孫嘉彬

（山西省張峰水庫建設(shè)管理局 山西太原 030024）

0 引言

引水隧洞特點(diǎn)：一般斷面小，洞線長，從開挖、襯砌到灌漿工序多，干擾大，施工條件較差，工期一般較長，且具有過水、承壓等作用，這就要求隧洞有較高成洞質(zhì)量。開挖時(shí)，受斷面小的限制，爆破夾制作用大，再加上處于埋深較淺、圍巖巖性較差、節(jié)理較為發(fā)育等復(fù)雜地質(zhì)條件，爆破過程中可能因炸藥效能過大引起周圍巖體的松動(dòng)，導(dǎo)致周圍出現(xiàn)塌落，甚至冒頂現(xiàn)象[1]，很難達(dá)到理想的開挖效果，施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全也將難以保證。因此，在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行小斷面隧洞開挖，如何既能充分發(fā)揮炸藥的爆破能，以達(dá)到爆破破巖的目的，又能有效控制炸藥的爆破能，減少對(duì)周圍巖體的擾動(dòng)是施工過程控制的關(guān)鍵。

小斷面引水隧洞良好的成洞質(zhì)量主要取決于根據(jù)圍巖巖性確定的隧洞開挖鉆爆參數(shù)。本文結(jié)合山西省中部引黃工程在呂梁地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下其中的26條小斷面施工支洞的爆破作業(yè)，通過不斷優(yōu)化鉆爆參數(shù)和施工措施，得到了既能充分發(fā)揮炸藥效能，又能控制對(duì)周圍巖體的弱擾動(dòng)的光面爆破技術(shù)，取得了良好的爆破效果，為沿線隧洞施工的質(zhì)量和安全提供了技術(shù)保障。

1 工程概況

中部引黃工程是山西省大水網(wǎng)建設(shè)中一項(xiàng)重要的工程，本工程包括取水工程和輸水工程，取水工程位于保德縣境內(nèi)，進(jìn)水塔位于天橋水電站庫區(qū)上游棗林溝入黃河溝口處左岸，輸水線路主要是隧洞，總長為384.5km。施工支洞進(jìn)口以黃土、泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r為主，洞內(nèi)多為薄層灰?guī)r、砂巖及混合片麻巖，巖性較差，巖體構(gòu)造裂隙較發(fā)育，較為破碎，穩(wěn)定性較差。其中IV、V類圍巖開挖尺寸為4.55m×4m（寬×高）的城門洞型。

該工程特點(diǎn)與施工難點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）由于開挖斷面小，臨空面相對(duì)較小，爆破夾制作用大，容易出現(xiàn)欠挖的現(xiàn)象；

（2）施工IV、V類圍巖段時(shí)，又可能因爆破對(duì)周圍巖體擾動(dòng)過大出現(xiàn)較大的超挖現(xiàn)象；

（3）施工進(jìn)度與成洞質(zhì)量的相互制約十分突出，如果炮孔利用率低、進(jìn)尺短，很大程度上牽制了隧洞施工進(jìn)度。

2 弱擾動(dòng)光面爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 光面爆破參數(shù)

以施工16標(biāo)50#支洞為例，該支洞長551m，坡度為41%，支洞底埋深為206m，需穿越多個(gè)地層，地質(zhì)變化較大，IV、V類圍巖占整個(gè)支洞50%以上，地質(zhì)條件非常復(fù)雜。

在爆破參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，為保證隧洞的成洞質(zhì)量，應(yīng)避免出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象；最大發(fā)揮炸藥效能，減少夾制作用的影響和炸藥的使用量；減少?zèng)_擊波對(duì)周邊圍巖的結(jié)構(gòu)性破壞。結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，提出了要減小周邊孔孔距和減少炸藥裝入量，合理布置輔助孔和掏槽孔，經(jīng)多次試驗(yàn)，形成了弱擾動(dòng)光面爆破技術(shù)。

設(shè)計(jì)采用全斷面光面控制爆破，應(yīng)遵照“多布孔、少裝藥、弱爆破、短進(jìn)尺”的原則。施工時(shí)，采用輔助孔按松動(dòng)爆破、掏槽孔按拋擲爆破進(jìn)行設(shè)計(jì)，周邊孔采用光面弱擾動(dòng)爆破，布置加密，放藥量小，減少爆破對(duì)周圍松散巖體的擾動(dòng)。

