青海省扎毛水庫導流洞上半洞爆破開挖施工方案分析

沈磊 李濤

摘要 以青海省扎毛水庫導流洞工程為實例，探討了上半洞爆破施工設計方案中各項爆破參數的計算方法，并對多種爆破施工方案進行篩選，結合以往多次爆破施工經驗與多次爆破試驗結果，確定了最佳爆破施工方案，實施后取得良好的爆破效果。該設計施工工程開挖質量符合要求，在工期和施工進度上得到業主和監理單位一致好評。此操作過程可以為類似工程爆破方案選擇和優化提供參考。

關鍵詞 導流洞；施工；爆破；方案

中圖分類號 S277 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05329-03

隧洞開挖爆破設計方案的正確選擇是決定隧洞施工成敗的關鍵因素，直接影響隧洞開挖的進度、質量和爆破效果。在扎毛水庫導流洞上半洞的施工過程中，理論計算的爆破參數在實踐中應用效果并不是很理想，借鑒專業施工隊伍的工作經驗和多次爆破試驗對爆破設計方案進行調整后，取得了良好的爆破效果。文章主要對導流洞上半洞開挖過程的爆破施工方案進行分析與探討，并對最佳爆破施工過程做出詳細描述以期為類似工程的施工方案選擇與優化提供參考。

1 工程概況

扎毛水庫位于青海省黃南州扎毛鄉境內黃河一級支流隆務河上，是隆務河上游的龍頭水庫，也是集農業灌溉、防洪、發電為一體的綜合利用工程。主要建筑物為攔河大壩、溢洪洞、導流洞、發電洞及發電廠房等。在大壩填筑前，必須先進行施工導流，導流洞位于大壩右壩坡坡腳處，進口底板高程為2 779.0 m，出口底板高程為2 778.1 m，設計洞徑5.0×7.9 m，洞內坡降為1/200，導流洞長184.87 m。山體自然坡度36°～45°，進口段岸坡為62°左右。洞室最大高差89 m左右。整體邊坡較穩定，地表植被較發達，洞軸線走問NE85°。

2 立地概況

導流洞圍巖巖性為三疊系中統青灰-黑灰色中厚-厚層細粒長石砂巖夾黑灰色粉砂巖、板巖，地位方位：NW276°，SW<57°，巖體裂隙較發達，多為層狀結構，巖體基本質量等級為Ⅲ～Ⅳ級，強風化層厚度3～5 m，弱風化層厚度5～6 m。總體巖體較為完整，但出口段強風化層巖體完整性差，多為層狀-碎裂結構。

3 施工方案選擇

導流洞開挖施工采用目前比較流行和實用的鉆爆法。因導流洞斷面較大，根據施工總進度安排和地質情況，采用分期、分段開挖方法。先開挖洞室上半部分共6.0 m高，采用光面爆破施工方案。待上半洞噴錨支護完畢后再進行下半洞開挖，以保證下半洞的施工安全[1]。由于洞身較短，不需設施工支洞，僅從洞進出口兩個掌子面施工。下半洞高3.3 m，擴挖采用2次鉆爆成型的施工方法，一次鉆爆為中部拉槽，預留側墻及底板光爆層；2次鉆爆為光爆層爆破，一次成型。

4 上半洞理論爆破設計方案

導流洞上半洞在開挖前，先進行上半洞理論爆破設計，設計過程如下：

4.1 爆破參數的選擇 隧洞鉆孔爆破基本參數包括單位巖體炸藥消耗量q，單孔裝藥量qd，工作面總鉆孔數量N，一次開挖循環炸藥量Q，周邊孔平均炸藥量qp，輔助孔平均炸藥量qn，掏槽孔炸藥量qcut，參數計算公式根據《水利水電工程施工手冊》（第二卷）土石方工程中所述選用[2]。

巖石單位耗藥量q，隧洞斷面在4～100 m2，按經驗公式：

4.2 理論爆破設計方案掏槽方式選擇及底孔布置 根據洞身的工程地質條件，采用楔形掏槽方式[3]。第一層掏槽孔傾斜角度為60°左右，深度為2.4 m；第2層掏槽孔傾斜角度75°左右，深度為2.2 m；底孔向下傾斜15°鉆孔，鉆孔布置如圖1所示。

