龍軍飛， 鐘 權(quán)， 劉 放

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

玉瓦水電站引水隧洞薄層巖石光面爆破施工技術(shù)

龍軍飛， 鐘 權(quán)， 劉 放

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

玉瓦水電站引水隧洞施工是工程控制性項(xiàng)目，圍巖具有薄層狀結(jié)構(gòu)、巖層傾角大、巖層走向與洞軸線交角小等特點(diǎn)，如何減少超挖量、確保圍巖穩(wěn)定是引水隧洞的施工難點(diǎn)。實(shí)踐表明，針對(duì)薄層狀巖石，采用合理的光面爆破參數(shù)、嚴(yán)格控制爆破施工工藝，能夠有效地控制超欠挖，避免巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)等可能帶來(lái)的不利影響，從而達(dá)到安全、高效、優(yōu)質(zhì)的施工目的，可為其他類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

玉瓦水電站；引水隧洞；光面爆破；薄層巖石

0 前 言

光面爆破是按照隧洞斷面的設(shè)計(jì)輪廓合理布置周邊孔而進(jìn)行的一種控制爆破，即：通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)爆破參數(shù)、合理布置炮孔位置、有效控制炮眼裝藥量、采用不耦合裝藥的基礎(chǔ)上，合理地利用炸藥能量，使周邊孔優(yōu)先沿各孔中心連線形成貫通裂縫并將破碎巖體向隧洞內(nèi)拋擲，使隧洞開(kāi)挖面爆破后斷面成型規(guī)整，通常可在隧洞壁面上殘留清晰可見(jiàn)的鉆孔壁痕跡。光面爆破能降低爆破對(duì)圍巖的損傷，使隧洞不產(chǎn)生或少產(chǎn)生爆震裂隙，保持隧洞圍巖的完整性和自身承載能力，以達(dá)到快捷、高效、優(yōu)質(zhì)的施工目的[1-6]。尤其是針對(duì)薄層狀巖體，爆破開(kāi)挖易產(chǎn)生冒頂、片邦等不利后果，造成圍巖超挖，影響圍巖穩(wěn)定，增加支護(hù)費(fèi)用。因此，如何選擇合理的光面爆破技術(shù)，以降低施工成本、加快施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量，就顯得更加重要。

1 工程概況

玉瓦水電站位于四川省九寨溝縣境內(nèi)的白水江次源黑河上，是白水江流域水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第2級(jí)，電站裝機(jī)容量49 MW。工程為引水式電站，主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和地面廠房系統(tǒng)三部分組成，以發(fā)電為單一目標(biāo)，無(wú)防洪、航運(yùn)等綜合利用要求。工程區(qū)距九寨溝縣城約60 km，若九公路從電站工程區(qū)通過(guò)，對(duì)外交通方便。

引水隧洞布置在黑河右岸，全長(zhǎng)約14 km，隧洞斷面為襯砌后4.0 m×4.8 m(寬×高)的城門(mén)洞型。隧洞垂直埋深一般300～400 m，最大達(dá)1 000 m，沿線發(fā)育有雙溝、繞納溝和頭道溝等。引水隧洞區(qū)地層巖性主要為薄層狀結(jié)構(gòu)的灰?guī)r夾砂巖、板巖、千枚巖，巖石新鮮，強(qiáng)度以中硬巖為主；巖層走向與隧洞軸線總體交角較小，一般為10°～15°，部分洞段近于平行；巖層傾角總體較大，一般為60°～70°，局部洞段可達(dá)75°～85°。根據(jù)引水隧洞巖石強(qiáng)度、巖體完整性及地層走向與洞軸線夾角等特點(diǎn)，圍巖類(lèi)別以Ⅲ-2類(lèi)圍巖為主，約占54%，Ⅳ類(lèi)圍巖約占37%，局部為Ⅴ類(lèi)圍巖，約占9%。引水隧洞爆破開(kāi)挖易產(chǎn)生冒頂、片邦等不利后果，造成圍巖超挖，影響圍巖穩(wěn)定，增加支護(hù)費(fèi)用。

