一次爆破成型技术在大断面洞室开挖中的应用

郭磊强 白岗岗

摘 要：目前，部分大断面洞室开挖工程进度较慢，安全性较差，造成施工成本高、效益低等问题。因此，笔者提出了一种基于一次性爆破成型技術的大断面洞室开挖技术。本文以陕西省东庄水利枢纽工程导流洞I标段为工程案例，分析开挖爆破过程及成果，确定了预裂爆破的设计方案，包括爆破参数、爆破布孔图、爆破联网图及装药结构等。试验结果表明，设计的施工爆破方案有效地提升了大断面隧道的开挖质量，开挖爆破后，半孔率超过90%，两个循环之间的台阶小于5 cm，平整度控制在±10 cm之内，混凝土的浇筑用量大幅度降低，投资成本也因此减少。该技术应用于大断面洞室开挖，不仅提高了经济效益，而且可以实现在安全施工的前提下加快施工进度，为现场爆破施工提供技术依据。

关键词：大型断面洞室;预裂爆破;一次成型;爆破设计

中图分类号：TV542;TV554 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）26-0092-03

Abstract： At present， some large-section cavern excavation projects are progressing slowly and the safety is poor， causing problems such as high construction costs and low benefits. Therefore， the author proposed a large-section cavern excavation technology based on one-time blasting forming technology. This paper took the I bid section of the diversion tunnel of Dongzhuang Water Conservancy Project in Shaanxi Province as an engineering case， analyzed the excavation and blasting process and results， and determined the design plan of pre-split blasting， including blasting parameters， blasting hole layout diagram， blasting network diagram and charge structure， etc. The test results show that the designed construction blasting scheme has effectively improved the excavation quality of large-section tunnels， after excavation and blasting， the half-hole rate exceeds 90%， the step between the two cycles is less than 5 cm， and the flatness is controlled within ±10 cm， the amount of concrete pouring is greatly reduced， thus the investment cost is reduced. The application of this technology to large-section cavern excavation not only improves economic benefits， but also accelerates the construction progress under the premise of safe construction， providing a technical basis for on-site blasting construction.

Keywords： large section cavern;pre-split blasting;one-time forming;blasting design

随着现代工程技术的发展，爆破技术在洞室开挖等方面运用越发熟练[1]。对于大断面洞室，目前采用的开挖方式大多为分部开挖[2]。但是，该方法存在工程进度较慢、分部开挖引起边坡不稳定导致滑坡而不能及时支护等问题，从而直接或间接地造成施工成本较高，效益较低。近年来，预裂爆破技术在开挖施工中被广泛应用[3]。因此，为保障大型断面开挖安全和质量，加快工程施工进度，提高工程效益，本文结合工程实际，采用一次性爆破成型技术，对陕西省东庄水利枢纽工程导流洞I标段中层进行开挖研究，合理设计爆破方案，为类似工程提供技术参考。

1 工程概况

东庄水利枢纽工程位于陕西省咸阳市礼泉县叱干镇与淳化县车坞乡交界的仲山森林公园内。导流洞进口位于坝址上游约300 m处的泾河右岸，出口位于坝址下游约600 m处的泾河右岸，导流标准10年一遇洪水流量为5 300 m3/s，导流洞施工子围堰标准3年一遇洪水流量为1 960 m3/s。导流洞施工I标洞身长度为460 m，埋深为20～202 m，围岩为中厚层和巨厚层灰岩，岩体整体较完善，岩石强度较高，地应力水平不高。导流洞工程开挖断面尺寸为22.4 m×24.2 m，其中中层开挖尺寸为22.4 m×10.0 m。导流洞中层一次开挖方量为2 240 m3左右。

爆区300 m范围内存在工地用电变压站、隧道供风系统设备、砂石系统及混凝土拌合系统、工地生活区、110 kV高压线（塔）、在建导流洞进口及施工支洞进口工作面、工地用10 kV供电线路等建（构）筑物、其他设施与设备。导流洞开挖周围地形比较复杂，布置难度大。

