导流隧洞封堵混凝土内放水洞爆破开挖控制技术

韩可林 赵银超（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410004）

导流隧洞封堵混凝土内放水洞爆破开挖控制技术

韩可林 赵银超
（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410004）

某工程因工程需要，需在原导流隧洞内原已施工完成的封堵混凝土重新开挖放水洞，放水洞断面为城门洞型，过水断面尺寸8.5 m×7.5 m（宽×高），文章主要研究复杂环境下堵头C20混凝土爆破开挖控制爆破技术，安全振速控制在设计要求范围之内，保证周边建筑的安全，确保开挖快速进行，满足工程工期要求，可为类似工程提供参考依据。

导流隧洞封堵混凝土 爆破控制 爆破技术

1 概 述

某工程因工程需要，需在原导流隧洞内原已施工完成的封堵混凝土重新开挖放水洞，改建放水洞段由进口平段、中间斜坡段及出口渐变段三段构成。

（1）进口平段（导0+222.00～导0+232.00）。

进口平段长10 m，位于导流洞临时堵头A段内，底板高程1135.00 m，断面为城门洞型，过水断面尺寸8.5 m×7.5 m（宽×高），开挖尺寸8.8 m×7.9 m。

（2）中间斜坡段（导0+232.00～导0+276.00）。

中间斜坡段长44 m，位于临时堵头A下游、临时堵头B段及永久堵头第一段上游，进出口底板高程分别为1 135.00 m、1 132.72 m，坡度7.61%。断面为城门洞型，过水断面尺寸8.5 m×7.5 m（宽×高），开挖尺寸8.8 m×7.9 m。

（3）出口渐变段（导0+276.00～导0+286.00）。

出口渐变段长10 m，位于永久堵头第一段下游，由城门洞型断面（8.5 m×7.5 m）渐变为方型断面（8.5 m×6.18 m）接弧门闸室段。进出口底板高程分别为1 132.72 m、1131.30 m，上游长4.6 m段底坡为7.61%，下游长5.4 m段底坡为0。顶板采用1∶6压坡过渡。

2 开挖程序及控制标准

2.1 开挖程序

堵头段开挖分三段进行：

（1）首先开挖永久堵头第一段（导0+262.00～导0+286.00）。

（2）临时堵头B全段及临时堵头A下游5 m段（导0+232.00～导0+262.00）。宜在闸室混凝土浇筑完成后进行堵头内混凝土洞挖。

（3）临时堵头A预留10 m段（导0+222.00～导0+232.00）。应在弧门安装、调试完成并具备挡水条件后方可开始实施洞挖作业。该段洞挖分两期开挖，一期先开挖4 m，应在水库水位降低至1 175 m以下后开始；二期开挖最后6 m，应在在堵头前导流洞内积水水位低于放水洞进口底板高程后进行。预留段开挖前，组织各方对堵头前导流洞衬砌结构安全状况、堵头前水位状况进行安全评估，安全评估意见认为堵头前衬砌结构安全，具备预留段开挖条件后，方可进行预留段开挖工作。

预留段最小长度采用DL/T 5195-2004《水工隧洞设计规范》中推荐的封堵体抗滑稳定计算公式计算，在不同水位情况预留段最小长度计算成果见附表。

附表 不同水位情况预留段最小长度成果表 m

（4）开挖后，先将开挖面上外露的脚手架钢管用砂浆回填密实；边墙、顶拱开挖面应适时采用喷10 cm厚C25钢纤维混凝土进行支护；第一、第二段开挖完成后，进行已开挖段底板20 cm厚C25找平混凝土浇筑，再全断面涂抹5 cm厚环氧砂浆。

2.2 爆破标准

放水洞在封堵混凝土内开挖施工是导流洞改建难点，施工中应确保导流洞堵头、洞身衬砌结构、放水洞弧门闸室结构、放水洞弧门、防渗帷幕、地下厂房及引水发电洞等周边建筑物、设备的稳定安全运行。

按照GB 6722-2011《爆破安全规程》及DL/T 5389-2007《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》等规范规定，并参照国内有关控制爆破工程的实践经验，确定邻近建筑物爆破质点振动速度安全控制标准如下：