圖1 導流洞上半洞理論爆破設計方案布置4.3 理論爆破設計方案的布孔及裝藥量 因工程現場用的是2#硝銨巖石炸藥，單支藥量為0.15 kg，裝藥量在理論計算的基礎上，根據藥卷數量進行略微調整，各孔裝藥量如表1所示。根據計算，上半洞斷面面積34.57 m2，按每個循環進尺2 m計算，實際裝藥量84 kg，比理論計算的裝藥量83.74 kg，多0.26 kg。各炮孔布置如圖1所示。

4.4 理論設計爆破方案的實施效果 理論爆破設計方案經過2～3次爆破試驗后，發現實施效果并不是很好，隧洞周邊出現局部超挖和欠挖情況，底部起爆后高低不平，達不到設計高程，每個循環進尺在1.6～1.8 m，炮孔保存率在20%左右，與預期理想效果相差較遠。

5 爆破設計方案調整過程及實施效果

根據施工隊伍多年施工經驗，結合現場爆破試驗，項目部總工、施工技術人員與爆破組長共同分析認為：總體裝藥量比較合適，周邊孔布置也合理。應適當調整掏槽孔、掏槽輔助孔、周邊輔助孔和底邊孔的個數、位置和裝藥量，以及調整非毫秒雷管的段位。

5.1 實際爆破施工方案選擇 在前3次爆破試驗失敗后，又經過多次爆破試驗和計算，對炮孔布置和間、排距進行調整。其中單位巖體炸藥消耗量q，單孔裝藥量qd，工作面總鉆孔數量N，一次開挖循環炸藥量Q，周邊孔平均炸藥量qp與原設計方案保持不變，只是將位置和間、排距進行了調整。將掏槽孔的數量調整為10個，底邊孔的數量調整為7個，相應輔助孔平均炸藥量qn仍按如下經驗公式進行計算：

5.2 實際施工中掏槽方式和底孔選擇 在施工過程中，根據洞身的工程地質條件，施工中仍采用楔形掏槽方式，第一層掏槽孔傾斜角度為60°左右，深度為2.4 m；第2層掏槽孔傾斜角度75°左右，深度為2.2 m，底孔向下傾斜15°鉆孔。鉆孔布置如圖2所示。 因工程現場炸藥單支藥量為0.15 kg，裝藥量實際施工過程中，進行略微調整，各孔實際爆破參數如表2所示。根據計算，上半洞斷面面積34.57 m2，實際裝藥量41.85 kg/m，比理論計算的裝藥量83.74 kg少0.04 kg。

5.3 調整后的爆破效果 經過多次爆破試驗后，證明圖2和表2中的炮孔布置和相應的爆破參數是導流洞上半洞爆破開挖的最佳方案，隧洞周邊出現超挖控制在10 cm以內，底部達到設計高程且比較平整，炮孔保存率在70%～80%左右，每個循環的進尺都在2 m左右。達到了預期的理想效果。

6 理論爆破方案與調整后爆破方案的對比分析

將導流洞理論爆破參數與調整后實際爆破參數進行對比（表3），理論設計爆破效果差的原因分析如下：一是掏槽孔間距大、布局不合理、裝藥量少、起爆后臨空面不足等引起隧洞周邊欠挖；二是底邊孔的間距過大，爆破后底部不平整；三是輔助孔布局及裝藥量不合理，導致炮孔保存率低，局部有超欠挖現象。

以上分析表明，理論計算的爆破設計方案并不是一成不變的，可根據工程實際地形、地質條件，因地制宜，調整爆破設計方案，將會在工作量基本相同的情況下，取得不同的效果。

7 結束語

青海省扎毛水庫導流洞上半洞開挖采用光面爆破法施工，項目部選擇有經驗的施工隊伍，在隧洞開挖前進行多次爆破試驗，將理論計算的爆破設計參數在實踐的基礎上進行適當調整，使爆破設計方案達到最佳效果。洞身開挖日進尺達5 m，洞身沒有欠挖，超挖平均控制在10 cm以內，開挖質量符合設計要求。在工期、質量和進度上，得到業主和監理單位的一致好評，也為類似工程的爆破方案的選擇和優化提供參考。

參考文獻

[1] 王昌林.錦屏二級水電站引水隧洞鉆爆法開挖技術[J].貴州水力發電，2011，25（6）：17-20.

[2] 《水利水電工程施工手冊》編委會.水利水電工程施工手冊（第2卷）[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3] 翁國勇，葛建波，李強.楔形掏槽和直眼掏槽技術在朗外河電站引水隧洞開挖爆破中的應用比較[J].水利水電技術，2008，39（3）：52-56.42