引紅濟(jì)石引水隧洞主洞光面爆破設(shè)計(jì)

李洪良 穆如意

1 工程概況

陜西省引紅濟(jì)石調(diào)水工程是一項(xiàng)將漢江北岸褒河支流紅巖河通過(guò)穿越秦嶺的隧洞自流調(diào)入渭河南岸支流石頭河中的跨流域調(diào)水工程,工程受益區(qū)為陜西省關(guān)中地區(qū)西部的咸陽(yáng)、楊凌、西安三個(gè)市區(qū)。引紅濟(jì)石輸水洞起點(diǎn)位于陜西省寶雞市太白縣,輸水洞長(zhǎng)度約為19.76 km。

陜西省引紅濟(jì)石調(diào)水工程引水隧洞Ⅱ標(biāo)項(xiàng)工程主線(xiàn)輸水隧洞樁號(hào)3+000～5+560,全長(zhǎng)2 560 m。斷面為圓拱直墻形,成洞尺寸3.0 m×2.8 m(高×寬)。圍巖類(lèi)別比較復(fù)雜,主要以Ⅲ類(lèi),Ⅳ類(lèi)圍巖為主,局部為Ⅱ類(lèi),Ⅴ類(lèi)圍巖,并存在多處斷層。巖體以片麻巖為主,巖石較堅(jiān)硬,節(jié)理發(fā)育,裂隙水較豐富。隧洞選擇以進(jìn)口單方向掘進(jìn)為主,全斷面開(kāi)挖方案,開(kāi)挖進(jìn)尺控制在1.5 m～

2.5 m以?xún)?nèi)。

2 光面爆破設(shè)計(jì)

2.1 光面爆破方案選擇

光面爆破參數(shù)選擇主要與地質(zhì)條件有關(guān),其次是炸藥的品種與性能、隧道斷面的形狀與尺寸、裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法。現(xiàn)以Ⅲ類(lèi)圍巖為例進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì),其開(kāi)挖斷面的面積為12 m2。根據(jù)圍巖情況及施工任務(wù)要求,確定循環(huán)進(jìn)尺為2.5 m,采用乳化炸藥,周邊眼采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu),其他炮眼采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)。采用火雷管和非電毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆。

2.2 爆破器材

根據(jù)施工中常用的爆破器材,以及本地的實(shí)際情況,引紅濟(jì)石隧洞的爆破器材選用直徑為32 mm,爆速大于3 200 m/s的2號(hào)巖石乳化炸藥作為主爆藥;導(dǎo)爆索與2號(hào)巖石乳化炸藥作為光爆藥;火雷管和導(dǎo)爆管雷管作為起爆器材。

2.3 炸藥單耗的確定

根據(jù)修正的普氏公式:

其中,f為巖石的堅(jiān)固系數(shù);s為巷道斷面積;Ke為考慮炸藥爆力p的校正系數(shù),Ke=525/p。

算出 q=1.37 kg/m3～2.4 kg/m3,由于隧洞斷面小,所受夾制作用大,根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整后炸藥單耗q=1.7 kg/m3。

2.4 光面爆破參數(shù)的確定

2.4.1 孔距

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備,炮眼直徑為d=40 mm,所以周邊孔間距a=(8～16)d=32 cm～64 cm。在實(shí)際施工中周邊眼空距頂拱取45 cm,邊墻取 50 cm。

2.4.2 不耦合系數(shù)與光爆層厚度

光面爆破的不耦合系數(shù)λ=d0/d(d0為裝藥直徑),在0.8～1之間變化,當(dāng)λ變小時(shí),孔壁上的最大切向應(yīng)力減小,爆炸波作用時(shí)間延長(zhǎng),有利于應(yīng)力疊加和應(yīng)力集中,產(chǎn)生拉伸裂隙,而不宜產(chǎn)生粉碎。生產(chǎn)實(shí)踐表明,增大不耦合系數(shù),采用空氣間隔裝藥,可以消除壓碎破壞,控制放射狀裂隙的產(chǎn)生,提高炮孔的殘留率。根據(jù)最小抵抗線(xiàn)與炮孔間距的關(guān)系:光爆層厚度 w=a/λ,得w=50 cm。

2.4.3 周邊眼延米裝藥量

周邊眼裝藥量:

其中,c為爆破系數(shù),在通常情況下,c=0.2 kg/m3～0.5 kg/m3;通過(guò)實(shí)驗(yàn)試炮,確定q1=0.15 kg/m,并在施工中進(jìn)一步調(diào)整。

2.5 掏槽眼爆破參數(shù)的確定

由于隧洞斷面小,為了取得更好的掏槽效果,本隧洞采用五梅花小直徑中空直眼掏槽爆破(見(jiàn)圖1)。在1號(hào)眼的周?chē)O(shè)置4個(gè)距離很近的小直徑空眼做1號(hào)孔的臨空面,1號(hào)孔起爆后,在中央形成一個(gè)孔洞,作為其他眼的臨空面,這樣逐步擴(kuò)大形成掏槽,提高炮眼的利用率。其裝藥量至炮眼的90%。

2.6 Ⅲ類(lèi)圍巖鉆爆設(shè)計(jì)圖

Ⅲ類(lèi)圍巖鉆爆設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2。

3 裝藥方法、裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔堵塞

3.1 裝藥方法

采用人工用木制炮棍裝藥,由施工人員將藥卷逐個(gè)裝入炮孔,并用炮棍輕輕搗實(shí),避免藥卷之間間隔較大,影響傳爆。在裝藥過(guò)程中嚴(yán)禁大力用炮棍搗實(shí)炸藥,防止用力過(guò)猛后使裝藥密度過(guò)大,造成炸藥壓死拒爆。

