某水庫泄洪洞工程光面爆破施工技術

焦成院

（莊浪縣水務局， 甘肅 平涼 744600）

1 工程概況

1.1 工程簡介

梁河水庫位于莊浪縣北洛河支流南河上，工程主要由擋水壩、泄洪建筑物、輸水管及上壩管理道路組成。從左向右依次為上壩管理道路、均質土壩、豎井式溢洪及泄洪兼導流洞，輸水管設于泄洪洞底板以下。豎井式溢洪及泄洪兼導流洞共用同一泄洪隧洞，泄洪洞為城門形無壓隧洞，位于大壩右岸，隧洞長346m，凈斷面尺寸為洞寬3.6m，洞高 4.6m，縱坡為 1/11.5。掘進開挖斷面：寬4.64m，直墻高3.35m，拱高2.35m，平均開挖斷面面積24.21m2。

1.2 工程地質情況

根據工程地質勘探及剖面測繪圖，線路通過的主要地層巖性為洞身巖性為白堊系上統砂巖、砂礫巖夾泥質砂巖，總體分為三段：

漸變段及隧洞進口加強段：樁號0+068.0～0+108.6m，長40.6m，洞頂以上基巖厚 13～44m。洞室巖性為白堊系上統砂巖、砂礫巖夾泥質砂巖，產狀 NW290～295°NE∠10～15°，巖體強度較低，屬較軟巖。毛洞開挖后成洞條件差，圍巖難于自穩，極易坍塌變形，圍巖極不穩定，圍巖類別屬Ⅴ類。

洞身段：樁號0+108.6～0+350.0m，長241.4 m，洞身巖性為白堊系上統砂巖、砂礫巖夾泥質砂巖，產狀 NW290～295°NE∠10～15°，與洞線夾角 81～86°，傾向洞進口，巖體強度較低，屬較軟巖，洞頂以上基巖厚 12～45m。毛洞自穩時間很短，易塌落、掉塊，洞室圍巖不穩定，屬Ⅳ類圍巖[1-3]。

隧洞出口加強段：樁號0+350.0～0+414.3m，長64.3 m，洞頂以上基巖厚 10～12m。洞室巖性為白堊系上統砂巖、砂礫巖夾泥質砂巖，產狀 NW290～295°NE∠10～15°，傾向洞進口，巖體強度較低，屬較軟巖。毛洞開挖后成洞條件差，圍巖難于自穩，極易坍塌變形，圍巖極不穩定，圍巖類別屬Ⅴ類。

2 隧洞開挖方法

根據本工程特點，隧洞施工嚴格按“新奧法”組織實施，主要采用手持式風鉆與氣腿式風鉆相結 合進行鉆孔。全斷面開挖。光面爆破法施工，普通毫秒導爆管起爆，非電毫秒導爆管起爆器引爆．開挖循環進尺控制在1.5m～2.0m以內，14KW軸流式通風機通風。裝載機裝石渣，10t 出渣自卸汽車運輸[4-5]。

2.1 設計方案選擇

掏槽形式的選擇：根據每一循環的進尺要求，采用直掏槽形式（即桶形掏槽）

爆破器材的選擇：由于本工程無大量裂隙水滲透及其他潮濕有水現象，所以選用2#巖石乳化炸藥，雷管選用普通毫秒導爆雷管。

起爆網路選擇：選擇串并聯起爆網路。

裝藥結構：掏槽孔和輔助孔采用連續不耦合裝藥結構，周邊孔及底孔采用不耦合裝藥結構，并采用人工裝藥法。

施工方法：采用風動鑿巖機鉆孔，機械挖裝出渣。

鉆鑿設備選擇：選擇氣腿式風動鑿巖機，型號為YT28，氣腿型號為FT160BC/BD。

施工流程：按照施工現場條件作出施工方案——進行爆破方案設計——申請報批——施工準備——現場施工測量放線——布孔——成孔檢查——裝藥——堵塞——防護——警戒——敷設網路——起爆——檢查——解除警戒——效果分析。

2.2 爆破參數的選擇與計算：

先用相似工程類比法初選爆破參數，然后根據實際開挖時現場的試驗來調整有關爆破參數。

炮孔直徑的確定：炮孔直徑的大小直接影響鉆孔速度、工作面炮孔數量、單位炸藥消耗量、爆落巖石塊大小以及隧洞輪廓的平整度，炮孔直徑增大，意味著藥卷直徑增加，有利于爆破穩定性的提高，爆速增大，但炮孔直徑過大，不僅降低鉆速，而且因炮孔數量減少而影響藥量均勻分布，使巖石破碎質量變差，因而炮孔直徑φ=38～42mm，在此取φ=40mm。

炮孔深度的確定：炮孔深度的大小，不僅影響著掘進工序的工作量和完成各工序的時間，而且影響爆破效果和掘進速度，它是決定掘進循環次數的主要因素。為了實現快速掘進，在提高機械化程度、改善循環技術和改進工作組織的前提下，應力求加大孔深并增加循環次數。根據試驗，選孔深為1.8m，炮孔利用率達到80%，每一循環進尺達到1.5m以上。

單位巖體炸藥消耗量計算：單位巖體炸藥消耗量的大小取決于炸藥性能、巖石性質、隧洞斷面、炮孔直徑及炮孔深度等因素。本工程隧洞開挖斷面面積在20～35m2，可根據修正的普氏公式計算：

