賈 超 賈 群 石 瑛

(1.萬(wàn)家寨水務(wù)控股集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000;2.中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

遼寧清原抽水蓄能電站為日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，工程位于遼寧省撫順市清原滿族自治縣北三家鄉(xiāng)境內(nèi)，為Ⅰ等大(1)型工程，永久性主要建筑物級(jí)別為1級(jí)，永久性次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別為4級(jí)?？傃b機(jī)容量為1800MW，選用6臺(tái)立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為300MW。工程主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)和地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。

本工程通風(fēng)兼安全洞為地下洞室群進(jìn)風(fēng)通道，并可作為安全疏散通道，施工期兼做廠房頂拱施工通道。通風(fēng)兼安全洞進(jìn)口位于下水庫(kù)進(jìn)出水口下游側(cè)2號(hào)公路旁邊，距離交通洞洞口約1.0km，洞口高程為325.0m，末端與副廠房端部連接，高程為254.2m。本次選擇通風(fēng)兼安全洞作為生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)研究對(duì)象，該洞室全長(zhǎng)1360m，平均坡度為5.3%。斷面為圓拱直墻型，開(kāi)挖斷面尺寸為8.7m×9.1m，開(kāi)挖方式為全斷面光面爆破。

1 地質(zhì)概況

通風(fēng)兼安全洞位于大石英溝溝口左岸山坡，沿線地形完整性差，在洞深約500m處遇到大石英溝。地表高程約342～564m，地形大部分較平緩，地表坡度多為11°～23°，末端地形較陡，地表坡度41°～48°。巖線植被發(fā)育，無(wú)基巖出露。

巖體全風(fēng)化帶下限埋深6～15m，巖體強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深2.5～25m，弱風(fēng)化下限埋深40～60m。大石英沖溝匯水面積不大，溝內(nèi)松散堆積物方量有限，溝口無(wú)洪積扇發(fā)育，泥石流不發(fā)育。

基巖為花崗巖，圍巖以Ⅲ類為主，局部為Ⅳ類。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，裂隙主要發(fā)育NW、NEE和NNE三組，裂隙傾角主要以陡傾角為主，NNE向裂隙中有部分緩傾角裂隙發(fā)育。巖體卸荷、崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。

地下水主要為基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，以泉水形式向溝谷排泄。地下水埋深10～35m。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過(guò)對(duì)通風(fēng)兼安全洞進(jìn)行生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，采集爆破施工參數(shù)，確定安全、合理的基本爆破參數(shù)。同時(shí)，驗(yàn)證、調(diào)整隧洞爆破設(shè)計(jì)，優(yōu)化爆破方案，為引水隧洞爆破開(kāi)挖提供施工依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)爆破施工，從而提高洞室開(kāi)挖施工效率，保證開(kāi)挖質(zhì)量，為施工生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)爆破工程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)等目標(biāo)，在主體工程開(kāi)工初期進(jìn)行爆破試驗(yàn)，目的如下：

a.確定開(kāi)挖的掏槽方式，以利提高水平鉆爆開(kāi)挖效率。

b.確定通風(fēng)兼安全洞開(kāi)挖的爆破參數(shù)，以確保開(kāi)挖質(zhì)量。

c.為光面爆破獲取最優(yōu)爆破參數(shù)。

d.了解爆破對(duì)非開(kāi)挖巖體的破壞情況與范圍。

3 試驗(yàn)情況

根據(jù)通風(fēng)兼安全洞洞室的圍巖特性及以往洞室開(kāi)挖施工相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。全斷面開(kāi)挖施工高度為9.1m，采用斷面中心楔形掏槽，形成臨空面，中間進(jìn)行崩落爆破，周邊布設(shè)光面爆破孔。本次試驗(yàn)圍巖為III類圍巖，共進(jìn)行了4次爆破試驗(yàn)。

3.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1.1 鉆孔機(jī)械

洞室開(kāi)挖斷面相對(duì)較小，根據(jù)地質(zhì)情況，并結(jié)合以往爆破施工經(jīng)驗(yàn)，擬采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔“全斷面一次爆破成型法”進(jìn)行開(kāi)挖，孔徑42mm。施工遵循“短進(jìn)尺、多循環(huán)”原則，周邊設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊線采用光面爆破進(jìn)行控制。