2 光面爆破效果的影響因素

結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)條件，并考慮施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素，影響光面爆破效果主要有以下因素。

(1)地質(zhì)條件：對(duì)于裂隙少、完整性好的圍巖而言，可采用全斷面深孔光面爆破。玉瓦水電站引水隧洞圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖體呈薄層狀結(jié)構(gòu)，且?guī)r層傾角較陡、走向與洞軸線交角較小，開(kāi)挖采用“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的施工方法，以“多打孔、少裝藥”為原則，盡可能避免對(duì)隧洞圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)和破壞。

(2)鉆爆參數(shù)：工程巖體結(jié)構(gòu)變化無(wú)常，選擇與之相適應(yīng)的鉆爆參數(shù)才能取得最理想的爆破效果。因此，在進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)挖前，往往需要進(jìn)行爆破試驗(yàn)，確定最佳的鉆爆參數(shù)。

(3)鉆孔精度：引起鉆孔誤差的因素主要有測(cè)量放樣誤差、開(kāi)孔誤差以及鉆孔角度誤差等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工精度要求較高。

(4)起爆順序：起爆順序是為了逐層逐步擴(kuò)大臨空面，為周邊孔起爆創(chuàng)造最佳條件，需嚴(yán)格控制起爆順序。

(5)網(wǎng)路可靠性：網(wǎng)路某一分支失效，將影響起爆順序和爆破效果。如雷管精度不夠，造成串段，變相增大單響藥量，從而增大爆破振動(dòng)和對(duì)圍巖的擾動(dòng)作用。

(6)炸藥品種：工程中根據(jù)巖石強(qiáng)度及使用環(huán)境選擇相應(yīng)的炸藥品種。水工隧洞一般使用巖石乳化炸藥。

(7)周邊孔：周邊孔間距、裝藥結(jié)構(gòu)以及不耦合系數(shù)等往往直接影響光面爆破效果，宜根據(jù)不同的圍巖特點(diǎn)并結(jié)合爆破試驗(yàn)進(jìn)行確定。

(8)裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞質(zhì)量：選擇合理的裝藥結(jié)構(gòu)，使爆能在炮孔長(zhǎng)度內(nèi)均勻作用；炮孔堵塞長(zhǎng)度應(yīng)保證一定長(zhǎng)度。

3 光面爆破參數(shù)選擇

3.1 控制爆破原則

按照“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的理念，盡量增加雷管段位，嚴(yán)格控制單響藥量，以最大限度地減小爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)；嚴(yán)格控制周邊孔間距、裝藥結(jié)構(gòu)等參數(shù)，盡可能地降低爆能對(duì)孔壁圍巖的損傷。

3.2 炸藥及雷管的選擇

本工程采用手風(fēng)鉆造孔，鉆孔直徑Φ42 mm，炸藥主要采用Φ32 mm×200 mm的巖石乳化炸藥；雷管采用塑料導(dǎo)爆管及毫秒雷管起爆系統(tǒng)，延期雷管段位選用MS1～MS13共七段。

3.3 掏槽孔及主爆孔

本工程鉆孔深度Ⅲ-2類(lèi)圍巖為2.0～2.5 m，Ⅳ類(lèi)及Ⅴ類(lèi)圍巖為1.5 m左右。

掏槽孔采用菱形直孔掏槽形式，主爆孔孔距根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取50～80 cm，炮孔布置按照內(nèi)層間距小、外層間距大且相對(duì)均勻分布、局部調(diào)整的原則進(jìn)行。布孔詳圖見(jiàn)圖1。