式中q—巖石單位耗藥量（kg/m3）；

k—考慮炸藥爆力的校正系數，k=525/p，p為爆力，經查p取260ml；

f—普氏巖石堅固系數，f=6；

s—隧洞斷面面積（m2）；開挖斷面平均按s=24.21 m2，可得：

（4）開挖斷面的鉆孔數量：炮孔數量與掘進斷面、巖石性質、炮孔直徑、炮孔深度及炸藥性能等因素有關，確定炮孔數量的基本原則是在保證爆破效果的前提下，盡可能的減少炮孔數量。可按下式計算:

式中：N—開挖斷面的鉆孔數量；

f—普氏巖石堅固系數，f=6

S—隧洞斷面面積（m2）；開挖斷面平均按s=24.21 m2，可得：

（5）掏槽孔：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=L1+h，h為掏槽眼超鉆深度h=(10～30)cm，在此取h=0.2m，故掏槽眼炮孔深度L=1.8m。

③炮孔間距a的確定：根據a=(0.1～0.4)m，在此取a=0.4m。

④單孔裝藥量Q1的計算：

Q1=αLG/H 式中

Q1——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.65；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.65×1.8×0.15/0.2=0.877kg。

（6）輔助孔的參數計算：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=1.9m。

③炮孔間距a的確定：根據a=(0.4～0.8)m，在此取a=0.4m。

④炮孔排距b的確定：根據a=(0.7～0.9)m，在此取a=0.7m。

⑤單孔裝藥量Q2的計算：

Q2=αLG/H 式中

Q2——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.55；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.55×1.8×0.15/0.2=0.742kg。

（7）頂孔與側孔的參數計算：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=1.9m。

③炮孔間距a的確定：根據a=(0.4～0.8)m，在此取a=0.43m。

④邊眼與輔助眼距離w的確定：根據炮孔密度系數a/w≤0.8，所以在此取w=0.6m。

⑤單孔裝藥量Q3的計算：

Q3=αLG/H 式中

Q3——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.60；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.60×1.8×0.15/0.2=0.742kg。

又根據Q3=（0.4～0.6）q1，所以Q3=0.4×1.12=0.45kg。

（8）底孔的參數計算：

①炮孔直徑取φ=40mm。

②炮孔深度L=L1+h，(h為底板眼超鉆深度，在此取h=0.2m)，故底孔深度L=1.8+0.2=2.0m。

③邊眼與輔助眼距離w的確定：根據炮孔密度系數a/w≤0.8，所以在此取w=0.6m。

④單孔裝藥量Q4的計算：

Q4=αLG/H 式中

Q4——單孔裝藥量（kg）；

α——平均裝藥系數，一般取α=0.5～0.7，這里取α=0.60；

G——藥卷重量，在此2#巖石炸藥每卷重0.15kg；

H——藥卷長度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.60×1.8×0.15/0.2=0.81kg。

（9）總裝藥量Q的計算：

Q=Vq 式中

Q——總裝藥量（kg）

V——每循環總體積（m3）

Q——單位體積裝藥量（kg/m3）

Q=24.21×1.8×1.11=48.37kg

（10）裝藥結構

Ⅳ、Ⅴ類圍巖掏槽眼及輔助眼均采用連續裝藥方式，周邊眼及地板眼采用間隔裝藥方式。

3 施工工藝

3.1 施工準備

①人員機械設備全部到位；

②現場放線測量并做好記錄，固定炮孔位置，用紅漆標明序號做好記錄。

3.2 布孔

專業施工人員按設計的孔網參數現場布孔，確定斷面的中線與腰線，采用的布孔方法是：先布掏槽孔和空眼，再布設周邊孔，最后布設輔助孔。

3.3 鉆孔

按照設計要求的孔位、孔深進行，本工程采用2臺YT-28氣腿式風鉆同時鉆孔，嚴格控制孔的位置及斜度。成孔后要進行檢測驗收并做好記錄。

3.4 裝藥

鉆孔完成后，經檢查深度、斜度符合設計要求后，便開始裝藥，本工程采用人工裝藥，嚴格控制單孔裝藥量，裝藥時，先用炮棍輕輕送入裝有雷管的藥卷，然后依次裝入其他藥卷，單孔總裝藥長不大于孔深的2/3。

3.5 堵塞

每個孔裝藥完成后用炮泥封堵，堵塞材料選用黃土泥，堵塞長度不小于抵抗線。

3.6 爆破

當裝藥全部完成后，再進行檢查每孔每段位準確無誤后，將各普通毫秒導爆管雷管捆綁連接，設備、人員撤離到安全地點后點火起爆。

3.7 爆破檢查：

在爆破30min且炮煙排出后，由當班熟練爆破員對爆破效果進行檢查，及時排除啞炮并調整爆破參數。

4 經驗與總結

在規范隧洞施工方法的基礎上，針對梁河水庫泄洪洞的Ⅳ、V 類圍巖地質條件的特點，通過光面爆破技術使此類圍巖爆破參數得以優化，減輕爆破給圍巖造成的影響，使洞室成型較規整，表面平整度高，極大地減少了的超挖量、出碴量以及混凝土回填量，增強了圍巖的穩定性，逐步形成了一套適合本隧洞工程復雜地質條件的隧洞施工方法，對類似隧洞施工具有一定的借鑒意義。