某輸水工程隧洞預(yù)裂爆破施工技術(shù)應(yīng)用分析

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

1 鉆爆法施工技術(shù)設(shè)備及工藝分析

某輸水(一期)工程，主洞全長(zhǎng)87.5 km，支洞總長(zhǎng)9.4 km，本工程主要目的是向某水庫(kù)引水，引入某水庫(kù)后輸送到該省各個(gè)需要的城市，其主洞直徑為7.5 m，在施工過(guò)程中有TBM盾構(gòu)段、鉆爆段，在鉆爆段施工中遇到很多問(wèn)題，下面對(duì)其中一項(xiàng)進(jìn)行技術(shù)上的交流[1-3]。

1.1 支洞所轄主洞施工布置

16#支洞所控主洞段長(zhǎng)為2 137 m，在16#支洞處將其分為上下游兩段，上游段長(zhǎng)1 065 m(樁號(hào)75+227.517～74+161)，下游段長(zhǎng)1 072 m(樁號(hào)77+287.117～78+358)。為便于TBM順利通過(guò)，在上游段布置了長(zhǎng)20 m的TBM始發(fā)洞(樁號(hào)為74+181～74+161)。

16#支洞所控主洞洞室斷面似葫蘆型，中心部位水平開(kāi)挖半徑：Ⅲa、Ⅲb類圍巖為4 245 mm；Ⅳ、Ⅴ類圍巖為4 275 mm。斷面開(kāi)挖高度：Ⅲa、Ⅲb類圍巖為8 689 mm；Ⅳ、Ⅴ類圍巖為8 719 mm。斷面底部水平距離：Ⅲa、Ⅲb類圍巖為6 399 mm；Ⅳ、Ⅴ類圍巖為6 461 mm。鉆爆法施工時(shí)在洞頂布置φ1.5 m通風(fēng)軟管，在洞室右壁(從下游向上游掘進(jìn)方向看)中部布置供電線路，右壁下部布設(shè)供排水及施工供風(fēng)管路。

1.2 開(kāi)挖設(shè)備和輔助設(shè)施的配置

主洞段鉆爆法施工采用自制臺(tái)車作為施工平臺(tái)，YT28氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，人工裝藥爆破，施工供風(fēng)采用支洞外4臺(tái)20 m3固定式空壓機(jī)通過(guò)管路向作業(yè)面供風(fēng)，出渣采用WA320側(cè)卸式裝載機(jī)裝渣，15 t自卸汽車運(yùn)出洞外棄渣場(chǎng)。噴錨支護(hù)采用洞外加工支護(hù)原材料，通過(guò)5 t自卸汽車運(yùn)輸至洞內(nèi)作業(yè)面。支護(hù)施工采用YT28氣腿鑿巖機(jī)鉆孔，注漿機(jī)向孔內(nèi)注漿或采用砂漿錨固劑將錨桿錨固在洞室圍巖內(nèi)，人工掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，濕噴機(jī)噴射混凝土。

施工供水采用在洞外設(shè)深水井，水泵抽水經(jīng)管路送至主洞內(nèi)施工作業(yè)面。施工排水采用階梯式抽排法，即每間隔一定距離，在洞內(nèi)一側(cè)壁處設(shè)集水井，將作業(yè)面和附近的積水匯集后，通過(guò)水泵抽逐級(jí)抽排至洞外污水池。鉆爆施工法施工主要設(shè)備配置情況見(jiàn)表1。

表1 主要設(shè)備配置表

2 主洞鉆孔爆破方案研究

2.1 開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙，本年度開(kāi)挖圍巖為IIIa類和IIIb類圍巖，可采取全斷面開(kāi)挖，每循環(huán)進(jìn)尺3 m，爆破參數(shù)見(jiàn)表2。

開(kāi)挖利用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)借助施工作業(yè)平臺(tái)車進(jìn)行造孔作業(yè)，人工裝藥爆破。開(kāi)挖時(shí)及時(shí)進(jìn)行施工地質(zhì)預(yù)報(bào)，判斷前方地質(zhì)情況，做好預(yù)先處理措施，并根據(jù)監(jiān)控量測(cè)工作，監(jiān)視圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定情況。

圖1 TBM通過(guò)段III類圍巖鉆爆作業(yè)循環(huán)時(shí)間表

2.2 爆破孔使用的炸藥和雷管的類型及裝藥量

選用非電毫秒塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)，引爆采用火雷管，炸藥選用2#抗水硝銨炸藥，藥卷直徑32 mm，周邊孔采用2#光爆炸藥，藥卷直徑22 mm。

2.3 開(kāi)挖作業(yè)循環(huán)

IIIa類和IIIb類圍巖每循環(huán)測(cè)量放樣時(shí)間一般為30 min，通風(fēng)時(shí)間一般為30 min。安全處理時(shí)間一般為30 min，圍巖支護(hù)一般可在鉆孔時(shí)間內(nèi)完成。圍巖開(kāi)挖循環(huán)時(shí)間見(jiàn)圖1。

表2 Ⅲ類圍巖全斷面開(kāi)挖爆破參數(shù)表(每循環(huán)進(jìn)尺3 m)