3.4 周邊孔

周邊孔鉆孔爆破的主要參數(shù)包括：炮孔間距a、光爆層厚度(最小抵抗線)W、周邊孔密集系數(shù)m、炮孔線裝藥密度q、炮孔裝藥不耦合系數(shù)k等。

(1)周邊孔間距a，它是直接控制開(kāi)挖輪廓面平整度的主要因素。一般為a=(10～18)d，其中炮孔直徑d=42 mm。玉瓦引水隧洞巖體呈薄層狀結(jié)構(gòu)，且?guī)r層傾角較陡、走向與洞軸線交角較小，本工程取a=40～50 cm；必要時(shí)，在兩炮孔之間增加一個(gè)不裝藥的導(dǎo)向空孔。

(2)最小抵抗線W，即光爆層厚度，它直接影響光面爆破效果和爆渣塊度，一般為W=(13～22)d，本工程取W=60～70 cm。周邊孔間距和最小抵抗線確定后，即可計(jì)算得出周邊孔密集系數(shù)m=a/W，一般為m=0.6～1.0，本工程為0.70～0.85。

(3)線裝藥密度q，恰當(dāng)?shù)木€裝藥密度既能滿(mǎn)足破巖所需的能量，又不造成圍巖的過(guò)度破壞，本工程為中硬巖，結(jié)合圍巖特點(diǎn)，q取0.15～0.18 kg/m。

(4)不耦合系數(shù)k，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，可增加爆炸荷載作用時(shí)間，降低爆炸峰值，使能量均勻分布于炮孔壁，一般為k=1.25～2.50，水工隧洞取2.0左右比較合適。本工程炮孔直徑42 mm，周邊孔藥卷直徑25 mm，不耦合系數(shù)k=1.68。

3.5 起爆網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)連接方法采用雙電雷管串聯(lián)方式，所有孔內(nèi)引出的非電雷管腳線收集捆扎，起爆電雷管接引至安全起爆區(qū)域。起爆順序?yàn)椋浩鸨饕娎坠埽娎坠芤變?nèi)非電雷管、起爆藥包。

玉瓦水電站引水隧洞Ⅲ-2類(lèi)圍巖光面爆破炮孔布置圖及鉆爆參數(shù)表見(jiàn)圖1及表1。

圖1 Ⅲ-2類(lèi)圍巖光面爆破炮孔布置

雷管段別炮孔名稱(chēng)炮孔個(gè)數(shù)炮孔長(zhǎng)度/m單孔裝藥量/kg總裝藥量/kgMS1掏槽孔22.20.00.0MS3掏槽孔62.21.48.4MS5主爆孔102.01.010.0MS7主爆孔142.00.811.2MS9主爆孔62.01.06.0MS11周邊孔262.00.37.8MS13底板孔62.01.27.2合計(jì)7050.6

主要技術(shù)參數(shù)：炮孔利用率約為90%，每循環(huán)進(jìn)尺約1.8 m，每循環(huán)爆破方量約35.14 m3，炸藥單耗約為1.43 kg/m3；周邊孔線裝藥密度嚴(yán)格控制為0.15 kg/m，最大限度減少對(duì)保留巖體的損傷和擾動(dòng)，有助于隧洞開(kāi)挖成型。

4 光面爆破施工工藝

玉瓦水電站引水隧洞開(kāi)挖爆破施工過(guò)程包括測(cè)量放樣、鉆孔、清孔、裝藥、堵塞、連接起爆和爆破后可能出現(xiàn)的問(wèn)題處理等。

(1)測(cè)量放樣。鉆孔前，測(cè)量人員用紅油漆準(zhǔn)確繪出開(kāi)挖斷面的中線和輪廓線，標(biāo)出炮孔位置。

(2)鉆孔。本工程隧洞斷面較小，借助自制臺(tái)車(chē)采用YT-28型手持式風(fēng)鉆造孔。周邊孔的鉆孔精度要求比其他孔更高，應(yīng)交由經(jīng)驗(yàn)豐富的鉆工司鉆，且左側(cè)周邊孔應(yīng)交由習(xí)慣左右司鉆的鉆工，并適時(shí)調(diào)整鉆孔角度和深度。

