台州市引水工程白云山输水隧洞工程爆破设计与施工方案

郭勇亮

（山西省水利建筑工程局有限公司 山西太原 030006）

1 工程概况

1.1 工程概况

台州市引水工程位于台州市椒江区椒南、黄岩区、路桥区，工程取水水源为台州市长潭水库。隧洞工程由8段隧洞组成，总长为25.3 km，其中白云山输水隧洞位于台州市路桥区和温岭市，长5 734 m，衬砌后洞径3.2 m，开挖断面为2.8 m×4.1 m（宽×高），洞型为马蹄型。

1.2 水文地质条件

工程区属亚热带，气候温暖，雨量充沛。本区地下水主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。输水隧洞进出口及洞身围岩均为燕山晚期第3次侵入岩（ξγ53（3）），岩性为钾长花岗岩，块状，新鲜岩石致密坚硬，断层不发育。进出口段覆盖层厚，岩体风化深，工程地质条件差，围岩以Ⅳ～Ⅴ类为主。洞身段未见区域性断层通过，总体成洞条件较好，以II类为主。

根据地勘报告提供的各类岩组的物理力学参数、岩体结构、结构面发育特征及各项定性、定量成果资料分析，隧洞围岩分级见下表1。

表1 路桥段输水隧洞围岩分类表

1.3 主要工程量及工期

白云山输水隧洞暗洞全长5 734 m，隧洞断面积为14.22m2，呈马蹄型，暗洞爆破工程量约为68938m3。本工程总工期40个月。

1.4 白云山隧洞出口开挖平面状况及施工主洞、支洞开挖断面

白云山隧洞出口位于路南街道肖王村西小路山坡脚处。隧洞出口离肖王村居民房屋较近，隧洞石方开挖爆破主要考虑对居民房屋、厂房及山顶高压输电塔保护。北侧距隧洞口约45 m有两栋二层居民房，业主已征用待拆除，约72 m处为在建秀山至路桥公路；东北侧隧洞出口约285 m为肖王村大片民房，更远处为路院公路；东侧距出洞口中心距约25 m有一处待拆房屋，约220 m有一处民房；东南侧距出洞口约69 m处为鸿基塑料彩钢板厂厂房；隧洞口西侧上方有一条220 kV高压线路，距洞口最小距离为283 m，距洞身垂直高差约102 m；除此以外无其它重要建（构）筑物。图1为爆区周边环境情况平面示意图，图2、图3为施工支洞及主洞、分水洞开挖断面图。

图1 台州市引水工程白云山隧洞出口开挖点爆区环境及警戒平面示意图

图2 白云山隧洞大岙施工支洞开挖断面图

图3 白云山隧洞主洞、分水洞开挖断面图

2 开挖方案概述

白云山输水隧洞出洞口周边环境较好，洞口明挖段可采用浅孔爆破结合机械开挖。输水隧洞暗洞采用新奥法施工，因隧洞断面较小，Ⅳ～Ⅴ级围岩段施工开挖应在做好超前支护的基础上，采用短进尺全断面松动爆破开挖；Ⅱ～Ⅲ级围岩段可采用全断面爆破开挖，光面爆破要严格控制超、欠挖，不应欠挖，应尽量减少超挖，其开挖半径的平均径向超挖值，平洞不应大于15 cm。

施工中初期支护要及时可靠，二次衬砌要适时监控量测并根据测量结果适时施作，尽早封闭成环。对于软弱围岩段施工要坚持“弱爆破、短开挖、强支护、快闭合、衬砌紧跟”的原则，防止岩体坍塌，施工工序要紧密衔接，严禁脱节。二次衬砌主要采用泵送混凝土和整体式模板台车的机械化配套施工方案，保证二次衬砌质量达到内实外光。

隧洞开挖应采用光面爆破技术，爆破进尺根据围岩条件确定，控制炮眼装药量和质点震动速度，以最大限度保护周边岩体的完整性，控制超欠挖。对于洞口段、软弱围岩及不良地质地段，应遵循“少扰动，快加固，勤量测，快封闭”的原则，有效控制围岩变形，保证隧洞结构安全，当发现围岩变形不收敛或其它异常情况时需采取加强措施。

输水隧洞采用马蹄型断面。为确保洞内空气质量，做好通风排烟，在输水隧洞适当位置，开挖施工支洞。施工支洞贯通后开始向输水隧洞进出口方向采用单向或双向开挖。隧洞相对爆破开挖至纵向间距大于30 m时，另一头开挖停止施工，采用单向施工。每次爆破后，爆渣采用XPD80YC箱体轮式扒渣机装渣，12 t工程运输车运送至洞外渣场。为方便洞内开挖及衬砌生产运输，根据实际情况设置避车道以满足施工运输需要。隧道配置55 kW的风机可满足通风需求。

