钻孔爆破技术在水利水电工程隧洞施工中的应用

黄 勇 刘大军

（1.安徽省宁国市水利局 宁国 242300 2.中水淮河安徽恒信工程咨询有限公司 合肥 230000）

水利水电是国家重要的基础工业和基础设施，对推动国民经济和社会发展起到了很大的推动作用。在水利水电建设领域，由于隧洞钻孔爆破工作的特殊性和危险性，其一直是国内学术界关注的热点问题。因此，对隧洞钻孔爆破技术在水利水电建设中的应用进行深入研究，对我国的水利建设工作具有一定的理论指导和借鉴意义。

1 工程简况

本标段工程为安徽省港口湾水库灌区工程施工二标段（石壁山干渠1#隧洞），位于安徽省宁国市，引水隧洞及进水口建筑物级别为2 级。隧洞全长10.403km，由进口段、洞身段（含移民新村明挖段）和出口段组成，隧洞按工程建设施工需要布设有0#、1#及2#三条施工支洞。引水隧洞为城门洞型，净空断面尺寸为2.4m×2.65m（宽×高）。合同造价13734.455 万元，工程于2020年4月8日正式开工，合同工期约41 个月（1230日历天），工程质量等级为合格标准。

2 隧洞钻孔爆破技术概述

隧洞钻孔爆破技术主要采用钻孔、填药、爆破土方开挖等施工技术，并根据施工地质条件、断面尺寸、工时需求、支护方式、施工机械等因素进行施工。隧洞钻孔爆破工艺主要由掏槽钻孔爆破、辅助钻孔爆破、周边钻孔爆破等组成，钻孔爆破形式的合理选取要符合隧道工程中的孔的大小要求。在水利水电工程中采用钻孔爆破技术进行隧道建设，必须严格按照设计图纸和规范进行，加强质量和安全控制，按照安全、数量、质量和布局规范，制定相应的安全防护措施及应急处置方案。

3 施工中隧洞钻孔爆破注意事项

3.1 控制炸药的用量

炸药的用量直接关系到隧洞爆破工程的成败。爆破施工中，炸药的使用是影响工程成败的关键。因此，必须在合理控制爆炸物的同时，结合具体情况，采取行之有效的控制措施。如裂缝的强度、井眼的布置等，都与炸药的数量有关，因此，在实际生产中，必须综合考虑各种因素，确保药量的合理。在实践中，应根据单位用量、开挖深度、开眼间隔等因素，采用类似的方法和经验公式计算出特定的药量序列，然后在现场进行爆破实验，并对开孔数进行分析，以达到合理的控制间隔。

3.2 钻孔爆破循环施工

在水利水电工程中应用隧洞钻孔爆破技术，必须合理安排施工次序，采取循环型施工方式，以提高施工效率。首先，对各个具体的施工工艺进行优化，包括：合理设置爆破、延长输送线路、铺设管线。采用循环作业法，改善作业品质。其次，在作业循环中，要确保作业次数为整数，作业周期为2 倍，开挖断面大小要根据岩层的稳定性来确定。在岩性较好的情况下，可以使用多臂钻机和短臂式挖土机，并采用深孔少回填的方式，既节约了人力，又减少了施工带来的不便。

3.3 炮孔的布置布局

平洞开挖区要合理设置炮孔，既能保证爆破效果，又能节约炸药。现有的射孔布局大致可以分成掏槽型、崩落型和外围型三种，每种型式都有各自的应用。在开挖断面中部，挖槽孔能有效地改善岩石的临空面，从而保证爆破的有效性。