3.1.2 鉆孔定位

在鉆孔前，精確測(cè)量洞室開(kāi)挖線，并用紅油漆標(biāo)明光爆孔孔位。為保證爆破的質(zhì)量，鉆孔前對(duì)鉆孔巖石面進(jìn)行平整，保證鉆孔孔位、孔向準(zhǔn)確。

3.1.3 試驗(yàn)材料

周邊孔選用φ25×100g型2號(hào)巖石乳化炸藥間隔不耦合裝藥，導(dǎo)爆索起爆，其余孔均采用φ32×150g型2號(hào)巖石乳化炸藥連續(xù)裝藥，非電毫秒雷管微差起爆。

3.1.4 炮孔裝藥

裝藥前需對(duì)各炮孔進(jìn)行認(rèn)真清理、檢查，經(jīng)檢查鉆孔質(zhì)量符合要求后方可裝藥。為確保藥卷位于炮孔中心線上，應(yīng)采用竹片等輔助物件進(jìn)行固定。對(duì)裝藥和起爆線路檢查合格后，進(jìn)行炮孔堵塞，堵塞材料選用黏土或石粉。

3.1.5 爆破網(wǎng)絡(luò)

本次爆破試驗(yàn)采用起爆器起爆，并采用毫秒微差爆破施工技術(shù)。為能充分利用爆破能量，較好地控制爆渣塊度，便于挖裝，使用效果較好的起爆網(wǎng)絡(luò)。

3.2 爆破試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整及效果分析

3.2.1 第一次爆破情況

第一次爆破情況見(jiàn)圖1、表1～表2。

表1 第一次爆破參數(shù)

表2 第一次爆破主要技術(shù)參數(shù)

圖1 第一次試驗(yàn)布孔 (尺寸單位：cm)

按照第一次爆破試驗(yàn)炮孔布置及裝藥結(jié)構(gòu)爆破，且經(jīng)過(guò)10個(gè)循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)拱頂及邊墻交接處存在欠挖現(xiàn)象，底板局部有超挖，半孔率為63%。每次爆破后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，得出相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，拱頂平均欠挖厚度0.52m，每延米平均欠挖方量為1.02m3；邊頂拱交界處平均欠挖厚度0.42m；底板平均超挖0.13m，每延米平均超挖方量為0.38m3。分析原因，花崗巖硬度高，其莫氏硬度在6左右，采用常規(guī)裝藥量可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。

3.2.2 第二次爆破情況

第二次爆破情況見(jiàn)圖2、表3～表4。

圖2 第二次試驗(yàn)布孔 (尺寸單位：cm)

表3 第二次爆破參數(shù)

表4 第二次爆破主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)第一次爆破試驗(yàn)效果分析，第二次爆破試驗(yàn)增加了掏槽孔和崩落孔的裝藥量，此外在底孔固定藥卷的竹片上增加了墊木，避免了藥卷因重力作用直接貼敷底孔底端。同樣經(jīng)過(guò)10個(gè)循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)拱頂有超挖現(xiàn)象，邊頂拱交界處仍存在欠挖，邊墻及底板局部存在超挖，半孔率68%。

3.2.3 第三次爆破情況

第三次爆破情況見(jiàn)圖3、表5～表6。

圖3 第三次試驗(yàn)布孔 (尺寸單位：cm)

表5 第三次爆破參數(shù)

表6 第三次爆破主要技術(shù)參數(shù)

結(jié)合第一、二次的試驗(yàn)效果分析，在前兩次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本次試驗(yàn)將預(yù)期進(jìn)尺調(diào)整為3.0m，同時(shí)在邊頂拱交接處增加了交接孔(只鉆孔不裝藥)。經(jīng)過(guò)10個(gè)循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)邊頂拱交界處爆破效果大大改善，頂拱存在局部超挖現(xiàn)象，邊墻及底板超挖量出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，半孔率達(dá)到76%。

3.2.4 第四次爆破情況

第四次爆破情況見(jiàn)圖4、表7～表8。

表7 第四次爆破參數(shù)

圖4 第四次試驗(yàn)布孔 (尺寸單位：cm)

表8 第四次爆破主要技術(shù)參數(shù)

