淺談小斷面隧洞工程開挖爆破施工控制

李健

【摘 要】近年來，國民經(jīng)濟(jì)長足發(fā)展，為滿足工業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)居民生活用水及城市綜合市政應(yīng)用的需要，大跨度的引水及城市綜合管廊工程得到了較大的發(fā)展。這類工程的共同特點(diǎn)就是地質(zhì)較為復(fù)雜，且隧洞斷面小。如何有效控制隧洞的開挖質(zhì)量，值得探討研究。本文以山西引黃水利工程隧洞開挖爆破施工為例進(jìn)行總結(jié)，希望對類似工程施工者能提供一定幫助。

【關(guān)鍵詞】隧洞；小斷面；開挖爆破；施工控制

1 工程概況

山西引黃工程交汾靈9#支洞穿奧陶系中統(tǒng)峰峰組上段灰?guī)r、白云巖，鉆孔揭露，其采取率及RQD值均較低，建議圍巖單位彈性抗力系數(shù)K0=300～500MPa/m，堅固系數(shù)fK=2～3，泊松比μ=0.29～0.32，變形模量2～5GPa。圍巖工程地質(zhì)分類為Ⅳ～Ⅴ類，圍巖穩(wěn)定性較差，隧洞開挖時存在涌水、突水可能性。開挖斷面尺寸為洞寬3.34m，直腿段2.6m，拱頂開挖半徑1.24m。隧洞斷面為洞為典型的小斷面（跨度<5m）結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的地質(zhì)條件及小斷面施工對隧洞的開挖爆破提出了較高的要求。項目經(jīng)過多方摸索總結(jié)，采用楔形掏槽導(dǎo)爆管毫秒雷管微差爆破法施工。

2 鉆孔爆破參數(shù)確定

2.1 鑿巖機(jī)具的選取

根據(jù)選取的爆破方案，爆破鉆孔機(jī)具采取YT28型氣腿式鑿巖機(jī)，Φ42mm直徑的鉆頭鉆孔。鉆頭為“十”字型硬質(zhì)合金鋼，鉆桿規(guī)格為中空六棱型，鉆桿長度分別1.5m、2m、2.5m幾種規(guī)格。

2.2 爆破器材的選取

根據(jù)爆破規(guī)模及巖石特性，選用二級煤礦許可乳化炸藥為主炸藥、電雷管激發(fā)、非電導(dǎo)爆雷管起爆，所需爆破器材見表1：

表1 爆破器材需求列表

2.3 主要爆破參數(shù)的確定

本項目隧洞斷面均較小，采用全斷面開挖，爆破參數(shù)如下：

2.3.1 周邊眼間距E、最小抵抗線W

周邊眼間距E是直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素，借助于經(jīng)驗公式E=Ki×d，一般情況下E=（8～12）D（D為炮眼直徑）；抵抗線W=（1.0～1.5）E。本設(shè)計炮眼間距E為500-600（mm），炮眼直徑D為42mm，滿足對E、W值的要求，施工過程根據(jù)爆破效果和具體巖層適當(dāng)調(diào)整。

2.3.2 周邊眼每米裝藥長度L、裝藥集中度q經(jīng)計算，Q=0.653kg，qL=0.297kg/m，結(jié)果符合中硬巖光面爆破線裝藥密度0.2～0.3Kg/m的允許范圍，可以使用。實際施工時根據(jù)巖石硬度來適當(dāng)調(diào)整。

爆破關(guān)鍵技術(shù)，遵循藥包對殉爆距離的要求，通過多個循環(huán)爆破效果對比分析，優(yōu)化炮眼中藥量分配。掏槽眼及底眼采用大藥量，連續(xù)裝藥；輔助眼采用普通連續(xù)裝藥，其裝藥量按照遞減的原則進(jìn)行分配；周邊眼采用小藥量間隔不耦合裝，各炮眼裝藥量詳見鉆爆設(shè)計圖（圖1）。

圖1 IV類圍巖光面爆破布孔圖（單位cm）

表1 9#開挖爆破參數(shù)表

開挖斷面積為S=12.13m2，布置總高3.84m，總寬3.44m，炸藥單耗1.35kg/m3。

表2 9#開挖爆破參數(shù)表

2.4 爆破開挖主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（表3）

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 炮眼布置及爆破作業(yè)流程

3.1 炮眼布置

3.1.1 掏槽眼的布置

開挖采取全斷面爆破開挖，掏槽形式為斜向中心楔型掏槽；采用8個孔徑為42mm孔，斜向中心楔形陶槽。

3.1.2 周邊眼的布置

周邊眼的布置一般沿設(shè)計輪廓均勻布置，為了控制超欠挖以及便于下次鉆眼作業(yè)時好落鉆孔眼，應(yīng)將炮眼方向以3%～5%的斜率外插，對于中硬巖石及硬巖，眼底應(yīng)落在設(shè)計輪廓線以外10cm地方。同時做好輔助眼的設(shè)置，進(jìn)一步擴(kuò)大槽口，為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞

炸藥用2#巖石銷銨炸藥和巖石乳化炸藥，潛孔鉆炮眼采用毫秒雷管起爆。掏槽眼、輔助眼、周邊眼采用孔底連續(xù)裝結(jié)構(gòu)，并采用炮泥全長堵塞，加強(qiáng)孔口堵塞（如圖2所示）。

圖2 周邊光面炮孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接

起爆網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接采用：電雷管——導(dǎo)爆管雷管——非電起爆網(wǎng)絡(luò)。為了保證后起爆的網(wǎng)絡(luò)不被先起爆的炸斷，設(shè)計采用孔內(nèi)微差的起爆網(wǎng)絡(luò)。各炮孔內(nèi)采用非電毫秒雷管微差起爆，不但控制同段的最大藥量，又能有效的控制每段雷管間的起爆時間，控制爆破震動。在掏槽眼、輔助眼及周邊眼中，每相鄰段別雷管間隔時差為不小于50ms，這樣可以降低爆破震動危害（如圖3所示）。

3.4 起爆

各炮孔起爆順序為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼。輔助眼2層由里向外逐層起爆。采用起爆器同時或分批起爆，由專業(yè)的接線人員用絕緣良好電線把該次需起爆的雷管線串連起來。毫秒雷管采用一次起爆，其引線長度應(yīng)保證人員在飛石距離之外，必保證起爆人員隨時在安全地點(diǎn)處。

圖3 起爆網(wǎng)路連接圖

3.5 爆破

施爆前，應(yīng)規(guī)定醒目清晰的爆破信號，并發(fā)布通告，及時疏散危險區(qū)內(nèi)的人員設(shè)備及車輛等；并在危險區(qū)周圍設(shè)警戒。起爆前15min，由指揮發(fā)布起爆準(zhǔn)備命令，爆破站作最后一次驗收檢查和安全檢查。如無新情況發(fā)生，在接到起爆命令后立即合閘施爆。起爆后應(yīng)迅速拉閘斷電。起爆后15min，由指定爆破作業(yè)人員進(jìn)入爆破區(qū)內(nèi)進(jìn)行安全檢查，確認(rèn)無拒爆現(xiàn)象和其他問題后，方能解除警戒。

3.6 爆破后處理

石方地段爆破后，必須確認(rèn)已經(jīng)解除警戒，作業(yè)面上的懸?guī)r危石也經(jīng)檢查處理后，清理石方人員方準(zhǔn)進(jìn)入現(xiàn)場。撬動巖石必須由上而下逐層撬（打）落，嚴(yán)禁上下雙重作業(yè)，不得將下面撬空使其上部自然坍落。撬棍的高度不宜超過人的肩膀，不得將棍端緊抵腹部，也不得把撬棍放在肩上施力。

4 施工控制要點(diǎn)

小斷面隧洞鉆爆法施工中，鉆爆施工除了制定合理的爆破參數(shù)外，規(guī)范、精準(zhǔn)的施工控制也是施工質(zhì)量控制的重要影響因素。施工中準(zhǔn)確測量畫出開挖輪廓線對開挖面的超欠挖控制存在著直接的影響；人工鉆爆中使用的氣腿式風(fēng)鉆，在打鉆時必須有3°～5°的外插角，鉆孔深度越深，外偏角越大，造成的偏差就越大；掏槽眼要盡量保證在水平面上，越平開挖爆破效果越好；周邊眼間距控制和裝藥量控制為爆破質(zhì)量控制的重點(diǎn)，在周邊眼的布置上，要按照開挖面的圍巖地質(zhì)情況隨時調(diào)整布眼的間距尺寸。施工過程中必須對這些因素重點(diǎn)控制，以確保爆破效果。

5 結(jié)語

實踐證明，采用楔形掏槽導(dǎo)爆管毫秒雷管微差爆破法爆破效果較好，平均超挖10cm，最大超挖20cm，無欠挖，滿足技術(shù)規(guī)范要求，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。施工企業(yè)要想控制成本，創(chuàng)造效益，就需要不斷提高管理的精細(xì)化程度。一方面，要通過系統(tǒng)化分析制定合理的爆破方案，另一方面，要加強(qiáng)施工現(xiàn)場的管理。在施工過程中堅持做好開挖斷面復(fù)測工作，有利于班組隨時調(diào)整爆破參數(shù)。以本工程為例，通過不斷改進(jìn)技術(shù)方法和抓住關(guān)鍵控制點(diǎn)，在鉆爆施工中確保了安全質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧義磊.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，2005（03）.

[2]劉仁旭.公路隧道的光面爆破[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2005（10）.

[3]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[J].人民交通出版社，2010（5）.

[責(zé)任編輯：王楠]