鉆爆參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

（1）確定鉆爆參數(shù)?，F(xiàn)場選用YTP-28手持式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，配套φ42鉆頭，使用乳化炸藥，富水地段采用乳膠防水炸藥；藥卷直徑為φ32mm；爆破網(wǎng)絡(luò)采用微差、非電毫秒雷管起爆，非電毫秒雷管插入藥卷內(nèi)，除周邊孔正向裝以外其余反向裝入孔內(nèi)，導(dǎo)爆管引線連接采用一把抓型式，連接線雷管采用低毫秒段，同組連接線采用同種毫秒段導(dǎo)爆管進(jìn)行連接；周邊孔炮孔內(nèi)連接采用導(dǎo)爆索連接。考慮到開挖斷面小及圍巖具體情況，設(shè)計(jì)開挖循環(huán)進(jìn)尺為2m。

（2）炮孔深度L：周邊孔和輔助孔取L=2m，掏槽孔加深0.2～0.3m，取 L=2.2～2.3m。

（3）周邊孔單孔裝藥量Q單采用公式：

式中：q線——周邊孔線裝藥密度，kg/m，取0.15～0.25kg/m。

（4）輔助孔、掏槽孔單孔裝藥量Q單采用公式：

式中：a——孔距，m，輔助孔取a=0.55m，掏槽孔取a=0.5～0.7m；

W——最小抵抗線，m，輔助孔取W=0.55m，掏槽孔取W=0.5～1m；

q——炸藥單耗，kg/m3，輔助孔取q＝1.2～1.4kg/m3，掏槽孔取 q＝1.8kg/m3。

通過計(jì)算，得到爆破參數(shù)如表1所示。

2.2 炮孔布置、裝藥與起爆方式

設(shè)計(jì)采用毫秒延時(shí)爆破，周邊孔、掏槽孔、輔助孔布置是否合理直接影響小斷面光面爆破的效果[2]。掏槽孔采用耦合連續(xù)裝藥，孔間距為50～70 cm，分2排3行小間距直孔布置，施工過程中，在掌子面遇軟弱夾層或泥質(zhì)巖層區(qū)域，可將掏槽孔調(diào)整至該位置，有利于提高掏槽效果；輔助孔布置間距為55cm，采用不耦合連續(xù)裝藥，分2層布置，內(nèi)層13個(gè)炮孔，外層20個(gè)炮孔，分II、III段起爆；周邊孔間距為50 cm，31個(gè)炮孔，采用間隔裝藥，分IV，V段起爆。在鉆孔過程中要特別注意保證鉆孔質(zhì)量，避免影響炸藥的裝填。炮孔布置與掏槽方式如圖1所示。

表1 IV、V類圍巖光面爆破參數(shù)

圖1 炮孔布置（單位m）

采用炮泥填塞，為使炸藥充分爆炸，提高炸藥利用率，炮孔的填塞長度要保證在30 cm以上，不得留有空隙。

3 成洞質(zhì)量與爆破效果

爆破完畢排險(xiǎn)后，對(duì)爆破效果和開挖質(zhì)量進(jìn)行檢查：

（1）現(xiàn)場相鄰兩孔之間的巖面較為完整，無明顯的爆破裂隙，基本無超欠挖現(xiàn)象，偶爾出現(xiàn)局部凸出或凹陷部位，成洞質(zhì)量較好；

（2）隧洞爆破開挖循環(huán)進(jìn)尺均在1.8～2m之間，炮孔利用率在88%以上，周邊孔殘孔率約50%～80%，光面爆破效果見圖2；

（3）爆塊大塊率低，塊度較為均勻，爆堆相對(duì)集中，提高了挖運(yùn)工效；

（4）在掌子面出現(xiàn)軟弱夾層或泥質(zhì)巖層時(shí)，調(diào)整掏槽孔后提高了光爆效果和開挖進(jìn)尺。

圖2 光面爆破效果圖

4 結(jié)論與建議

弱擾動(dòng)光面爆破技術(shù)旨在充分發(fā)揮炸藥的爆破效能，減小沖擊波對(duì)巖石的損傷造成圍巖的結(jié)構(gòu)性破壞；保證隧洞的成洞質(zhì)量和施工進(jìn)度，同時(shí)降低施工成本。通過中部引黃工程呂梁地區(qū)26條施工支洞的應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果，說明該技術(shù)內(nèi)的鉆爆參數(shù)與技術(shù)措施可行，可為同類小斷面引水隧洞施工提供參考與借鑒。但目前爆破技術(shù)參數(shù)多為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步在爆破機(jī)理、數(shù)值模擬等方面進(jìn)行深入研究，結(jié)合工程實(shí)踐，提高弱擾動(dòng)光面爆破技術(shù)使用的靈活性。

[1]傅紅賢.長距離小間距隧道爆破開挖設(shè)計(jì)與施工[J].工程爆破,2006,3（12）:30-33.

[2]陽生權(quán),羅異,彭進(jìn)寶.較差巖性圍巖小斷面水工隧道光面爆破技術(shù)[J].工程爆破,2013,1-2（19）:60-64.