城门洞型小断面输水隧洞光面爆破设计
2017-11-01顾海涛
顾海涛
（山西省漳河水利工程建设管理局，山西 长治 046000）
城门洞型小断面输水隧洞光面爆破设计
顾海涛
（山西省漳河水利工程建设管理局，山西 长治 046000）
以辛安泉供水工程总干1号隧洞工程为例，对城门洞型小断面输水隧洞光面爆破的炮眼布置、炮眼数目、钻爆方式、装药构造、起爆方法等爆破参数以及爆破质量与安全的控制措施进行论述，在施工实践中取得了良好的爆破效果。
输水隧洞；光面爆破；爆破参数；爆破质量
1 工程概况
山西省辛安泉供水改扩建工程总干1号隧洞工程，位于长治市平顺县及潞城市境内，主洞全长6667.86 m（ZG 0+000～ZG 6+667.86），设计坡度为1/2500，共设2条支洞，1号支洞长117.44 m，2号支洞长220.87 m，断面为城门洞型。以Ⅲ类围岩为主，开挖断面尺寸为3.26 m×3.715 m（宽×高），设计流量为5 m3/s。隧洞埋深一般为小于130 m，最大达300 m。洞身段地层主要涉及寒武系中统张夏组（∈2z）厚一巨厚层鲕状灰岩夹薄层灰岩，泥质条带灰岩。按照工程现场情况，采用光面爆破的开挖方案。
2 光面爆破施工方案
2.1 爆破施工程序
前期准备、测量放线、布孔、钻孔、清孔、装药、警戒、网络连接、检查、起爆、安全检查、警戒解除、出石渣、爆破效果描述、地质围岩描述。
2.2 开挖方式及配套机械
总干1号隧洞开挖截面面积只有11.1 m2，采取光面爆破技术进行隧洞开挖，具有技术和经济上的可行性。
配套机械。在掌子面的钻架上，布置2台YT 24型气腿式凿岩机进行钻孔作业；采用20 m3的电动空压机，通过D108钢管向隧洞内供风；供水通过洞外供给；隧洞的进口、1号支洞、2号支洞、隧洞出口，各安装1台变压器，将电缆分别从4个洞口引入洞内供电。
2.3 参数设计
2.3.1 炮孔数目
爆破开挖的方量、残孔率、开挖进尺都取决于炮眼的数量。在开挖过程中，炮眼数目按照实际情况可动态调整。针对Ⅲ类围岩，按公式（1）计算炮眼数目。
式中：N——炮眼数；
q——炸药单耗量，取3.0 kg/m3；
s——开挖面积，取11.1 m2；
r——每延米的用药量，取0.78 kg/m；
n——炮眼装药系数，取0.7。
经计算，N=61。
2.3.2 每个炮眼的装药量
掏槽眼装药量计算见公式（2）。
式中：n——炮眼装药系数，取0.8；
L——炮眼深，取2.27 m；
r——每延米炸药量，取0.78 kg/m。
经计算，Q1为1.42 kg，取1.4 kg。
辅助眼装药量计算见公式（3）。
经计算，Q2为1.24 kg，取1.20 kg。
光面爆破参数：
根据每次爆破，统计残孔率和表面平整度，对爆破参数进行分析，及时修正各类参数。周边孔间430～645 mm；密集系数0.65～1.0，Ⅲ类可选为0.7～0.8；最小抵抗线400～600 mm。
隧洞开挖爆破参数表如表1。
2.3.3 光面爆破时注意以下事项
取得很好光面爆破效果的前提，是周边布设的孔应同时爆破；爆破的程序为先掏槽孔，然后辅助孔，接着再起爆周边孔，最后起爆底孔；为避免超挖和减少工程造价，在施工的过程中要加大断面测量的频次，并实时处理个别欠挖的地方，提高开挖断面的平整度。
表1 隧洞开挖爆破参数表
3 钻爆施工工艺
3.1 钻爆方式
采用光面爆破的开挖方式进行钻爆设计，光面爆破的孔间距为45～55 cm，采用间隔装药。首先非电毫秒导爆管雷管引爆导爆索，然后导爆索再将炸药起爆传爆，采取炮泥将孔口堵塞。炮孔要沿着开挖轮廓线平均布置，炮孔残孔率在80%以上，确保爆破断面与设计轮廓线一致。掌子面附近的岩石中不得有显著的裂缝，尽量避免欠挖。
掏槽眼和辅助眼的装填系数为0.7~0.85。掏槽方式，为避免围岩夹制力的破坏，每次循环的进尺控制在2 m，掏槽型式采用楔形掏槽方式，以保证掏槽的效果。
3.2 钻孔作业
钻孔前由专门人员标出掏槽孔、辅助孔及周边孔的位置。在施工掌子面采取2台YT 24型气腿式凿岩机钻炮眼，孔深为2.3 m，由经验丰富的司钻人员根据设计指定的炮眼位置及钻孔深度、角度和孔径依次进行钻孔。
3.3 装药联网起爆
首先要提前备好炸药和雷管，炸药和雷管要做好防水，装药前要对炮孔参数进行检查，然后用空压机进行清孔，最后装药联线。从上部到下部、从两边到中间进行装药。装药完以后经专职人员巡查后再进行爆破。
装药。掏槽眼、辅助眼、底板眼、光面眼均为直径32 mm，装2号岩石硝铵炸药。