2.4 鉆爆法出渣方式、能力及布置

16#支洞所控主洞TBM通過(guò)段(葫蘆型斷面，樁號(hào)78+358～77+286和75+226～74+161)，在16#支洞上、下游分別長(zhǎng)2 244 m和1 953 m，Ⅲ類圍巖開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺3 m，最大斷面積為61.94 m2，主洞內(nèi)平均計(jì)算運(yùn)距1 571 m(16#支洞上游段運(yùn)距最大，為2 244 m，按其長(zhǎng)度的70%計(jì)，即2 244×70%=1 571 m)；根據(jù)斷面積大小、運(yùn)距及循環(huán)進(jìn)尺分析，按TBM通過(guò)段(葫蘆型斷面)開(kāi)挖出渣進(jìn)行配置設(shè)備較為合理，一次出渣量最大為297 m3(松方， 松散系數(shù)取1.6)，采用WA320側(cè)翻式裝載機(jī)裝渣，15 t自卸汽車直接運(yùn)輸至洞外棄渣場(chǎng)卸渣。計(jì)算可知：16#支洞所控主洞段采用1臺(tái)WA320側(cè)翻式裝載機(jī)裝渣，10臺(tái)15t自卸汽車運(yùn)輸至洞外棄渣滿足施工需要，一次出渣量最多時(shí)平均需4 h。

3 施工質(zhì)量控制與安全防護(hù)措施

3.1 爆破中施工質(zhì)量控制措施

按照新奧法原理進(jìn)行施工，堅(jiān)持“光面爆破、錨噴緊跟、監(jiān)控量測(cè)及時(shí)信息反饋”的原則，軟弱圍巖堅(jiān)持“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌”的原則，及時(shí)封閉成環(huán)。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，對(duì)圍巖提前做出判斷，擬定相應(yīng)的施工預(yù)案。

爆破是新奧法施工技術(shù)中關(guān)鍵因素，質(zhì)量控制措施有：

(1)根據(jù)圍巖的具體情況確定合理的爆破參數(shù)，其內(nèi)容包括確定單位體積巖石耗藥量、周邊孔線裝藥密度、周邊孔布置參數(shù)等。

(2)根據(jù)地質(zhì)情況，對(duì)不同的地層節(jié)理采取不同的控制措施。采取跟隨開(kāi)挖及時(shí)作地質(zhì)觀測(cè)，調(diào)整周邊孔參數(shù)、周邊孔裝藥參數(shù)等措施控制超欠挖[6]。

(3)優(yōu)化周邊孔裝藥方法。采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)和不耦合系數(shù)，充分利用炸藥爆破能量破巖，減少對(duì)圍巖的爆破震動(dòng)，提高周邊輪廓質(zhì)量[7]，減少超欠挖。周邊孔采用25 mm藥卷，導(dǎo)爆索串聯(lián)，以增大不耦合系數(shù)。

(4)嚴(yán)格控制作業(yè)質(zhì)量。作業(yè)質(zhì)量，特別是鉆孔精度和測(cè)量放樣精度對(duì)隧洞的爆破影響較大，采取如下措施：(a)采用全站儀無(wú)棱鏡進(jìn)行快速隧洞輪廓放樣和鉆孔定位，并強(qiáng)調(diào)測(cè)量人員按技術(shù)要求放樣[8]。(b)加強(qiáng)鑿巖工操作水平和責(zé)任心，控制周邊孔外插角的開(kāi)口角度。所有炮孔的孔底應(yīng)落在爆破圖規(guī)定的平面上。(c)提高鉆孔精度。(d)炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)，應(yīng)由經(jīng)考試合格的炮工負(fù)責(zé)，并嚴(yán)格按爆破圖的規(guī)定進(jìn)行。

表2 周邊孔各項(xiàng)指標(biāo)控制表

(5)勤檢測(cè)，并修正參數(shù)。及時(shí)進(jìn)行斷面檢測(cè)、地質(zhì)觀測(cè)、作業(yè)質(zhì)量檢查，及時(shí)反饋，調(diào)整下一循環(huán)的鉆爆參數(shù)。

3.2 安全防護(hù)措施

施工過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行爆破參數(shù)調(diào)整，保證光爆效果，減少超挖。鉆爆之前，測(cè)量根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸放出炮孔點(diǎn)位，鉆孔時(shí)周邊孔和掏槽孔嚴(yán)格按設(shè)計(jì)角度控制，以獲得較好的爆破效果。

裝藥由專人統(tǒng)一管理，控制好每個(gè)孔的裝藥和封堵工作。炸藥嚴(yán)格按管理規(guī)定保管和使用，設(shè)立完善的使用制度。開(kāi)挖施工過(guò)程中施工地質(zhì)與監(jiān)控量測(cè)工作必須及時(shí)到位，做好預(yù)防與處理措施防止塌方。

4 結(jié)語(yǔ)

在本隧洞預(yù)裂爆破施工中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式確定的爆破參數(shù)，爆破后的隧洞輪廓面較完整，效果比較理想，損失較小。說(shuō)明選用的爆破參數(shù)可行，為以后的類似工程具有指導(dǎo)意義。