖2。

圖2 桶形掏槽示意圖

掏槽孔與空孔中心距取90～100 mm，掏槽孔布置在掌子面中心偏下200 mm 處，以減小底部炮孔爆破的阻力，掏槽眼應比其他炮眼加深200 mm，裝藥量比輔助孔多10%～20%。

3.4 周邊孔和底孔參數

周邊孔距洞身輪廓線取100 mm，向外稍斜（2°～3°），孔底超出輪廓線100～250 mm。在硬巖層中，周邊孔的孔口在斷面設計輪廓線上，孔底超出輪廓線小于100 mm；在軟巖中，周邊孔的孔口在斷面設計輪廓線內小于80 mm，孔底落在輪廓線上。炮孔眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5 cm。

底孔間距取小值，底眼在距底線50 mm 處開口，稍向下傾斜。

3.5 起爆網絡

起爆順序：掏槽孔→輔助孔→周邊孔（包含光爆孔）→底孔。

起爆網絡采用非電導爆管并簇聯方式，使用FB-500型起爆器擊發激發針引爆導爆索，從而起爆雷管，最后引爆炸藥（見圖3）。

圖3 起爆網絡圖

3.6 裝藥結構

掏槽眼裝填Φ32 mm 的藥卷，采用連續裝藥結構，堵塞長度500 mm；周邊光爆眼裝Φ25 mm 的藥卷，采用軸向不藕合裝藥結構，由導爆索串聯聯結起爆，堵塞長度400 mm；輔助眼和底眼裝填Φ320 mm 的藥卷，采用連續裝藥結構，堵塞長度400 mm。起爆藥包靜力壓實，其余滿包加力捅實，消除藥包的孔徑間隙，保證藥包傳爆效果。

3.7 炮眼數量

炮眼數目的多少直接影響每一循環鑿巖工作量、爆破效果、循環進尺、隧洞成型的好壞以及爆碴塊度的大小。暫按下式計算炮眼數目，在施工中，需根據具體情況再作調整，以達到最佳爆破效果。

炮眼數目N，可參考下式計算：

式中：q 為炸藥單耗量，kg/m3；s 為開挖面積，m2；r 為每米長度炸藥的重量，乳化炸藥r=0.78 kg/m；η為炮眼裝藥系數，取η=0.67。

經計算，各類圍巖相應斷面炮眼數目見表1。

圍巖類別Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類設計炮眼個數60 74 72設計炸藥單耗/（kg/m3）1.25 1.15 1.0斷面面積/m217.91 22.30 22.97計算炮眼個數42 49 44周邊孔17 24 27空孔111

3.8 每個炮眼裝藥量

炮眼裝藥量可參考下式進行計算：

式中：Q為炮眼裝藥量，kg；η為炮眼裝藥系數，掏槽眼取η=0.8，輔助眼取0.5～0.8；L為眼深，掏槽眼3.0 m，輔助眼2.8 m；r為每米長度炸藥量，r=0.78 kg/m。

掏槽眼裝藥量計算值為1.87 kg，取1.8 kg；輔助眼裝藥量計算值為1.31 kg，取1.3 kg。在施工中，根據具體情況再作調整，以達到最佳爆破效果。

3.9 光面爆破參數

初擬如下爆破參數（見表2），在實際施工中應按照選定的參數總結每次爆破效果，測量半孔率和輪廓不平整度，不斷優化調整光爆參數。

周邊孔間距a=（15～10）D=（15～10）×40 mm=600～400 mm；

密集系數m=a/W=0.65～1.0；

最小抵抗線W=600～400 mm。

巖石堅固系數f 4～6 6～10不偶合系數k 1.6～1.8 1.4～1.6裝藥量Q/（g/m）100～200 150～250炮孔間距a/cm 0.60～0.50 0.65～0.55最小抵抗線W/m 0.55～0.45 0.55～0.45

4 隧洞Ⅳ類圍巖爆破參數設計

4.1 炮孔布置

Ⅳ類圍巖占主洞總長度的96%，共7570 m，為C型斷面，開挖斷面尺寸為：4.6 m×5.25 m。

輔助孔距掏槽孔0.6 m，輔助孔間距0.7 m，周邊孔間距0.5 m，底孔間距0.6 m。輔助孔33 個，周邊孔24 個、底孔9 個，加上空孔與掏槽孔9 個，炮孔總數設計為75個（見圖4）。

圖4 炮孔布置圖

4.2 鉆孔深度

Ⅳ類泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、青灰色砂巖，巖體完整性一般，微風化。根據以往同類地質條件的施工經驗，取定掏槽眼深度為3.0 m，輔助孔眼深度為2.8 m，周邊孔深度為2.8 m，底孔深度為2.8 m。爆破施工參數見表3。

炮孔名稱空孔掏槽孔輔助孔底孔周邊孔（光面）合計孔數/個 1 8 3孔深/mm 3000每節炸藥重量/kg 0.000每節長度/m 0.00總裝節數0.00單孔裝藥量/kg 0.00總裝藥量/kg 0.00藥卷直徑/mm 0 3000 0.300 0.33 6.00 1.80 14.40 32 3 9 24 2800 0.300 0.33 5.00 1.50 48.00 32 2800 0.300 0.33 5.00 1.50 13.50 32 2800 0.210 0.33 4.00 0.84 20.16 25 75 96.06

4.3 爆破炸藥使用量

綜上計算可知，在全斷面每次爆破進尺2.5 m的情況下，每個工作面一次爆破循環藥量取96.06 kg，循環方量55.57 m3。

5 光面爆破效果評價

那佳—南慶隧洞Ⅰ標Ⅳ類圍巖采用以上爆破設計進行施工，并對孔位布置、裝藥質量、起爆網路連接、起爆進行了嚴格的監督。根據爆破效果逐步調整和優化相關爆破參數后再進行反復試驗，使得光面爆破后開挖面成型良好。