玉瓦水电站引水隧洞薄层岩石光面爆破施工技术

龙军飞， 钟 权， 刘 放

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

玉瓦水电站引水隧洞薄层岩石光面爆破施工技术

龙军飞， 钟 权， 刘 放

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

玉瓦水电站引水隧洞施工是工程控制性项目，围岩具有薄层状结构、岩层倾角大、岩层走向与洞轴线交角小等特点，如何减少超挖量、确保围岩稳定是引水隧洞的施工难点。实践表明，针对薄层状岩石，采用合理的光面爆破参数、严格控制爆破施工工艺，能够有效地控制超欠挖，避免岩层产状、结构等可能带来的不利影响，从而达到安全、高效、优质的施工目的，可为其他类似工程提供经验参考。

玉瓦水电站；引水隧洞；光面爆破；薄层岩石

0 前 言

光面爆破是按照隧洞断面的设计轮廓合理布置周边孔而进行的一种控制爆破，即：通过科学设计爆破参数、合理布置炮孔位置、有效控制炮眼装药量、采用不耦合装药的基础上，合理地利用炸药能量，使周边孔优先沿各孔中心连线形成贯通裂缝并将破碎岩体向隧洞内抛掷，使隧洞开挖面爆破后断面成型规整，通常可在隧洞壁面上残留清晰可见的钻孔壁痕迹。光面爆破能降低爆破对围岩的损伤，使隧洞不产生或少产生爆震裂隙，保持隧洞围岩的完整性和自身承载能力，以达到快捷、高效、优质的施工目的[1-6]。尤其是针对薄层状岩体，爆破开挖易产生冒顶、片邦等不利后果，造成围岩超挖，影响围岩稳定，增加支护费用。因此，如何选择合理的光面爆破技术，以降低施工成本、加快施工进度、保证工程质量，就显得更加重要。

1 工程概况

玉瓦水电站位于四川省九寨沟县境内的白水江次源黑河上，是白水江流域水电梯级开发的第2级，电站装机容量49 MW。工程为引水式电站，主要由首部枢纽、引水系统和地面厂房系统三部分组成，以发电为单一目标，无防洪、航运等综合利用要求。工程区距九寨沟县城约60 km，若九公路从电站工程区通过，对外交通方便。

引水隧洞布置在黑河右岸，全长约14 km，隧洞断面为衬砌后4.0 m×4.8 m(宽×高)的城门洞型。隧洞垂直埋深一般300～400 m，最大达1 000 m，沿线发育有双沟、绕纳沟和头道沟等。引水隧洞区地层岩性主要为薄层状结构的灰岩夹砂岩、板岩、千枚岩，岩石新鲜，强度以中硬岩为主；岩层走向与隧洞轴线总体交角较小，一般为10°～15°，部分洞段近于平行；岩层倾角总体较大，一般为60°～70°，局部洞段可达75°～85°。根据引水隧洞岩石强度、岩体完整性及地层走向与洞轴线夹角等特点，围岩类别以Ⅲ-2类围岩为主，约占54%，Ⅳ类围岩约占37%，局部为Ⅴ类围岩，约占9%。引水隧洞爆破开挖易产生冒顶、片邦等不利后果，造成围岩超挖，影响围岩稳定，增加支护费用。

2 光面爆破效果的影响因素

结合工程实际地质条件，并考虑施工技术、经济因素，影响光面爆破效果主要有以下因素。

(1)地质条件：对于裂隙少、完整性好的围岩而言，可采用全断面深孔光面爆破。玉瓦水电站引水隧洞围岩地质结构复杂，岩体呈薄层状结构，且岩层倾角较陡、走向与洞轴线交角较小，开挖采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工方法，以“多打孔、少装药”为原则，尽可能避免对隧洞围岩产生扰动和破坏。

