某输水工程隧洞预裂爆破施工技术应用分析

(辽宁西北供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

1 钻爆法施工技术设备及工艺分析

某输水(一期)工程，主洞全长87.5 km，支洞总长9.4 km，本工程主要目的是向某水库引水，引入某水库后输送到该省各个需要的城市，其主洞直径为7.5 m，在施工过程中有TBM盾构段、钻爆段，在钻爆段施工中遇到很多问题，下面对其中一项进行技术上的交流[1-3]。

1.1 支洞所辖主洞施工布置

16#支洞所控主洞段长为2 137 m，在16#支洞处将其分为上下游两段，上游段长1 065 m(桩号75+227.517～74+161)，下游段长1 072 m(桩号77+287.117～78+358)。为便于TBM顺利通过，在上游段布置了长20 m的TBM始发洞(桩号为74+181～74+161)。

16#支洞所控主洞洞室断面似葫芦型，中心部位水平开挖半径：Ⅲa、Ⅲb类围岩为4 245 mm；Ⅳ、Ⅴ类围岩为4 275 mm。断面开挖高度：Ⅲa、Ⅲb类围岩为8 689 mm；Ⅳ、Ⅴ类围岩为8 719 mm。断面底部水平距离：Ⅲa、Ⅲb类围岩为6 399 mm；Ⅳ、Ⅴ类围岩为6 461 mm。钻爆法施工时在洞顶布置φ1.5 m通风软管，在洞室右壁(从下游向上游掘进方向看)中部布置供电线路，右壁下部布设供排水及施工供风管路。

1.2 开挖设备和辅助设施的配置

主洞段钻爆法施工采用自制台车作为施工平台，YT28气腿式凿岩机钻孔，人工装药爆破，施工供风采用支洞外4台20 m3固定式空压机通过管路向作业面供风，出渣采用WA320侧卸式装载机装渣，15 t自卸汽车运出洞外弃渣场。喷锚支护采用洞外加工支护原材料，通过5 t自卸汽车运输至洞内作业面。支护施工采用YT28气腿凿岩机钻孔，注浆机向孔内注浆或采用砂浆锚固剂将锚杆锚固在洞室围岩内，人工挂设钢筋网，湿喷机喷射混凝土。

施工供水采用在洞外设深水井，水泵抽水经管路送至主洞内施工作业面。施工排水采用阶梯式抽排法，即每间隔一定距离，在洞内一侧壁处设集水井，将作业面和附近的积水汇集后，通过水泵抽逐级抽排至洞外污水池。钻爆施工法施工主要设备配置情况见表1。

表1 主要设备配置表

2 主洞钻孔爆破方案研究

2.1 开挖爆破设计

根据施工设计图纸，本年度开挖围岩为IIIa类和IIIb类围岩，可采取全断面开挖，每循环进尺3 m，爆破参数见表2。

开挖利用YT28型气腿式凿岩机借助施工作业平台车进行造孔作业，人工装药爆破。开挖时及时进行施工地质预报，判断前方地质情况，做好预先处理措施，并根据监控量测工作，监视围岩和支护的稳定情况。

图1 TBM通过段III类围岩钻爆作业循环时间表

2.2 爆破孔使用的炸药和雷管的类型及装药量

选用非电毫秒塑料导爆管起爆系统，引爆采用火雷管，炸药选用2#抗水硝铵炸药，药卷直径32 mm，周边孔采用2#光爆炸药，药卷直径22 mm。

2.3 开挖作业循环

IIIa类和IIIb类围岩每循环测量放样时间一般为30 min，通风时间一般为30 min。安全处理时间一般为30 min，围岩支护一般可在钻孔时间内完成。围岩开挖循环时间见图1。

表2 Ⅲ类围岩全断面开挖爆破参数表(每循环进尺3 m)

2.4 钻爆法出渣方式、能力及布置

16#支洞所控主洞TBM通过段(葫芦型断面，桩号78+358～77+286和75+226～74+161)，在16#支洞上、下游分别长2 244 m和1 953 m，Ⅲ类围岩开挖循环进尺3 m，最大断面积为61.94 m2，主洞内平均计算运距1 571 m(16#支洞上游段运距最大，为2 244 m，按其长度的70%计，即2 244×70%=1 571 m)；根据断面积大小、运距及循环进尺分析，按TBM通过段(葫芦型断面)开挖出渣进行配置设备较为合理，一次出渣量最大为297 m3(松方， 松散系数取1.6)，采用WA320侧翻式装载机装渣，15 t自卸汽车直接运输至洞外弃渣场卸渣。计算可知：16#支洞所控主洞段采用1台WA320侧翻式装载机装渣，10台15t自卸汽车运输至洞外弃渣满足施工需要，一次出渣量最多时平均需4 h。

3 施工质量控制与安全防护措施

3.1 爆破中施工质量控制措施

按照新奥法原理进行施工，坚持“光面爆破、锚喷紧跟、监控量测及时信息反馈”的原则，软弱围岩坚持“短进尺、弱爆破、早封闭、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则，及时封闭成环。加强监控量测和超前地质预报，对围岩提前做出判断，拟定相应的施工预案。

爆破是新奥法施工技术中关键因素，质量控制措施有：

(1)根据围岩的具体情况确定合理的爆破参数，其内容包括确定单位体积岩石耗药量、周边孔线装药密度、周边孔布置参数等。

(2)根据地质情况，对不同的地层节理采取不同的控制措施。采取跟随开挖及时作地质观测，调整周边孔参数、周边孔装药参数等措施控制超欠挖[6]。

(3)优化周边孔装药方法。采用合理的装药结构和不耦合系数，充分利用炸药爆破能量破岩，减少对围岩的爆破震动，提高周边轮廓质量[7]，减少超欠挖。周边孔采用25 mm药卷，导爆索串联，以增大不耦合系数。

(4)严格控制作业质量。作业质量，特别是钻孔精度和测量放样精度对隧洞的爆破影响较大，采取如下措施：(a)采用全站仪无棱镜进行快速隧洞轮廓放样和钻孔定位，并强调测量人员按技术要求放样[8]。(b)加强凿岩工操作水平和责任心，控制周边孔外插角的开口角度。所有炮孔的孔底应落在爆破图规定的平面上。(c)提高钻孔精度。(d)炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结，应由经考试合格的炮工负责，并严格按爆破图的规定进行。

表2 周边孔各项指标控制表

(5)勤检测，并修正参数。及时进行断面检测、地质观测、作业质量检查，及时反馈，调整下一循环的钻爆参数。

3.2 安全防护措施

施工过程中及时进行爆破参数调整，保证光爆效果，减少超挖。钻爆之前，测量根据设计尺寸放出炮孔点位，钻孔时周边孔和掏槽孔严格按设计角度控制，以获得较好的爆破效果。

装药由专人统一管理，控制好每个孔的装药和封堵工作。炸药严格按管理规定保管和使用，设立完善的使用制度。开挖施工过程中施工地质与监控量测工作必须及时到位，做好预防与处理措施防止塌方。

4 结语

在本隧洞预裂爆破施工中，根据实验和经验公式确定的爆破参数，爆破后的隧洞轮廓面较完整，效果比较理想，损失较小。说明选用的爆破参数可行，为以后的类似工程具有指导意义。