3 爆破方案的选择

根据设计要求与工程实际，隧洞主要采用掘进洞挖爆破，钻机钻孔主要采用直径40 mmYT28型风动凿岩，爆破器材选用Φ32 mm乳化炸药。隧洞暗洞采用新奥法施工，因隧洞断面较小，Ⅳ～Ⅴ级围岩段施工开挖应在做好超前支护的基础上，采用短进尺全断面法施工；Ⅱ～Ⅲ级围岩段可采用全断面法施工，隧洞口及洞身采用水平浅孔爆破开挖，钻爆法施工，采用光面爆破技术控制隧洞超欠挖。

洞身暗挖爆破施工前应做好测量放样工作，测定开挖标高、隧洞中心线。前期爆破施工时采用多钻孔、少装药、小方量爆破方法，控制爆破参数，确保隧洞围岩的完整、稳定。其施工流程:测量定位→炮孔布孔→施工准备→钻孔→吹孔→装药→堵孔→连接起爆网路线→警戒→爆破→喷水→通风→检查爆堆→盲炮处理→出渣→喷锚支护→永久支护。

施工前针对不同的围岩类别进行爆破设计，施工中根据围岩实际情况和爆破效果对爆破参数做适当调整。本次爆破隧洞口处爆区环境复杂，一次起爆药量Q＜0.5 t，根据《爆破安全规程》规定，本爆破工程应为D级岩土爆破工程。考虑到进出口周边环境，根据规定，应相应提高一个工程级别，自评为岩土爆破C级。自洞口到进洞100 m范围内作为岩土爆破C级管理，进洞口100 m后，作为岩土爆破D级管理。

4 明挖浅孔爆破参数

4.1 浅孔爆破参数

钻孔直径d=40 mm，炮孔平面布置成梅花型，垂直钻孔，使用管状乳化炸药，其爆破参数的计算公式如下:

台阶高度 H=4.0 m

钻孔直径 d=40 mm

最小抵抗线 W=（20～30）d=0.8～1.2 m 取1.2 m

钻孔超深 h=（0.3～0.45）W=0.36～0.54m 取0.4m

炮孔深度 L=H+h=4.4 m

堵塞长度 L1=（1.0～2.0）W=1.2～2.4 m 取2.0 m

装药长度 L2=L-L1=2.4 m

孔间距 a=（1～1.2）W=1.2～1.44 m 取 1.4 m

排间距 b=W=1.2 m

单孔药量 Q=q·a·b·H=2.35 kg

炸药单耗 q=0.30～0.40 kg/m3取0.35 kg/m3

按上述公式计算得到的不同台阶高度时钻孔直径d=40 mm的爆破参数值列于表2。

表2 Φ40 mm浅孔爆破参数表（单耗q=0.35 kg/m3）

以上参数通过试爆视实际效果进行调整。

4.2 浅孔炮孔的装填结构

炮孔装药采用连续柱状装药结构。浅孔爆破使用Φ32 mm乳化炸药，起爆体置于药柱中间，实行单向起爆，装药过程中要用炮棍将炸药压实，保证装药密度和质量。回填采用钻孔形成的岩屑或无石块的泥土，回填过程中也要用炮杆不断压实，保证堵塞质量。

4.3 浅孔炮孔的布孔方式

浅孔布孔采用矩型布孔，每次布孔不超过四排；在爆破振动能满足要求时，浅孔采用孔内同段孔外延时起爆网路（排间起爆网路），孔内为10段非电雷管，第一排孔外传爆雷管为2段非电雷管，第二排孔外传爆雷管为4段非电雷管，第三排孔外传爆雷管为6段非电雷管，第四排孔外传爆雷管为8段非电雷管，形成逐排起爆网路，达到降低振动、提高爆破效果的目的。

根据隧洞口明挖段工程量，隧洞口明挖浅孔爆破每次爆破总药量应控制在168 kg以内。最大段药量应控制在32.4 kg。

5 路桥段输水洞、分水洞围岩全断面开挖

5.1 爆破开挖步骤

输水隧洞、分水洞爆破开挖主要采用全断面法开挖。采用直线型掏槽，掘进孔爆破，按设计开挖轮廓线布置周边炮眼进行光面爆破。实际施工过程中的进尺主要根据掘进过程中围岩级别和设计参数来掌握。选用的工程凿岩穿眼工具主要采用手持式风钻YT-28，压缩空气提供动力，钻头直径Φ40 mm。爆破设计循环进尺如表3所示。