(2)钻爆参数：工程岩体结构变化无常，选择与之相适应的钻爆参数才能取得最理想的爆破效果。因此，在进行大规模开挖前，往往需要进行爆破试验，确定最佳的钻爆参数。

(3)钻孔精度：引起钻孔误差的因素主要有测量放样误差、开孔误差以及钻孔角度误差等，对现场施工精度要求较高。

(4)起爆顺序：起爆顺序是为了逐层逐步扩大临空面，为周边孔起爆创造最佳条件，需严格控制起爆顺序。

(5)网路可靠性：网路某一分支失效，将影响起爆顺序和爆破效果。如雷管精度不够，造成串段，变相增大单响药量，从而增大爆破振动和对围岩的扰动作用。

(6)炸药品种：工程中根据岩石强度及使用环境选择相应的炸药品种。水工隧洞一般使用岩石乳化炸药。

(7)周边孔：周边孔间距、装药结构以及不耦合系数等往往直接影响光面爆破效果，宜根据不同的围岩特点并结合爆破试验进行确定。

(8)装药结构及堵塞质量：选择合理的装药结构，使爆能在炮孔长度内均匀作用；炮孔堵塞长度应保证一定长度。

3 光面爆破参数选择

3.1 控制爆破原则

按照“短进尺、弱爆破、强支护”的理念，尽量增加雷管段位，严格控制单响药量，以最大限度地减小爆破振动对围岩的扰动；严格控制周边孔间距、装药结构等参数，尽可能地降低爆能对孔壁围岩的损伤。

3.2 炸药及雷管的选择

本工程采用手风钻造孔，钻孔直径Φ42 mm，炸药主要采用Φ32 mm×200 mm的岩石乳化炸药；雷管采用塑料导爆管及毫秒雷管起爆系统，延期雷管段位选用MS1～MS13共七段。

3.3 掏槽孔及主爆孔

本工程钻孔深度Ⅲ-2类围岩为2.0～2.5 m，Ⅳ类及Ⅴ类围岩为1.5 m左右。

掏槽孔采用菱形直孔掏槽形式，主爆孔孔距根据经验取50～80 cm，炮孔布置按照内层间距小、外层间距大且相对均匀分布、局部调整的原则进行。布孔详图见图1。

3.4 周边孔

周边孔钻孔爆破的主要参数包括：炮孔间距a、光爆层厚度(最小抵抗线)W、周边孔密集系数m、炮孔线装药密度q、炮孔装药不耦合系数k等。

(1)周边孔间距a，它是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素。一般为a=(10～18)d，其中炮孔直径d=42 mm。玉瓦引水隧洞岩体呈薄层状结构，且岩层倾角较陡、走向与洞轴线交角较小，本工程取a=40～50 cm；必要时，在两炮孔之间增加一个不装药的导向空孔。

(2)最小抵抗线W，即光爆层厚度，它直接影响光面爆破效果和爆渣块度，一般为W=(13～22)d，本工程取W=60～70 cm。周边孔间距和最小抵抗线确定后，即可计算得出周边孔密集系数m=a/W，一般为m=0.6～1.0，本工程为0.70～0.85。

(3)线装药密度q，恰当的线装药密度既能满足破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏，本工程为中硬岩，结合围岩特点，q取0.15～0.18 kg/m。

(4)不耦合系数k，采用不耦合装药结构，可增加爆炸荷载作用时间，降低爆炸峰值，使能量均匀分布于炮孔壁，一般为k=1.25～2.50，水工隧洞取2.0左右比较合适。本工程炮孔直径42 mm，周边孔药卷直径25 mm，不耦合系数k=1.68。

3.5 起爆网络

网络连接方法采用双电雷管串联方式，所有孔内引出的非电雷管脚线收集捆扎，起爆电雷管接引至安全起爆区域。起爆顺序为：起爆器引爆电雷管，电雷管引爆孔内非电雷管、起爆药包。

玉瓦水电站引水隧洞Ⅲ-2类围岩光面爆破炮孔布置图及钻爆参数表见图1及表1。

图1 Ⅲ-2类围岩光面爆破炮孔布置

雷管段别炮孔名称炮孔个数炮孔长度/m单孔装药量/kg总装药量/kgMS1掏槽孔22.20.00.0MS3掏槽孔62.21.48.4MS5主爆孔102.01.010.0MS7主爆孔142.00.811.2MS9主爆孔62.01.06.0MS11周边孔262.00.37.8MS13底板孔62.01.27.2合计7050.6

