小型洞室爆破施工技术的具体应用

2017-04-10刘娟

水利规划与设计 2017年2期

关键词：导爆管导洞洞室

刘娟

（河北省南运河河务管理处，河北沧州 061001）

小型洞室爆破施工技术的具体应用

刘娟

（河北省南运河河务管理处，河北沧州 061001）

随着我国水利工程建设量的迅速增加，水利工程施工中需要经常面对小型洞室开挖。本文针对小型洞室开挖中常用的钻爆施工技术进行了探讨，对促进施工技术的应用，提高施工质量和施工安全具有重要意义。

小型洞室；爆破施工；施工举措

随着我国水利施工技术的不断进步，爆破开挖技术在水利工程施工中获得了广泛应用。但就国内水利工程的实际施工方式来看，钻爆法仍然是洞室开挖施工的主要方式，而爆破效果则直接影响到隧洞施工的进度、质量和安全［1］。针对某水利工程中小型洞室开挖的爆破施工方式进行研究，有利于水电施工技术的发展和进步。

1 洞室控制爆破设计

1.1 药包间距

式中W1、W2为相邻两个药包的最小抵抗线。最小抵抗线W取值范围为8～20m之间。

1.2 爆破作用指数n

n的取值受自然坡和非自然坡的影响有所不同，若上式中的W为自然坡时，爆破作用指数 n取0.5，否则n取0.55。

1.3 标准抛掷爆破的单位用药量K

在具体工程施工中，爆破单位用药量受导洞岩性的影响，若爆破部位的基岩属于板岩或石英砂岩，取K=1.2～1.5kg/m3，若岩石存在严重风化，则单位用药量K取最小值。当然，K值的确定主要基于导洞岩性的观察和分析，同时还需根据小规模爆破试验结果综合确定，并根据现场因素的变化进行调整。

1.4 装药量计算

式中，

W—药包的最小抵抗线，m；

K—单位用药量，一般可取K=1.32～1.5kg/m3；n—爆破作用指数；

e—炸药换算系数，通常情况下硝铵炸药取1.0，铵油炸药取1.10；

α—地面坡角的自然坡度。

1.5 上破裂半径

式中，β—自然坡度修正系数，β=1+0.016（0.1α）3；

α、W的意义同前。

1.6 压缩圈半径R1

式中，R1—药包压缩圈半径，m；

μ—介质的压缩系数；

Q—爆破药包的装药量，kg；

Δ—炸药的密度，g/cm3。

1.7 边坡保护层厚度ρ

式中，R1—压缩圈半径，m；

B=边坡侧药室宽度的一半，m。

在具体工程中，对场坪部分，边坡全部采用小孔径深孔预裂爆破，并且预留厚度为15～20m的保护层，远远大于常规设计的边坡保护层厚度ρ值［2］。

1.8 装药结构

为了保证爆破效果，在具体工程使用中一般选用混合装药结构，可选取8%～10%的2#岩石铵梯炸药起爆药，装在中间，选用90% ～92%铵油炸药位列起爆药的四周，如图1所示。

2 起爆方法和网路设计

2.1 起爆方法

为保证爆破效果，在施工中采用复式起爆网路，起爆采用爆破作业通用的非电毫秒雷管，利用塑料导爆管进行起爆网路联接。为便于采用电力起爆器起爆，在起爆网络的最后需要设置两发电雷管。

图1 洞室爆破装药结构示意图

2.2 洞室爆破网路设计

每个药室作为起爆网络的基本构成单元，其中包括4发非电毫秒雷管，其中每2发构成一个起爆体，共两组起爆体，确保起爆效果［3］。4根导爆管引出洞外，在洞外用联接成大间隔等微差复式网路，起爆间隔设计为110～200ms。起爆网路如图2所示。

图2 洞室爆破起爆网路示意图

3 洞室爆破钻爆施工设计

3.1 平洞开挖断面设计

平洞断面设计成梯形，主洞顶宽0.8m，底宽1.4m，高1.8m；支洞顶宽0.8m，底宽1.2m，高1.4m。平洞底面设计成0.5%～1.0%的斜坡，洞口低，以利于洞内排水。