4 隧洞钻孔爆破技术实施要点

4.1 钻孔孔位布置要点

布置钻孔爆破孔位时，必须确定钻孔面积，并制定相应的孔位设计方案。平洞施工剖面的炮孔一般分为崩落孔、掏槽孔、周边孔3 种类型。在开挖段的中部布置掏槽孔，以增大采空面，保证爆破效果；崩落孔主要布置在钻孔的外壁，从而使岩体爆炸，便于周边钻孔的爆破；为了控制开挖的外形，一般采用外围钻孔布置在开挖面周围，尽可能地接近设计的轮廓。在实际施工中，必须降低爆破孔移动的频率，以确保钻孔放线垂直于岩层层里和裂缝。按外形图的要求进行开孔位置布置，避免出现漏气、卡钻等情况。为了控制开挖的外形，在剖面的转角部位设置了炮眼。挖槽位置要在最后一道工序结束后进行，并确保钻孔深度不低于崩落钻孔深度的15%。在钻孔爆破施工之前，必须对围岩的强度、完整性、超前钻井等进行全面的测量，并依据这些参数来确定开挖方法和爆破工具，以确保开凿效果。开挖方法的选择以底板眼、周边眼、辅助眼、对掏槽的点位、孔深、孔数量、孔出口部位的围岩等级为依据。按施工需要进行充填方式的设计，保证起爆方式、程序和装药结构的科学化。对于三级围岩的全剖面钻孔爆破孔位，可以将周边孔的距离设定为400mm，副孔的间距为800～1200mm，并根据多行楔形进行布置。三级围岩全断面掘进炮孔布置示意图如图1 所示。

图1 三级围岩全断面掘进炮孔布置图

4.2 确定炸药用量要点

在水利水电隧洞钻孔爆破的施工中，炸药的用量设计是一个重要的工作。在施工中，要结合实际情况，着重参照隧洞裂缝的硬度、钻孔布置方案等来确定施工方案。在隧洞钻孔爆破施工中，一般采用经验公式和类比分析方法，计算出开挖工作面上的开孔数量及间距。计算出钻孔爆破线深和炸药用量，并根据现场实际情况进行试验，再进行适当调整，最后得出合理的炸药用量。

4.3 事故预防要点

钻孔爆破引起的隧洞坍塌是水利水电隧道钻孔爆破施工中较为普遍的现象。在设计施工方案时，要考虑到塌方发生的位置、程度和发生概率，从而制定相应的防治措施。它的具体实施方法是利用Project、Revit 等工具，将钻孔爆破项目的实际参数输入到其中，从而构建出一个真实的崩塌实例。在施工中，操作人员要清楚炮孔布置的钻杆垂度，并对钻头在孔内的流速进行控制，防止由于压力和钻浆对孔壁的冲击而发生坍塌。同时，还要掌握钻孔的成孔深度和地层的变化，调整钻井参数，及时清理出剩余钻渣。通过制定紧急事件处理计划和组建应急团队，确保可以及时处理突发坍塌事件，并将事故造成的损失降到最低。

5 在水利水电工程隧洞施工中的实际应用

5.1 隧洞掘进钻孔爆破工程应用

隧洞钻孔爆破的施工重点是引水隧洞、导流隧洞、地下厂房隧道、运输隧道等。爆破是隧洞建设的第一道工序，它的施工效果直接关系到隧道的整体质量。钻孔爆破是隧洞施工中的一个重要环节，它直接关系到隧洞开挖施工的安全、规格和爆破效果。钻孔爆破工程中，主要使用凿岩台车、风钻等高效率的钻机。作业前要清扫作业面，确保作业面干净。在对钻孔进行测量放线时，必须确保钻孔清洁，并及时清除剩余的碎石，提高隧洞施工的效率。按照钻孔爆破工程的设计和规范，完成炸药的填充、堵塞和引信的连接。检查和确认作业，在有关人员及有关设备到达安全起爆区域后，才能进行爆破作业。

5.2 钻孔爆破清排及支护工程应用

在清理过程中，对废料残渣清排施工时间的控制和钻进速度的控制一样重要。合理选择运输清排设备的种类、型号、数量，精确确定隧洞内外的清排路径和清排场地，并对清排、通风、除尘、排烟、排水、照明等工艺进行详细规划。在不确定的情况下，隧洞很容易发生岩体的滑落和崩塌，因此必须事先对隧洞断面和地层情况进行调查，并采取适当的支护措施。防护方法主要有锚喷支护和框架式支护，而锚喷支护是以永久性与临时相结合的方式为主。同时，要确保孔口的充填密封性和水平，选用软硬性合适的填料，有效地提高井眼的利用率。

6 结语

由于隧洞工程的规模越来越大、数量越来越多，施工条件也越来越复杂，对钻孔爆破技术提出了更高的要求。要提高钻孔爆破技术的使用效果，必须全面掌握钻孔爆破技术的特性，科学地选取符合工程实际的钻孔爆破技术类型，制定技术实施计划，严格遵守施工技术规范■