表3 不同级别围岩的设计循环进尺

5.2 爆破器材选取

采用安全性较高的非电塑料导爆管作为起爆器材。炸药选用标准Φ32 mm乳化炸药，200 mm长，每卷200 g。其中周边眼采用Φ32 mm炸药与导爆索间隔不耦合装药。炮孔眼口堵塞均采用砂与黏土合制的炮泥。雷管采用多段别非电毫秒雷管，根据现场情况跳段使用。

5.3 围岩炮眼眼网参数和装药量

Ⅴ级围岩类比其它工程单耗取0.9～1.2 kg/m3。炮眼眼深为1.0 m，循环进尺0.9 m。经计算与作图法，给出钻爆参数见表4。

Ⅳ级围岩类比其它工程单耗取，1.2～1.4 kg/m3。炮眼眼深为1.6 m，循环进尺1.5 m。经计算与作图法，给出钻爆参数见表5。

表4 路桥段输水隧洞、分水隧洞Ⅴ级围岩全断面法开挖爆破参数表

表5 路桥段输水隧洞、分水隧洞Ⅳ级围岩全断面法开挖爆破参数表

表6 路桥段输水洞、分水隧洞Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面法开挖爆破参数表

Ⅱ、Ⅲ级围岩类比其它工程单耗取1.5～1.8 kg/m3。炮眼眼深为2.7 m，循环进尺2.5 m。经计算与作图法，给出钻爆参数见表6。

以上爆破参数为计算值，实际施工中可根据爆破效果及岩石变化适当调整爆破参数。

6 隧洞爆破装药结构与起爆网路

6.1 路桥段输水隧洞钻爆装药结构

输水隧洞采用直径40 mm的钻孔，辅助孔、掏槽孔采用连续柱状装药（掏槽孔设计空孔除外），用一发非电雷管起爆，将装有非电雷管的炸药通过炮棍送到炮孔最底端，再继续装药到设计量，然后采用炮泥进行堵塞，堵塞过程中不得损坏导爆管；为减小对周边围岩的损伤及准确形成隧洞轮廓，周边孔采用光面爆破，线装药密度为0.2 kg/m，采用Φ32 mm乳化间隔装药，炮泥堵塞，用导爆索起爆，采用导爆索将光爆孔联结，然后由相应段位的非电雷管起爆。炮孔堵塞长度不小于50 cm，炮泥的填塞有助于提高爆破质量、减少爆破声响、提高炸药利用率等作用。炮泥应采用岩粉和黏土进行制作。

6.2 输水隧洞爆破起爆网路

路桥段输水隧洞爆破起爆网路，掏槽孔、辅助孔采用孔内毫秒延时，掏槽孔先爆后，以掏槽处为中心依次向外传爆，周边的光爆孔用导爆索起爆炸药，每孔导爆索采用搭接方式联结在一起，由相应段位的雷管引爆周边光爆孔。隧洞起爆网路，采取“一把抓”的方式连接，起爆网络采用并联网络，按如下顺序连接:孔内雷管分组→周边孔导爆索并接→同段非电雷管双发簇连→起爆器。

7 通风与排水

7.1 通风、排烟

通风:输水隧洞、施工支洞及分水隧洞掘进通风主要采用机械压入式通风。

排烟:隧洞工程施工中，由于开挖爆破分解不完全，经常产生大量有害气体，必须及时通风净化空气。本工程洞内施工机械尽量采用电工机具，减少尾气排放，并配备满足通风要求的压入式风机排烟。除此之外，还可采用挂帘隔烟、喷雾除尘等辅助方法，加强除尘排烟的效果。

7.2 排水

洞外排水采用排水沟、山顶的截水沟进行自流排水；隧洞内为顺坡，排水比较简单，一面掘进一面挖排水沟即可充分利用水体自流至洞口后用水泵抽排；隧洞内为逆坡，则应分段设置集水坑，间距控制在300～400 m，用水泵按梯级逐坑抽排出洞。

8 建议:

1）项目管理机构要配套齐全，制度要完善，要分工明确，要优化组织设计，科学合理安排，精心组织施工。

2）施工期间通过加强围岩监控量测、超前预报，结合反馈信息及时优化调整设计参数，以确保结构稳定与施工安全。

3）安全要引起足够重视，安全制度要健全，安全责任要具体到人，落实到位，安全记录要签字归档。

4）盲炮处理要按爆破安全规程的要求，及时采取有效措施，要有计划。

5）要建立一系列的安全保证及应急管理体系，如质量安全保证体系，应急救援预案等。

总之，根据工程区域水文地质、工程设计及项目实际特点进行研究分析设计，对围岩不同级别施工进行了设计与规划，并确定了爆破设计与施工方案，确保了在施工隧洞期间质量与安全。现输水隧洞掘进工程正在有序进行，施工前期未发生任何质量安全事故。