来宾市加旦—良马隧洞工程洞挖爆破方案设计

严立炜

(福建省水利水电工程局有限公司,福建 泉州 362000)

来宾市加旦—良马隧洞工程洞挖爆破方案设计

严立炜

(福建省水利水电工程局有限公司,福建 泉州 362000)

广西壮族自治区来宾市地区，属于干旱地区。桂中治旱引水工程主要采用引水隧洞工程。由于工程处于溶蚀裂隙发育较强烈的灰岩地带，在隧洞施工过程中，溶蚀裂隙对隧洞爆破产生的影响比较大，由于裂隙会吸收爆破动能，爆破施工难度高,因此选取合适的爆破设计措施,是建设项目能否保障质量、进度,在经济上能否取得显著效益的关键。本文通过分析比较现场实际爆破施工，证明优化方案效果。

隧洞；溶蚀裂隙；爆破设计

1 工程概述

广西桂中治旱乐滩水库引水灌区工程位于广西来宾市地区，设计灌溉面积8.586万hm2，属大(2)型灌区，而加旦—良马隧洞单项工程属于乐滩水库引水灌区工程的一部分，其工程等别与整个灌区工程相同，即为Ⅱ等工程。 加旦—良马隧洞为3级建筑物。

加旦—良马隧洞工程为广西桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程的单项工程，进口位于忻城县城关镇甘香村加旦屯以南500 m的山坡脚处，出口位于忻城县城关镇龙午村甘盆屯东北约750 m的山坳处。隧洞设计流量66.47 m3/s，长1659 m，隧洞进口底高程为102.70 m，出口处底板高程为102.47 m，底坡为1/7200，隧洞净宽8 m，净高8.26 m，开挖宽度8.6 m。

2 工程地质

隧洞进口段(桩号7+495～7+506.6 m):沿线地面高程115～150 m，自然边坡坡度32°～41°。覆盖层为残破积含碎石夹带有部分黏土，隧洞围岩上覆岩体厚度10～36 m，弱风化，溶蚀裂隙发育。

桩号7+506.6～8+012 m段：沿线地面高程140～260 m，自然边坡坡度32°～41°，7+645～7+768 m段位于背斜核部，洼地、冲沟发育,高程约140 m。岩石较坚硬，溶蚀裂隙发育，隧洞轴线和岩层走向夹角约为54°。

桩号8+012～8+137 m段：为过洼地段，沿线地面高程127～152 m，自然边坡坡度30°～43°，洼地底高程约127 m。向斜核部岩体稍破碎。隧洞上覆岩体最小厚度约15 m。

桩号8+137～8+376 m段：沿线地面高程153～251 m，岩石较坚硬，岩体完整，局部溶蚀裂隙发育，隧洞轴线和岩层走向夹角约为53°。

桩号8+376～8+493 m段：为过洼地段，沿线地面高程150～168 m。溶蚀裂隙发育，隧洞轴线和岩层走向夹角约为54°。

桩号8+493～9+138 m段：沿线地面高程163～318 m，弱～微风化，单层层厚一般为0.4～2.3 m。岩石坚硬，局部溶蚀裂隙发育，隧洞轴线和岩层走向夹角约为53°。

隧洞出口段(桩号为9+138～9+154 m): 沿线地面高程130～112 m，自然边坡坡度为38°～63°。上覆岩体厚度6～22 m。洞身岩层走向和隧洞轴线的夹角约为53°，倾角10°～12°；隧洞洞径为7.0 m，隧洞上覆岩体厚16～214 m。隧洞围岩为坚硬岩，微风化～新鲜，过沟及洼地洞段岩体破碎、溶蚀裂隙发育强烈，其余部位岩体岩溶裂隙发育，裂隙面多起伏粗糙。隧洞围岩类别以Ⅲ类为主。

3 隧洞爆破施工设计

3.1 开挖方式

隧洞开挖方式有多种，有爆破法和无爆法施工。爆破法施工主要是指钻爆施工，又分为全断面一次开挖法、分台阶开挖法、分部开挖法等；无爆法施工为盾构法及掘进机施工。无爆法施工速度快、机械化、自动化程度高，施工安全；但无爆法施工要求技术水平高，施工人员的素质高，施工成本高。由于本工程为1.7 km输水隧洞，工程造价较低，所以本工程采用全断面钻爆法施工。