綜合第三次試驗(yàn)效果分析，此次試驗(yàn)在第三次試驗(yàn)基礎(chǔ)上，調(diào)整了崩落孔的裝藥量。經(jīng)過(guò)10次循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)全斷面均無(wú)明顯超欠挖現(xiàn)象，半孔率為93%。由此表明，采用第四次試驗(yàn)裝藥參數(shù)可以達(dá)到預(yù)期效果。

4 參數(shù)選定

通過(guò)分析以上擬定的爆破試驗(yàn)參數(shù)所取得的爆破效果，優(yōu)化出合理的爆破參數(shù)，指導(dǎo)下一步的工程爆破施工。洞室石方開(kāi)挖主要從周邊光面爆破的不平整度、半孔率、爆后巖塊的均勻程度以及爆破對(duì)周邊巖體的影響等方面綜合分析爆破效果，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過(guò)對(duì)比選取第四次試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為最優(yōu)的爆破施工參數(shù)，作為后續(xù)施工的依據(jù)，以便在施工中加以監(jiān)督和控制。

引水隧洞及其他各相關(guān)洞室爆破設(shè)計(jì)參數(shù)均參照通風(fēng)兼安全洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)擬定，在實(shí)際操作中根據(jù)情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

5 討 論

通風(fēng)兼安全洞Ⅲ類圍巖4次爆破試驗(yàn)后的效果分析表明，第一次爆破效果較差，局部欠挖較大，崩落塊徑較大；第二次爆破增大爆破藥量及孔深，同時(shí)在竹片上增設(shè)墊木，經(jīng)爆破后測(cè)量發(fā)現(xiàn)，局部超挖現(xiàn)象突出，半孔率改善不明顯，石塊較為破碎；第三次爆破試驗(yàn)邊頂拱交接孔不裝藥，以改善成型效果，經(jīng)爆破后測(cè)量發(fā)現(xiàn)，爆破成型效果改善明顯，超、欠挖現(xiàn)象出現(xiàn)好轉(zhuǎn)；第四次爆破試驗(yàn)減小炸藥量及調(diào)整孔深，經(jīng)爆破后測(cè)量發(fā)現(xiàn)效果較好，基本無(wú)超欠挖現(xiàn)象，石塊塊徑適中，半孔率改善效果明顯。

試驗(yàn)表明，在主要以Ⅲ類圍巖為主的中斷面(洞室面積25m2≤A≤100m2)的地下洞室全斷面開(kāi)挖中，爆破炸藥單耗宜為0.74～0.80kg/m3，中硬巖部分取小值，堅(jiān)硬巖部分取大值，同時(shí)建議施工循環(huán)進(jìn)尺為3.0m左右。在堅(jiān)硬巖石爆破鉆孔時(shí)，一定要注意控制不同類型孔的鉆孔角度，尤其采用手風(fēng)鉆造孔時(shí)，受鉆工人為影響較大，另外增設(shè)邊頂拱交接孔(只鉆孔不裝藥)，可大大改善爆破成型效果。此外影響光面爆破效果的因素還有很多，比如地質(zhì)情況、爆破器材、裝藥結(jié)構(gòu)等，考慮以上因素均一致時(shí)，周邊孔孔距是保證外輪廓面的關(guān)鍵因素。當(dāng)周邊孔距大于合理孔距時(shí)，相鄰孔之間的拉應(yīng)力較低，不能產(chǎn)生良好的爆破效果；反之，將增加造孔施工難度且對(duì)施工成本及進(jìn)度產(chǎn)生較大影響，因此選擇合理的孔間距對(duì)成型效果是極為有利的。

6 結(jié) 語(yǔ)

本次爆破試驗(yàn)共進(jìn)行了40個(gè)循環(huán)，圍巖類別均以Ⅲ類為主。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石性質(zhì)和施工條件，通過(guò)合理選定施工機(jī)具、爆破材料、布孔形式、爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、炸藥單耗、起爆方式等，再加上嚴(yán)格的施工管理制度，使得通風(fēng)兼安全洞開(kāi)挖質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果。不僅避免了因超欠挖造成的后期支護(hù)、欠挖處理等施工成本，同時(shí)也保證了施工質(zhì)量，豐富了經(jīng)驗(yàn)，可為類似工程提供借鑒。