(3)清孔。炮孔參數(shù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收合格后，利用高壓水將炮孔內(nèi)的石屑、泥巖刮出吹凈。本工程為大傾角薄層狀巖體，自上而下清孔，避免泥水通過(guò)巖層污損下部炮孔。

(4)裝藥。裝藥時(shí)分片分組，嚴(yán)格按照預(yù)先計(jì)算好的每孔裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)自上而下進(jìn)行，藥包和雷管都“對(duì)號(hào)入座”，裝藥過(guò)程不能用竹片猛搗藥卷；周邊孔采用導(dǎo)爆索起爆，用膠布將導(dǎo)爆索與每個(gè)藥卷緊密結(jié)合。

(5)堵塞。炮孔裝藥完成后，采用炮泥等堵塞孔口一定長(zhǎng)度，以確保爆能的有效利用。本工程薄層狀巖體裂隙發(fā)育，適當(dāng)增加了堵塞長(zhǎng)度，避免爆生氣體過(guò)早逸出。

(6)連接起爆網(wǎng)路。起爆網(wǎng)路為復(fù)式網(wǎng)路，以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性。嚴(yán)格控制導(dǎo)爆索的連接方向和連接點(diǎn)的牢固性，網(wǎng)路連接完成后，派專(zhuān)人負(fù)責(zé)檢查。

(7)盲炮處理。相關(guān)人員撤離到安全區(qū)域后才能引爆；爆破后，如遇盲炮交由爆破員進(jìn)行處理，并及時(shí)檢查簽認(rèn)光爆效果，分析原因，適時(shí)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)。

玉瓦水電站引水隧洞爆破效果表明，爆破后隧洞圍巖未出現(xiàn)大量的片幫及脫塊，圍巖超挖能有效地控制在合理范圍內(nèi)，爆破后殘孔率達(dá)70%～80%，爆破效果總體良好。本工程采用合理的光面爆破參數(shù)和施工工藝控制，有效地解決了隧洞薄層狀巖體超挖、圍巖穩(wěn)定等問(wèn)題。

5 結(jié) 語(yǔ)

玉瓦水電站引水隧洞施工實(shí)踐表明，即使在圍巖具有薄層狀結(jié)構(gòu)、巖層傾角較大、巖層走向與洞軸線交角較小等特點(diǎn)的情況下，通過(guò)采用合理的光面爆破各項(xiàng)參數(shù)和施工工藝控制，使光面爆破輪廓圓順、巖面平整，也能達(dá)到減少超挖、降低爆破對(duì)圍巖損傷的目的，爆破效果良好。同時(shí)，光面爆破產(chǎn)生的爆震裂隙少，能充分發(fā)揮圍巖的自承能力，減少了應(yīng)力集中，增加了施工安全性，也有助于加快施工進(jìn)度、降低施工成本。

[1] 張正宇, 張文煊, 吳新霞, 等. 現(xiàn)代水利水電工程爆破[M]. 北京:中國(guó)水利水電出版社,2003.

[2] GB 6722-2003. 爆破安全規(guī)程[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[3] 韓鴻彬. 光面爆破參數(shù)與爆破效果分析[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2009(7): 106-107.

[4] 顧義磊, 李曉紅, 杜云貴, 等. 隧道光面爆破合理爆破參數(shù)的確定[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005, 28(3): 95-97.

[5] 孔買(mǎi)群, 李宗榮, 徐東方. 玉瓦水電站廠區(qū)樞紐爆破試驗(yàn)研究[J]. 云南水力發(fā)電, 2015, 31(2): 32-34.

[6] 饒學(xué)健, 楊敏生, 代應(yīng)剛. 光面爆破技術(shù)在紅葉二級(jí)引水隧洞中的應(yīng)用[J]. 水電站設(shè)計(jì), 2002(3): 46-48.

2015- 12- 14

龍軍飛(1979-), 男, 吉林松原人, 高級(jí)工程師, 從事施工組織設(shè)計(jì)工作。

TV542；TV672.1

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1003-9805(2017)04-0060-03