3.1.1 全断面开挖法的优点

(1)开挖断面与施工作业空间大、施工工序少、施工干扰小[1]，便于施工组织与管理。

(2)施工时有条件可以充分使用机械，减少人力，改善施工人员劳动条件。

(3)开挖工作面大，钻爆法施工效率高，可以采用深眼爆破的方法，加快掘进速度。

(4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定，特别是对溶蚀裂隙发育较发达，局部岩层存在破碎情况的地带，能保证施工安全。

(5)节省工作时间，节约火工材料，保证施工经济性。

3.1.2 分台阶开挖法优缺点

(1)分台阶开挖法可以分台阶施工，取得较大工作空间，同时上下层开挖可以有较快的施工进度；但如果施工作业没有及时安排衔接好的话，上下台阶施工会造成相互干扰，影响施工进度。

(2)分台阶开挖法在开挖面较破碎时可以保护开挖面，保证开挖面稳定；但是由于分台阶开挖，造成多次爆破，会增加对围岩的扰动次数，下台阶施工作业时会对上台阶围岩的稳定性产生干扰。

3.1.3 分部开挖法优缺点

(1)减小了每个坑道的跨度，增强围岩的相对稳定性[2]，易于进行局部支护，适用于软弱破碎岩层或设计断面较大的隧洞。

(2)采用导坑超前开挖，有利于提前探明地质情况，便于及时处理。

(3)开挖工序多，施工干扰大，增加组织管理难度，增加对围岩扰动次数，不利于围岩稳定，施工速度较慢。

根据各方法的优缺点选取适合本工程的施工方法。由于本工程隧洞围岩以Ⅲ类、Ⅳ类围岩为主，而且隧洞开挖断面为8.6 m×8.71 m，洞挖施工时采用全断面一次开挖法。

3.2 钻爆设计

3.2.1 开挖炮眼数目

造孔采用YT28型凿岩机钻孔，炮眼的数量和位置会决定隧洞开挖石方量、开挖进尺、隧洞开挖成型效果和火工材料的损耗多少[3]。炮眼中的掏槽眼、辅助眼采用人工连续装药，用非电毫秒导爆管形成网路连接炸药并起爆，炸药可采用直径φ32 mm的2#岩石硝铵炸药或乳化炸药。装填系数0.65～0.8。考虑本工程中的围岩基本为Ⅲ、Ⅳ类别，可将每排炮隧洞洞挖进尺控制在2.5～2.8 m 左右，掏槽眼采用楔形布置，直线掏槽，优点是可以节约药量，以相对较少的药量进行掏槽爆破。掏槽孔孔深初设为2.0～3.8 m，经多次现场施工确定为3.3m，辅助孔孔深为3.0～3.3 m，光爆孔沿隧洞周边布置，孔深3.0～3.3 m，间距为0.60 m，在施工中，先暂定按式(1)计算，再根据现场多次爆破施工和作业情况对参数作出调节，以达到最佳经济爆破效果。

炮眼N，按公式(1)计算：

N=(q×s)/(r×η)

(1)

式中：q为炸药单耗量，取=0.93 kg/m3；s为隧洞开挖面积，s=67.57 m2；r为隧洞每延米炸药的药量，其中2#岩石硝铵炸药取r=0.8 kg/m;η为炮眼装药系数，该方案中取η=0.7；经计算，N=113，光面爆破需多增加周边眼17个，共计130个。

炮眼布置具体见图1。

3.2.2 计算每种炮眼的装药量

(1)掏槽炮眼，计算公式为：

Q1=η×L×r

(2)

式中：η为炮眼装药系数，取η=0.8；L为眼深，L=3.0 m;r为每米长度炸药的药量，r=0.8 kg/m;经计算取Q1=1.92 kg(每个掏槽炮眼需要炸药1.92 kg)。

(2)辅助炮眼，计算公式为：

Q2=η′×L×r

(3)

式中：η′为炮眼装药系数，取η′=0.7；L为眼深，L=2.5 m；r为每米长度炸药的药量，r=0.8 kg/m；取Q2=1.4 kg(每个辅助炮眼需要炸药1.4 kg)。

图1 隧洞开挖爆破炮眼布置图(单位：cm)