2 爆破设计

本次所要爆破的东庄导流洞洞身段属地下洞室石方控制爆破。中层爆破点最高点相对高度为10.0 m，宽度为10.0 m，深度为10.0 m，爆破工程量2 240 m3。为提高工作效率，该段采用潜孔钻机钻孔，钻孔直径为90 mm。

2.1 爆破参数

孔径D=90 mm;台阶高度H=10.0 m，台阶宽度为10.0 m;垂直预裂孔的孔深L=10.0 m（根据以往此段的工程经验，超钻取1.5 m）;对于前排抵抗线，考虑到钻机作业的安全及掌子面的实际情况，取W=2.0 m;孔距a=3 m;排距b=2.0 m，因台阶宽度为10.0 m，所以每层台阶布置五排炮孔;布孔形式为梅花形布孔。

填堵长度L2和填塞质量十分重要，不可忽视。若选值过大，则使炮孔装药量减少，不仅浪费钻孔工程量，并且会产生大块，增加二次破碎的消耗，加大成本，降低效益。若选值过小或填堵不密实，会产生“冲炮”，不仅浪费了炸药能量，而且会产生大块，增大个别飞石距离，影响安全。

根据以往经验，在保证填塞质量的条件下，填塞长度不小于30D时孔口不会产生爆破飞石。该工程爆破填塞长度不小于3.0 m，爆破参数如表1所示。

2.2 爆破布孔

此次导流洞大型断面爆破采用预裂爆破，预裂孔间距为1.0 m，施工预裂间距为1.5 m。为保证预裂孔与爆破孔之间平缓过渡，缓冲孔间排距为1.8 m×1.2 m，爆破孔间排距为3.0 m×2.0 m，爆破布孔如图1所示。

2.3 爆破联网图

起爆网路采用深孔微差控制爆破技术，一次爆破到路基设计所要求的高程。本次爆破技术采用孔内延时、孔外爆破形式的非电导爆管毫秒微差控制起爆网络技术。这种网络设计及现场敷设有较高的技术要求，但此项技术是成熟、可靠的，在国内爆破工程中已广泛应用。在设计和施工中，爆破工程技术人员和爆破员掌握这种网路技术也是不难的。

为满足本次爆破，孔内起爆一律用双发MS15段毫秒导爆管雷管（延时880 ms），排间一律采用双发MS5段毫秒导爆管雷管，孔间传爆延时一律用MS2或MS3段毫秒导爆管雷管，如图2所示。

2.4 装药结构

装药结构既可以分为不耦合装药和耦合装药，又可以分為连续装药和间隔装药。本工程开挖爆破采用不耦合装药结构，药卷采用规格为[Φ]32 mm和[Φ]70 mm的乳化炸药，装药结构如图3所示。

3 结语

相对于传统的大断面洞室分部开挖方法，本工程采用预裂爆破一次成型开挖技术，大大降低了因分部开挖而造成的不稳定边坡滑坡、滚石等风险，并在保证开挖进度的同时，可以确保支护紧跟开挖，避免了因支护不及时造成的塌方、落石等安全问题。此技术有效地控制了大断面隧道的开挖质量，开挖爆破后，半孔率超过90%，两个循环之间的台阶小于5 cm，预裂断面超欠挖控制在±8 cm，平整度控制在±10 cm，该方法可为大断面洞室爆破开挖提供有效借鉴。

参考文献：

[1]胡立剑.龙潭水电站工程砂石料场爆破开挖技术研究[J].河南科技，2019（34）：90-91.

[2]王忠康，顾晓薇，谢乾坤，等.地下水封石油储库硬岩大断面控制爆破[J].中国矿业，2020（2）：138-142.

[3]梁炳金.深孔预裂爆破在边坡成型工程中的应用[J].科技风，2019（9）：148.