主要技术参数：炮孔利用率约为90%，每循环进尺约1.8 m，每循环爆破方量约35.14 m3，炸药单耗约为1.43 kg/m3；周边孔线装药密度严格控制为0.15 kg/m，最大限度减少对保留岩体的损伤和扰动，有助于隧洞开挖成型。

4 光面爆破施工工艺

玉瓦水电站引水隧洞开挖爆破施工过程包括测量放样、钻孔、清孔、装药、堵塞、连接起爆和爆破后可能出现的问题处理等。

(1)测量放样。钻孔前，测量人员用红油漆准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮孔位置。

(2)钻孔。本工程隧洞断面较小，借助自制台车采用YT-28型手持式风钻造孔。周边孔的钻孔精度要求比其他孔更高，应交由经验丰富的钻工司钻，且左侧周边孔应交由习惯左右司钻的钻工，并适时调整钻孔角度和深度。

(3)清孔。炮孔参数进行检查验收合格后，利用高压水将炮孔内的石屑、泥岩刮出吹净。本工程为大倾角薄层状岩体，自上而下清孔，避免泥水通过岩层污损下部炮孔。

(4)装药。装药时分片分组，严格按照预先计算好的每孔装药量和装药结构自上而下进行，药包和雷管都“对号入座”，装药过程不能用竹片猛捣药卷；周边孔采用导爆索起爆，用胶布将导爆索与每个药卷紧密结合。

(5)堵塞。炮孔装药完成后，采用炮泥等堵塞孔口一定长度，以确保爆能的有效利用。本工程薄层状岩体裂隙发育，适当增加了堵塞长度，避免爆生气体过早逸出。

(6)连接起爆网路。起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。严格控制导爆索的连接方向和连接点的牢固性，网路连接完成后，派专人负责检查。

(7)盲炮处理。相关人员撤离到安全区域后才能引爆；爆破后，如遇盲炮交由爆破员进行处理，并及时检查签认光爆效果，分析原因，适时调整爆破设计。

玉瓦水电站引水隧洞爆破效果表明，爆破后隧洞围岩未出现大量的片帮及脱块，围岩超挖能有效地控制在合理范围内，爆破后残孔率达70%～80%，爆破效果总体良好。本工程采用合理的光面爆破参数和施工工艺控制，有效地解决了隧洞薄层状岩体超挖、围岩稳定等问题。

5 结 语

玉瓦水电站引水隧洞施工实践表明，即使在围岩具有薄层状结构、岩层倾角较大、岩层走向与洞轴线交角较小等特点的情况下，通过采用合理的光面爆破各项参数和施工工艺控制，使光面爆破轮廓圆顺、岩面平整，也能达到减少超挖、降低爆破对围岩损伤的目的，爆破效果良好。同时，光面爆破产生的爆震裂隙少，能充分发挥围岩的自承能力，减少了应力集中，增加了施工安全性，也有助于加快施工进度、降低施工成本。

[1] 张正宇, 张文煊, 吴新霞, 等. 现代水利水电工程爆破[M]. 北京:中国水利水电出版社,2003.

[2] GB 6722-2003. 爆破安全规程[S]. 北京:中国标准出版社,2004.

[3] 韩鸿彬. 光面爆破参数与爆破效果分析[J]. 现代矿业, 2009(7): 106-107.

[4] 顾义磊, 李晓红, 杜云贵, 等. 隧道光面爆破合理爆破参数的确定[J]. 重庆大学学报(自然科学版), 2005, 28(3): 95-97.

[5] 孔买群, 李宗荣, 徐东方. 玉瓦水电站厂区枢纽爆破试验研究[J]. 云南水力发电, 2015, 31(2): 32-34.

[6] 饶学健, 杨敏生, 代应刚. 光面爆破技术在红叶二级引水隧洞中的应用[J]. 水电站设计, 2002(3): 46-48.

2015- 12- 14

龙军飞(1979-), 男, 吉林松原人, 高级工程师, 从事施工组织设计工作。

TV542；TV672.1

B

1003-9805(2017)04-0060-03