（1）新浇混凝土。初凝～3 d，安全允许振速：2.0 cm/s；3～7 d，安全允许振速：3.0 cm/s；7～28 d，安全允许振速：7.0 cm/s；28 d以上10.0 cm/s。

（2）堵头段新老混凝土结合面。安全允许振速：7 cm/s。

（3）灌浆区安全允许振速：3 d内不能受振；3～7 d：0.5 cm/s；7～28 d：（2.0～5.0）cm/s；28 d以上，5.0 cm/s。

（4）电站进水口。闸门系统允许振速：5.0 cm/s，混凝土允许振速：10 cm/s。

（5）引水道允许振速：10.0 cm/s。

（6）电站中心控制室设备的安全允许振速：0.9cm/ s（运行）、2.5 cm/s（停机）。

（7）主变室的安全允许振速：0.9 cm/s。

（8）预应力锚索及锚杆允许振速。3 d：1.0 cm/ s；3～7 d：1.5 cm/s；7～28 d：（5.0～7.0）cm/s；28 d以上：7.0 cm/s。

（9）喷混凝土安全允许振速。1～3 d：1.0 cm/s；3～7 d：2.0 cm/s；7～28 d，（5.0～10.0）cm/s；28 d以上，10.0 cm/s。

上述控制点为被保护建筑物或设备距离爆破区最近的点。

3 开挖爆破控制施工技术

3.1 工程难点

放水洞开挖是在导流洞混凝土堵头内进行，环境复杂，控制要求高，施工难度大。

（1）环境复杂：附近有大坝防渗帷幕、地下厂房、引水发电洞等。

（2）爆破安全控制要求严：必须确保爆破不会对上述建筑物产生影响；同时还要采取有效措施，尽可能减少对导流洞堵头混凝土本身强度以及洞身衬砌结构的影响及新浇混凝土结构的影响。

（3）施工干扰大：改建工程空间狭小，施工通道仅一条，爆破开挖、混凝土浇筑、闸门安装等存在施工交叉，相互干扰。

（4）堵头内存在施工钢管：据了解，临时堵头A、B段混凝土内有2 m×2 m钢管排架，永久堵头内也有少量的钢管，这对放水洞成型不利，极有可能对保留混凝土产生拉裂破坏。

3.2 爆破试验

3.2.1 爆破试验目的

（1）优化混凝土内隧洞开挖爆破参数；

（2）提高炮孔有效利用率，增加爆破单循环进尺；

（3）提高炸药能量利用率，降低炸药单耗；

（4）改善光面爆破效果，减少超欠挖；

（5）通过爆破振动监测，对爆破施工进行反馈控制，确保周围建筑物安全。

3.2.2 爆破试验方法

结合施工，分别进行2～3组爆破试验。试验内容包括：掏槽形式、掏槽孔的布置，辅助孔、周边孔的爆破参数优化，雷管段别的选择及起爆网路优化等。

（1）对掏槽形式进行试验研究：炮孔有效利用率低，大多情况下与掏槽爆破的效果有关，如掏槽深度没有达到设计进尺，就会影响后续辅助孔、周边孔的爆破进尺。因此，对掏槽形式、起爆顺序、起爆时差进行优化，使先爆孔能为后爆孔创造有利的瞬间临空面，改善后爆孔的爆破效果。

（2）优化炮孔布置：对炮孔布置进行优化，使炸药能量均匀分布，减少炸药能量浪费。

（3）优化光面爆破的装药结构：光面爆破质量的好坏，主要取决于钻孔质量、装药结构、起爆方式。

（4）爆破试验时，进行爆破振动监测，掌握爆破振动传播规律，对爆破施工进行反馈分析，确保周围建筑物的安全。

3.3 爆破方案

3.3.1 总体方案

采用手风钻浅孔、中心掏槽、周边光面爆破、短进尺、多循环的总体施工方案。

按设计要求，放水洞开挖分3个阶段进行：

（1）第1阶段：永久堵塞段开挖，该段长24 m，其中14 m有3 m×3.5 m灌浆廊道，爆破时可利用该廊道作为临空面，周边布置光面爆破孔爆破方案；其余10 m需采用中心掏槽、周边布置光面爆破孔爆破方案。