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

1)周邊眼采用空氣間隔、不耦合裝藥,采用導(dǎo)爆索起爆,將導(dǎo)爆索插入空底藥卷內(nèi),炸藥均勻分布裝入炮孔內(nèi)。為克服底部炮眼的阻力,一般將底部藥量稍微加大(見(jiàn)圖3)。

2)掏槽眼、輔助眼、底邊眼等采用連續(xù)耦合裝藥,雷管埋入孔底藥卷,聚能穴朝孔口方向,其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

3.3 炮孔堵塞

炮孔采用人工堵塞,堵塞材料為帶有粘性的土卷(需提前加工),用木制炮棍壓緊。堵塞長(zhǎng)度應(yīng)不小于30 cm,嚴(yán)禁不堵塞炮孔爆破。

3.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及起爆方法

起爆網(wǎng)絡(luò)采用簇連法,俗稱(chēng)一把抓起爆法。就是每個(gè)炮孔內(nèi)裝一發(fā)延期導(dǎo)爆管雷管,然后將導(dǎo)爆管連成一把后,用2發(fā)8號(hào)火雷管起爆。連接好網(wǎng)絡(luò)后,等待其他施工人員撤離到警戒線(xiàn)以外后,由專(zhuān)人用香火點(diǎn)燃導(dǎo)火索(2根),點(diǎn)燃后立刻撤離到200 m以外的安全避炮點(diǎn),響炮30 min后方可進(jìn)入爆區(qū)檢查。

3.5 起爆順序

為滿(mǎn)足光面爆破的要求,先起爆掏槽眼,為其他炮孔提供臨空面,再起爆輔助眼、內(nèi)圈眼,最后起爆周邊眼、底眼。為了保證各類(lèi)炮眼之間的起爆時(shí)差,增強(qiáng)起爆效果,在選用毫秒雷管時(shí)一般隔段使用,即選用1號(hào),3號(hào),5號(hào),7號(hào),9號(hào),11號(hào),13號(hào)等。

4 施工控制

4.1 測(cè)量控制

首先使用全站儀定出隧道的軸線(xiàn)與圓心,再以半徑長(zhǎng)在掌子面用紅油漆畫(huà)出開(kāi)挖輪廓線(xiàn),最后根據(jù)炮眼布置圖畫(huà)出炮眼位置,周邊眼和掏槽眼的位置要求更加精確。

4.2 定位與鉆孔

根據(jù)隧洞開(kāi)挖斷面尺寸,事先制作一臺(tái)簡(jiǎn)易鉆眼工作架,工作架的高度要適合工人操作要求,開(kāi)眼的位置要求盡量不偏離設(shè)計(jì)炮位。其中周邊眼和掏槽眼由技術(shù)人員負(fù)責(zé),使鉆眼達(dá)到“準(zhǔn)、平、直、齊”的要求,尤其要控制好以下幾點(diǎn):

1)控制眼門(mén)誤差和眼底誤差不大于5 cm;2)周邊眼沿輪廓線(xiàn)調(diào)整誤差不大于5 cm,2號(hào)外插腳控制在2°～3°,眼底控制不超出開(kāi)挖輪廓線(xiàn)10 cm;3)除掏槽眼較深外,其他眼底落在同一垂直面上。

4.3 清孔

炮眼鉆好后,用高壓氣體進(jìn)行清孔,將孔中的鉆渣、小石渣清除干凈后按設(shè)計(jì)裝藥、起爆。

4.4 爆后檢查及盲炮處理

響炮30 min后方可進(jìn)入爆區(qū)檢查,并對(duì)爆堆的形狀大小、殘孔率、飛石最大距離及盲炮情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)記錄,掌握一手資料,適時(shí)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

如發(fā)現(xiàn)盲炮應(yīng)立即通知專(zhuān)職爆破員進(jìn)行處理,處理方法為:

1)二次起爆法:若是由于起爆網(wǎng)絡(luò)連接不良造成的盲炮,可重新連線(xiàn)起爆;2)誘爆法:對(duì)于不能二次起爆的盲炮,如果周?chē)h(huán)境允許,可準(zhǔn)確判明裝藥的具體位置,在原裝藥孔附近平行原裝藥孔進(jìn)行鉆孔,裝入少量炸藥,利用小裝藥將其誘爆;3)人工排除法:采用高壓風(fēng)吹出堵塞物,取出起爆雷管及炸藥。

在處理盲炮時(shí)無(wú)關(guān)人員不得在場(chǎng),并在危險(xiǎn)區(qū)邊界設(shè)置警戒,危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)禁止進(jìn)行其他作業(yè)。盲炮處理后應(yīng)仔細(xì)檢查爆堆,并將殘留爆破器材清理干凈。

4.5 炸藥退庫(kù)

在爆破結(jié)束后,炮工離開(kāi)施工現(xiàn)場(chǎng)前,由爆破員將現(xiàn)場(chǎng)剩余火工品回收干凈,并退回庫(kù)房登記,做到賬賬相符,賬物相符。

5 結(jié)語(yǔ)

引紅濟(jì)石引水隧洞斷面比較小,所受巖石夾制作用大,對(duì)爆破要求較高,本文根據(jù)前面所開(kāi)支洞的爆破經(jīng)驗(yàn),查閱大量工程實(shí)例、科技書(shū)刊,對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行了仔細(xì)的推敲、試驗(yàn)。但由于作者經(jīng)驗(yàn)尚淺,知識(shí)不足,所以設(shè)計(jì)中難免有所紕漏,敬請(qǐng)讀者給予指正。

[1] 田旭東.淺談水工隧洞施工光面爆破新技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(35):261-262.