输供水工程隧洞爆破技术分析

孟令谦

（辽宁省水资源管理集团,辽宁 沈阳 110000）

1 前言

辽宁省铁岭市某在建供水隧洞工程，其输水隧洞全部采用钻爆法施工。本段线路地面高程范围为185 m～385 m，地表形态为中低山区和河谷区两类；隧洞穿越的地层主要有新生界、早白奎系及太古代侵入岩，地层岩性以石英岩、花岗岩、闪长岩为主。

2 钻爆设计

为降低爆破振动及飞石对周围建筑物、人员、设施及重要设施的危害，技术上要控制好震动、飞石、震动波、谐波、粉尘等毒害现象。结合实际环境和建设要求，主线隧道根据围岩级别、埋深情况和地表地质条件决定采用全断面配合台阶法开挖。

2.1 爆破方案

此次施工方案采用光面爆破，以控制爆破为核心，抛掷爆破为辅，尽可能减轻对围岩的扰动，维护围岩自身稳定,达到良好的轮廓成形。

2.2 爆破器材选用

（1）炸药

炸药品种与炸药的爆破震动速度有直接影响。根据本工程地质、水文条件及施工环境，选用防水效果好的乳化炸药，详细规格见表1。

表1 乳化炸药规格选用表

（2）雷管

为防止前后段震动波的叠加，要使每段雷管的起爆时差适当加大，并在实际施工中根据试爆效果逐步调整段别，严格控制单段最大一次起爆量及起爆时差，达到降震的目的[1]。本工程选用雷管详细参数见表2。

表2 雷管规格选用表

2.3 光面爆破参数选定

2.3.1 掏槽设计

掏槽眼采用楔型掏槽形式，见图1。

图1 楔型掏槽形式

2.3.2 爆破设计

①周边眼参数：间距E=（8～15）d（d为炮眼直径，cm）；抵抗线W=（1.2～1.5）E，cm。

②炮眼装药量：Q=K·a·W·L·λ

式中：Q为单眼装药量；K为比装药系数，取0.47～0.61；a为炮眼间距；W为炮眼爆破方向的抵抗线；L为炮眼深度；λ为炮眼所在部位系数，可参考表3选取。

表3 炮眼部位系数表

③炮孔深度

根据最大装药量确定循环进尺Lo，取炮孔深度L=1.1×Lo。

④最大段发装药量：

式中：Q为最大段发装药量；V为爆破引起的震速，此处取2 cm/s；R为爆破安全距离，取最小50 m；K为爆破系数，取150；α为地形综合系数，1.50。

2.4 装药与封堵

装药：连续装药。

封堵：岩土、碎石封堵，长度不小于最小抵抗线。

图2 爆孔装药结构示意图

2.5 起爆顺序

全断面并联、串联联合起爆，分区分段，先起爆掏槽眼、再起爆辅助眼、最后起爆周边眼和底板眼。

2.6 钻爆作业

2.6.1 测量放样布眼

设置控制点，以便检查开挖断面尺寸及形状。其中：拱顶设置中线控制点，直线段10 m/个,水平施工控制点10 m/个,距开挖面每50 m埋设一个中线桩，临时水准点100 m/个。

钻孔之前确定开挖断面中线及水平线，准确描绘出开挖断面轮廓线，并标出炮孔位置，检查合格后钻眼。

2.6.2 开孔钻眼

使用YT28 气腿式凿岩机开孔，确保其轴线与主洞轴线平行。其中，掏槽孔和周边孔钻眼[2]精度要求较高，开孔误差应控制在5 cm以内。开孔之前严格履行施工交底，熟悉炮眼布置图，每一名钻工能熟练操作钻机，根据孔位分布，使钻工定点定位，尤其是周边孔，须在专人指挥下进行，确保周边孔有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15 cm。严格控制钻孔角度、深度、密度、间距，根据炮孔处岩石的凹凸程度调整其深度，使孔底处于同一平面。检查合格后清孔。

2.6.3 装药

装药分片分组、自上而下进行，雷管安装位置须准确，所有炮孔均以炮泥堵塞，炮孔封堵应满足规范要求。

2.6.4 起爆网路

本工程采用复式网路起爆[3]。各孔雷管连接次数相同；引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆索自由端10 cm以上处。

2.6.5 起爆

起爆前非起爆人员应撤离。起爆后，如有盲炮，须专门处理，并及时检查光爆效果，以适当调整爆破设计参数。导爆管布置见图3。

图3 导爆管布置图

2.6.6 爆破效果监测

检查项目主要有：断面周边超欠挖检查；开挖轮廓圆顺度，开挖面平整检查；爆破进尺是否达到爆破设计要求；爆出石碴块是否适合装碴要求；炮孔痕迹保存率，硬岩≥80%，中硬岩≥70%，并在开挖轮廓面上均匀分布；两次爆破衔接台阶不大于10 cm。

2.6.7 爆破设计优化

根据现场岩层情况，修正孔距用药量；根据石碴块大小优化装药参数；根据开挖面凹凸情况优化[4]开孔深度，以提高整体爆破及施工效率。

2.7 爆破施工动态管理

2.7.1 萨道夫斯基公式

由于爆破多种因素的影响，影响爆破震动强度的因素较多，一般将场地系数加入到速度、药量及距离的关系中综合考虑，其大小用萨道夫斯基公式表达：

式中：Q为单段爆破炸药量；R为测点至爆源的距离；V 为地震安全振动速度；K、α为衰减指数。K、α取值见表4。

表4 不同岩性的K、a值推荐表

2.7.2 Q、K、α动态调整

开挖时，因高程放大效应及地质结构的影响，根据埋深与地质结构不同，K、α值均在变化。因此施工时要在不同区段对K、α值进行动态调整。

爆破时，首先应以低指标进行试炮，通过检测保护目标处震动值V，根据保护目标到爆源距离R，确定保护目标处的K、α值，然后以此K、α值及V安确定最大装药量Qmax，由此Qmax确定最大循环进尺。爆破动态管理流程见图4。

图4 爆破动态管理流程图

在重要构筑物及管线施工时，尤其要加强震动速度V的检测，以取得本地段准确的K、α值，确保施工安全。

2.8 爆破震动

根据规定[4]，爆破震动安全距离可按下式计算：

式中：[ν]为爆破震动安全允许质点震动速度峰值：Qmax为爆破单响最大炸药量。为满足爆破震动安全标准要求[4]，对周边砖混结构房屋震速需控制在2.0 cm/s以内[5],可按下式进行验算震速是否符合要求：

式中：Qm为最大一段允许用药量；Vk为震动安全速度；R为爆源中心至震速控制点的距离；K为取保守值200；α为取保守值1.7。

当R=10 m时，Qm=0.55 kg；当R=30 m，Qm=5.2 kg；当R=50 m，Qm=24 kg。

通过计算可知，爆破最大段允许装药量受爆源中心到振速控制点的最短距离影响很大[6]，在施工中应通过缩短循环进尺、增加分段段别、采用多次爆破等方式，及时调整最大段允许装药量，同时根据对振速控制点的振动监测结果及实际爆破效果，及时调整爆破参数，从而指导施工。

3 结论

根据现场工程地质情况，爆破开挖前，其循环进尺、钻研机具、开孔后按炮眼布置、装药量、周边眼施工等应进行专业设计。利用先进的测量仪器进行控制测量、施工测量和围岩量测，随时掌握隧道的变形趋势，及时进行爆破动态管理与优化，对确保隧道开挖轮廓线平顺、防止超挖欠挖、控制爆破引起的振动等负面效应，有良好的预防及控制作用。