（2）第2阶段：临时堵塞段B总长为30 m，爆破时需采用中心掏槽、周边布置光面爆破孔爆破方案。

（3）第3阶段：临时堵塞段A，预留段长为10 m，爆破时需采用中心掏槽、周边布置光面爆破孔爆破方案。

3.3.2 爆破方案

为确保安全和成型效果，施工初期的循环进行按1.5 m进行，通过试验，再逐步提高到2.0 m、2.5 m。

设计的放水洞开挖断面形状有矩形、城门洞型及过渡段。

开挖主要爆破参数有：

钻孔直径：手风钻钻孔，钻孔直径为40 mm。

主爆孔：一般主爆孔的孔距、排距0.7 m，孔深1.5 m，连续装药长度0.8 m，堵塞长度0.7 m；主爆孔加强装药，其孔、排距为0.7 m，孔深1.8 m，连续装药长度1.2 m，堵塞长度0.6 m。

缓冲孔：紧邻预裂孔的一圈炮孔作为缓冲孔，一般缓冲孔距离光爆孔0.6 m，孔距0.7 m，孔深1.5 m，连续装药长度0.7 m，堵塞长度0.8 m。主缓冲孔孔距适当加密并加强装药，孔深1.8 m，连续装药长度1 m，堵塞长度0.8 m。

预裂爆破孔：孔距0.4 m，孔深1.8 m，左右边墙和拱顶的预裂孔线装药密度250 g/m，堵塞长度0.6 m。

底板预裂孔线装药密度550 g/m，堵塞长度0.6 m。所有的预裂孔底部均装1节炸药，剩余的炸药沿炮孔装药段均匀分布。采用不耦合不连续装药方式，用竹片绑扎导爆索和药卷送入孔底。

主爆孔和缓冲孔连续装药，必须用炮棍捣实并确保装药到孔底，孔内用非电导爆管雷管延时微差起爆。预裂孔采用导爆索联网并进孔起爆。

起爆网络：采用预裂爆破方式，即周边的预裂孔先于其它炮孔起爆。主爆孔、缓冲孔孔内采用单发雷管，预裂孔在导爆索两端各用一发雷管起爆。孔内导爆索与网路导爆索之间搭接采用水手结或十字搭接，导爆索应该牢固连接，不能松散。导爆管联网时就近“一把抓”式并联联结，距离较远处导爆管长度不够时，用MS1段雷管加长。

炮孔布置左右对称，在4个角处适当加密并加强装药所有的炮孔直径均为42 mm，采用粘土堵塞。

最大单响药量22.7 kg，一次爆破总药量132.8 kg，一次爆破方量86.93，平均炸药单耗1.53 kg/m3。

附图为爆破典型断面图。

附图 爆破典型断面图

掏槽形式：一般采用楔形或直线形掏槽。楔形掏槽效果好，但施工角度控制难度大，孔深根据钻孔角度进行调整；直线形掏槽效果不及楔形掏槽，但施工简单。

炸药类型：由于导流洞内有渗水，需采用塑料卷状乳化炸药，炸药直径为32 mm。

起爆网路：采用塑料导爆管雷管孔内延时起爆网路。为减少爆破振动，应尽可能减少单段药量，因此，MS1～MS15段雷管都用上。

4 开挖施工爆破检测成果

4.1 测点位置

（1）厂房2#机组旁边墙，为1#测点。

（2）中控室地面，为2#测点。

（3）1182灌浆廊道25#坝段，为3#测点。

（4）引水洞堵头旁边，为4#测点。

（5）导流洞与进导流洞交通洞交叉部位，为5#测点均监测水平切向、铅垂向以及水平径向质点振动速度。

4.2 检测成果

爆破振动监测成果见表2。

韩可林（1971-），男，高级工程师，主要从事水利水电及铁路工程施工技术，手机：13755111480。