药室为长方体，药室体积计算公式为：

其中：KV—药室扩大系数，取1.4～1.5；

Q—药室总装药量，t；

Δ—炸药密度，t/m3。

3.2 平洞开挖钻爆设计

根据实际开挖断面的大小，在整个开挖断面上共布置10～14个炮眼，其中掏槽眼5～7个，顶眼2～3个，底眼3～4个，钻眼斜率为15%，见图3与表 1［4］。

图3 平洞断面钻爆设计图

表1 平洞开挖炮眼布置表

3.3 平洞堵塞设计

平洞堵塞是爆破施工过程中的重要步骤［5］，平洞堵塞的基本原则是：每一个药室口要堵3m左右，如果遇到丁字或十字口堵则需要堵4m，在各导洞口处要加大堵塞长度，以保证堵塞效果，因此堵塞长度应当加大到6～7m。一般来说，爆破设计中总堵塞量应该达到导洞总长度的25% ～30%左右。对于堵塞材料的选择一般可以选用碎石渣或粘土，这类材料一般容易获得，降低施工成本。

在堵塞过程中需要特别注意导爆管的防护工作。具体的保护方法可以采用如下两种：一是采用悬挂保护的方式，具体做法是在导洞壁钉钉子然后将导爆管悬挂于洞壁，同时将堵塞段的导爆管利用塑料袋或其它适合的物品进行包装；二是采用埋藏法，也就是在导洞底挖出一定深度的凹槽，然后将导爆管置于槽内并进行适当的掩埋措施。

4 导洞开挖施工组织设计

4.1 危险品仓库

安全、方便是危险品仓库设计和管理主要原则［6］。仓库的选址需要经过公安管理部门的批准，建于附近的安全地带。仓库的作用在于储存小爆破所需的器材，而大爆破所需的炸药则需要在爆破前运入工地并迅速装入药室，不可在仓库长时间存放，如果由于现场原因，确实不能当天及时装入药室的，可利用临时仓库储存，并派专人严加看守。

4.2 主要机械配备

导洞开挖过程中要采取措施实施交叉作业，以达到充分利用空压机的目的，同时所有的工作面都应该能够在钻爆、通风、出碴三道工序做到分配均匀。一般来说施工中常用的机械设备如表2所示

其中的风管、水管属于易耗品，因此应依据工程施工过程中的实际需要及时配备。

4.3 施工进度

为了保证施工进度，进一步缩短施工工期，导洞的掘进作业可以采用三班作业制，每个作业循环的时长设计为8h，一天可以完成3个循环。

表2 所需设备一览表

从具体每个施工循环来看，设计钻孔 10～14个，平均每个钻孔深度为1.5m左右，因此每个施工作业循环可以完成进尺1.2m，照次计算，每个工作面的每日进尺为3.6m。雨季每次爆破作业的最长主洞为40～50m，则主洞开挖的工期为14天，再加附属工作的施工大约需要6天时间，因此每次爆破开挖的时长大约为20天。

4.4 导洞、药室开挖的注意事项

（1）由于爆破施工具有一定的危险性，因此对工作的技术性要求很高，所以所有参与施工的工作人员都必须有相应的资质，严禁无证人员上岗［7］。

（2）要严格爆炸物品的管理工作，从物品的储存、分发、领取以及使用，必须要责任到人或专人负责，同时还应该做到随取随用，当天没有使用的必须要退回库房。

（3）爆破作业现场属于高危地区，因此应该严禁火种入内，特别是用于照明的必须是低压电照明，严禁使用蜡烛等有明火的照明方式，点炮前，要进行人数清点，确保人员安全后方可点炮。

（4）在爆破后，要及时进行通风工作，只有烟雾等污染物全部排除干净后，安全员方可进入，并进行通风和洞顶的情况检查，特别是洞顶的危石，一定要及时处理，然后方可进行出渣作业。

（5）导洞开挖时要注意及时测量偏差程度，特别是药室一定要按设计尺寸开挖，并做好复核和统一验收工作。

4.5 装药、回填注意事项

（1）成立现场施工调度站

装药和回填是施工过程中最为重要的二道工序，同时由于洞内空间狭小，给作业工作带来极大的不便。在施工过程中出于达到安全施工，缩短施工工期的目的，可以考虑设立施工调度站，统一安排施工作业工作。

（2）装药

装药时要利用手推胶轮车将炸药推入药室，并由值班人员核对装药数量并做好记录，如果药室内潮湿或积水，则需采取防潮处理。

炸药进入药室后，应叠放整齐，并将起爆体置于中间偏上位置。在装药工序上要采取先难后易的原则，从里向外逐个洞室进行装药，每个洞室装填完毕后，要立即进行回填堵塞。