新疆ATS水利枢纽工程导流洞开挖爆破施工设计

【摘要】隧洞开挖是一个隧洞工程施工成败的关键，特别是对大断面隧洞，隧洞爆破开挖不仅关系到工程投资、质量、进度，最重要是要确保施工安全。为了有效地控制断面超、欠挖，确保工程质量及施工安全，本隧洞采用上、下半洞开挖方式，其中上半洞采用光面爆破，降低了爆破对周边围岩的破坏，保证了大洞室爆破的安全性。

【关键词】隧洞开挖；上、下导洞；光面爆破

1、 工程概况

ATS水利枢纽位于新疆西南部喀什地区莎车县境内，是一座以生态、灌溉、防洪、发电为目标的综合性水利枢纽工程。库容22.45×108m3，坝高164.8m，电站装机755MW，为大（1）型Ⅰ等工程。大坝为混凝土面板坝，引水发电系统布置在右岸，导流及泄水系统布置在左岸。

导流洞采用有压泄流方式，由进口段、闸井段、洞身段、消力池段段等组成。闸井采用岸塔式进水口，底板高程1666.0m，封堵门孔口尺寸为11.0m×13.5m。洞身段长805.0m，采用城门洞形断面，宽11.0m，高14.0m，圆拱中心角为120°。

2、 导流洞施工方案选择

本工程导流洞开挖尺寸达12.2×15.2m（宽×高），为大洞室断面。综合考虑隧洞地质条件，Ⅲ类围岩占75%以上，地质情况相对简单，但隧洞施工工期紧，施工方案的合理性是成功的关键。

3、 上半洞爆破设计

3.1光面爆破作用机理

光面爆破是周边孔同时起爆，各炮孔的冲击波向其四周作径向传播，产生切向拉应力，当岩体的极限抗拉强度小于此拉应力时，岩体便被拉裂，在炮孔中心连线上形成裂缝，形成光滑完整的爆破面的一种成熟的爆破技术。其广泛应用于隧洞、地下厂房等对稳定性要求较高的开挖面上。

3.2光面爆破设计原则

1）确保提高钻孔质量，控制好炮孔间距、倾角等，炮孔间距E和最小抵抗线W应通过计算及围岩的特性确定。

2）严格控制周边眼的装药量，炸药沿炮孔分布要均匀。

3）周边孔应使用低爆速、传爆性能好、爆炸威力大的炸药。为满足装结构要求，可采用空气间隔不耦合装药。

3.3 造孔、爆破器材

导流洞上半洞开挖采用移动式爆破台车，使用YT-28型手风钻造孔，造孔直径d=40mm。掌子面安排12～15台手风钻同时造孔，提高造孔效率，以保证开挖作业进度。

本项目光爆设计采用非电起爆系统，主要器材有：非电毫秒延期雷管（1～13段）、Φ25普通型乳化炸药、Φ32普通型乳化炸药、导爆索、导爆管。

3.4光面爆破设计

1）光面爆破的要求

隧洞爆破开挖成型后，岩面平整；顶拱和侧墙至少有50～75%以上的半孔率，开挖轮廓成形规则；无大的超欠挖，无危及安全的不稳定体，无明显的爆破裂缝等。

2）光面爆破参数

①最小抵抗线W。如图所示，即

最小抵抗线W的大小直接影响到超欠挖及开挖面的规则。最小抵抗线一定要合理，对中硬岩体，一般取W=（10～20）d；当炮孔直径为32～40mm时，w=32.0～80.0cm。通过多次爆破试验，当W=70.0cm时，爆破超欠挖最小。

②周边炮孔间距E

一般取E=（0.6～0.8）W； 为保证光爆质量，顶拱部位应加密孔距，本项目顶拱部位E取50cm，边墙部位E取70cm。

③装药量

为减少残眼，周边眼单位长度的装药量一般可达0.30～0.35kg/m。本项目按照隧道或巷道爆破的线装药密度经验公式进行估算：

——炮孔单位长度装药量，kg/m；

——岩体抗压强度，Mpa；

——炮孔间距，m；

本项目线装药密度为0.35kg/m；

3.5爆破设计

1）炮孔深度：

炮孔深度是指炮孔底至开挖面的垂直距离。炮孔深度一般由围岩的稳定性、手风钻的允许钻眼长度、掘进循环安排等因素确定。结合本项目爆破方案与进度要求，炮孔深度主要考虑手风钻的允许钻眼长度和造孔时间，经爆破试验确定炮孔深度最终取4.5m。

2）炮孔数目：

对于一般隧洞爆破，炮孔数目主要与开挖断面面积、造孔直径、岩性等因素有关，并且炮孔数目直接影响造孔时间，间接影响到了施工进度。

其中：q—单位耗药量；根据施工经验q值一般取0.7～0.9之间，现取0.9kg/m3；

s—开挖面积84m2；

α—装药系数，取0.8；

γ—炸药每米质量。

本隧洞开挖采用光面爆破，炮孔数目比一般爆破要多，本项目取1.2增加系数，最终确定炮孔数目为148个。

3）计算用药量：

按每循环进尺3m计算装药量，

式中：Q—每循环应使用的炸药量，kg；

q—单位炸药消耗量，kg/ m3；

S—开挖面积，m2；

L—平均炮孔深度，取3.5m；

η—炮孔利用率，取85%。

经计算，每循环装药量为227kg，由于钻孔数量增加，药量适当减少，控制在240～260Kg左右。

4）炮孔布置与装药结构

①本项目炮孔遵循一般布置原则：先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。特别是周边孔，应严格按照设计位置布置。

②为了不破坏周边围岩的完整性，周边孔采用轴向空气间隔的不连续装药，底部加强。掏槽孔及辅助孔采用不耦合的连续装药。堵塞段长度0.6～1.0m，采用黄土堵塞。

结语

本项目导流洞开挖采用光面爆破方案，不但有效地控制了断面超、欠挖，减少了一次支护的工程量，降低了工程投资。同时也使开挖面平整、准确，保证围岩的整体和稳定，避免了爆破过程中常遇的危岩体，确保了洞内施工安全。也加快了工程进度，给导流洞按期完成创造了条件，为工程按期实现工程截流奠定了基础.

参考文献：

[1]《ATS水利枢纽工程导流洞施工方案》 2013年

[2]《爆破安全规程》 GB 6722-2014/XG1-2016