起爆材料，孔内的雷管采取MS 1～15段非电毫秒导爆管雷管，起爆雷管采取8号钢质电雷管；起爆方法，采取8号钢质电雷管，引爆非电毫秒导爆管雷管，然后再用非电毫秒导爆管雷管来起爆炸药；起爆顺序，先掏槽孔，然后辅助孔，接着再起爆周边孔，最后起爆底孔。
4 爆破质量与安全
4.1 爆破振动安全判据及允许标准
我国采用安全判据和安全允许标准，评价爆破对不同建（构）筑物的影响。按照我国《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定，地面建（构）筑物爆破的振动安全判据，采取保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率作为评判依据。其中水工隧洞的安全允许振速为7～15 cm/s。
4.2 爆破振动速度计算式
计算爆破振动安全容许速率见公式（4）。
式中：v——隧洞质点的振动安全容许速度，cm/s；
W——爆破装药量，kg；
D——爆破药量布置的几何中心到保护对象的距离，m；
K、a——与现场的地质围岩特征、爆破条件以及构筑物、保护对象相对位置等相关的常量，由现场爆破试验取得。初选时，可按下面的数值选取：爆破不同岩性的K、a，坚硬岩石的K为50～150，a为1.3～1.5；中硬岩石的K为150～250，a为1.5～1.8；软岩石的K为250～350，a为1.8～2.0。
4.3 爆破振动速度计算结果
隧洞出口段装药量W最大一次为78 kg，距周围最近的民宅距离D为1500 m，根据岩石的岩性，K取160，a取1.8，爆破振动速度计算结果v为0.04 cm/s，符合设计规范要求，工程爆破施工不会对周围房屋产生影响。
4.4 爆破施工质量与安全控制措施
总干1号隧洞工程的爆破施工，采取非电毫秒导爆管分段簇联电雷管引爆系统。为保证爆破施工的安全性及提高隧洞爆破的开挖质量，避免遗留欠挖或者超挖的问题，对后续工程产生影响，要求采取安全、质量控制措施保证爆破施工质量。
4.4.1 安全控制措施
不允许在同一施工面用不同批号、不同厂家的雷管，爆破工具要符合国家标准，并经过严格检验，不合格的不能在施工现场使用。同时要对爆破材料严格保管，每日登记炸药的出入库量、使用地点、炸药型号。现场做好安全巡视检查，严禁爆破器材乱丢乱放。
有以下情形的，不得进行爆破施工：掌子面有冒顶或边帮滑落危险；通道不安全或两条支洞堵塞；掌子面有涌水或炮眼的温度异常；危及设备安全，却无有效防护措施；掌子面灯光昏暗。
爆破作业以后，在检查人员确认爆破完成、没有盲爆后，爆破施工人员方可进入爆破作业点。
爆破以后进入掌子面时，要立即检查支护是否存在安全隐患、有无盲炮等情况，如果发现存在隐患，要立即由专业人员处置后才能进行后续工作。
应在安全的地方制作起爆药包及爆药卷，加工量要与当天爆破开挖的需要量相匹配。
装药前先对炮眼进行清理和验收，装药时要采用木、竹制作的炮棍，装完炸药后要用炮泥堵塞，操作要轻柔，不使劲过大。
发现有盲炮或感觉可能有盲炮，当班爆破员应立刻处理，无关人员不得在施工现场逗留。当班来不及处理，应详细交班。没有处理完盲炮之前，不得在掌子面进行下一道工序。
冬季施工时，要及时将隧洞内的雾气及时排出，以免影响隧洞内的施工作业，特别是出渣人员的安全。
爆破时要加强警戒与撤离，在临近爆破洞口500 m以内，公告爆破的时间和爆破信号，实行定时爆破，爆破前后10 min对距隧洞口200 m范围实行封锁和交通管制。在爆破施工前，严格执行爆破作业的规章制度，通过多种形式对爆破作业人员进行安全生产教育。4.4.2 质量控制措施
钻孔质量的好坏直接影响光面爆破的效果。在施工过程中，要保证钻孔的孔径、深度、位置及布局符合设计要求。
每次爆破完以后，要及时复测开挖断面，保证岩石壁面起伏差的允许值为±15 cm。
保证堵塞长度和堵塞质量。根据以往的施工经验，当其他条件一样时，堵塞好的爆破效果及能量利用率，比堵塞不好的可以大幅度提高。
5 结语
辛安泉供水改扩建工程总干1号隧洞，在施工过程中，采取的爆破设计方案，按施工现场具体围岩情况，合理修正爆破参数，爆破质量好，满足设计要求，炮眼利用率达到88%以上。
TB41
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1004-7042（2017）09-0026-02
顾海涛（1987-），男，2012年毕业于华北水利水电学院水利水电工程专业，助理工程师。
2017-07-22；
2017-08-27