本工程需要采取光面爆破(光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸产物的膨胀作用使裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。)，根据图1，最外面一排辅助炮眼即为光爆孔，光爆孔装药采用经验数据:光爆孔装Ф25 mm光爆药卷，人工装药，每米装药量△=250 g/m。

人工进行炸药安放前按照本工程的爆破设计图准备好火工材料，炸药安放前，炮眼必须先用空压机中的高压吹风清理钻孔，并由爆破员和爆破安全员检查钻孔是否有堵塞或坍孔的情况，然后按爆破设计图中的区域安装炸药并链接导爆网络。炸药安装应按先上后下，先周边后中间，导爆管连线捆绑。为控制爆破有害效应，根据炮眼布置图计算隧洞单次爆破开挖的最大装药量≤158.5 kg。

3.2.3 爆破参数

针对该工程实际情况选用爆破参数，由于本工程光爆效果需要达到残孔率80%以上，在施工中可按照选定的参数总结每次爆破效果，测量半径和轮廓不平整[4]，不断调整爆破参数，光爆参数见表1、其他炮眼参数见表2。

光面爆破参数说明：

周边孔间距a=0.6～0.5 m；密集系数m=a/W=0.65～1.0，Ⅲ类可选为0.5～0.4；最小抵抗线W=0.65～0.55 m。

表1 光爆参数

表2 炮眼、炸药参数

注：①初步设计每排炮的进尺约为2.3～2.5 m，开挖石方方量161～175 m3，预计炮眼利用率80%～88%。②炸药单耗量0.8～0.9 kg/m3。③光爆周边眼采用Φ25×200小药卷，其余炮眼采用2#硝铵Φ32×200药卷，遇有水炮眼(隧洞底板眼)采用乳化炸药。

3.2.4 连线、起爆

隧洞开挖起爆采用非电起爆网络，掏槽孔采用非电毫秒雷管直接起爆，光爆孔采用间隔装药，用非电毫秒延时雷管孔口起爆和导爆索传爆[5]。隧洞爆破顺序按直线掏槽孔→周边辅助孔→光爆孔的顺序分序起爆。

3.3 使用该爆破设计方案效果比较

本工程于2011年1月3日开始隧洞开挖施工，从2011年4月开始进行爆破设计调整，爆破出现明显效果，相同循环数的情况下[6]，每排炮洞挖尺寸比爆破设计调整前可多出0.4～0.5 m，每天可多完成0.8～1.0 m，每天可节约炸药20～54 kg，残孔率提高18%～32%，有效提高了生产产值，节约了施工成本并提高了施工质量，截止至2011年10月平均每天进口洞挖施工比较数据如表3所示。

表3 爆破设计方案效果比较

4 结 论

根据该设计方案及地质情况，Ⅲ类围岩地段计划循环进尺为2.5～3.0 m，隧洞实际一循环进尺为2.5～3.2 m； Ⅳ类围岩地段计划循环进尺为2.0 m，实际一循环能达到1.8～2.2 m，残孔率≥81%。在溶蚀裂隙发达地区，避免了使用大量火工材料造成的浪费，也保证了足够的火工材料能完成隧洞开挖的光爆效果，减少超挖工程量和降低工程造价，获得了良好的经济效果，在同类工程地质施工中，可予以借鉴推广。

[1] 李健.浅谈小断面隧洞工程开挖爆破施工控制[J].科技视界,2016,13(9):211-212.

[2] 杨玉银,廖成林,温定煜,等.南水北调穿黄河隧洞爆破振动控制技术研究[J].工程爆破,2013,19(5):17-20,44.

[3] 何宇,黄明猛,詹俊阳,等.复杂环壤下隧洞弱振动爆破技术研究[J].中国农村水利水电,2013,33(10):61-63.

[4] 韦庆华.光面爆破技术在引水隧洞特殊洞段开挖中的应用[J].企业科技与发展,2015,23(11):42-44.

[5] 高培松.公路隧道上跨供水隧洞爆破振动监测技术浅析[J].城市建设理论研究,2015,32(8):3048-3049.

[6] 陈思雄.旁多水库灌溉输水洞工程光面爆破设计[J].四川水利,2016(S2):44-47.

严立炜(1982-),男，福建南平人，工程师，主要从事水利水电工程施工方面的工作。E-mail:3510434055@qq.com。

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