45°斜井正向掘進一次成型控制爆破技術

李鵬國，鄭正勤，張學彬

(1.中國水利水電第七工程局有限公司, 四川成都 610081;2.國電大渡河猴子巖水電建設有限公司， 四川甘孜 626005 )

1 工程概況

正在建設的位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內的猴子巖水電站開挖一條傾角為45 °緩坡斜井。施工中由于斜井傾角較小，爆破塊度控制與小傾角溜渣能力會受到較大程度的影響。這將關系到斜井開挖效果和速度甚至工程建設成敗，為確保斜井一次性正向擴挖成型，需要在溜渣、爆破設計、施工方案等進行詳細分析。根據猴子巖水電站面臨的工程難題，本文提出一整套全斷面一次性正向擴挖成型的振動控制等控制爆破技術。

2 斜井正向開挖方法的比較與選擇

斜井正向開挖有多種方法，在此主要對標準輪廓線和非標準輪廓線開挖兩種方法進行分析。

2.1 標準輪廓線開挖

標準輪廓線開挖法是指掌子面垂直斜井底板，其斜井輪廓線為標準斷面(圖1)。

圖1 標準輪廓線開挖法

2.2 非標準輪廓線開挖

非標準輪廓線開挖法是指掌子面為水平面，其斜井輪廓線為非標準斷面(圖2)。

圖2 全斷面正向開挖

2.3 兩種開挖方法比較

比較以上兩種開挖方式，標準輪廓線開挖方式便于設計，但實際施工實現難度大，一般不采用。非標準輪廓線在水平面上其輪廓線為非標準的斷面，不容易控制斷面的形狀和大小，需特別進行開挖結構線控制及爆破控制。

3 全斷面正向一次成型控制爆破開挖技術

常規豎井、斜井采用反井鉆機開挖形成導孔后一般均需采用兩次擴挖后方可成型，第一次擴挖為由下而上反擴，最后一次為全斷面自上而下正向全斷面擴挖。施工難度大、工期長、通風排水困難、施工安全隱患突出。

由于斜井傾角接近渣料溜渣內摩擦角，采用全斷面一次性正向擴挖堵井風險高，斜井正向擴挖非常困難，如鉆孔臺車傾斜固定困難、鉆孔方向不好把握、井壁質量難以控制等。而如果要在確保爆破質量的同時還須考慮巖塊是否能夠順利由緩坡斜井出渣則難上加難。為此，通過對爆破設計的試驗及調整，提出一整套包括鉆孔、循環進尺、炸藥單耗、孔網參數、微差間隔、起爆分段以及振動控制等控制爆破技術，在保證全斷面一次性正向擴挖成型的前提下，也能很好地控制塊度及爆堆拋擲與形狀，為后續出渣提供便利條件。

3.1 總體施工方案

3.1.1 爆破開挖總體原則與要求

由于需要開挖隧道為45 °傾斜狀態，如果按照常規正對掌子面進行鉆孔很不方便，甚至會威脅生命安全。因此在前期擬開挖隧道掌子面處開挖一個孔洞進行隧道的出渣，出渣受重力作用滑落至隧道底部。隧道掌子面前期出渣孔洞如圖3所示，溜渣模型如圖4所示。人站在平地上斜向下進行45 °打孔(圖5)。此方法可以保障出渣順利進行而且可以保障人的生命安全。施工順序為，按正常施工組織，從進口開始一直往里爆破開挖，并進行出渣，直到最終里程。

圖3 隧道掌子面前期出渣孔洞(單位:cm)

圖4 溜渣模型

圖5 人站在平地上斜向下進行45°打孔

3.1.2 爆破方案

結合隧道地質、斷面條件、臨空面、既有隧道安全以及整體工期要求，排除常規隧道垂直作業面鉆孔爆破方式，采用傾斜小爆破和機械清渣方式進行。依據前述原則，采用方便施工且速度快的斜向鉆眼爆破方法。結合本工程的地形特點，為了提高爆破效果，擬采用淺孔與控制爆破相結合的方法進行爆破施工。為了對大塊巖石進行二次破碎，按需要在安全位置進行二次爆破作業，以保證巖體塊度滿足運輸要求。

3.2 控制爆破設計

3.2.1 控制爆破參數確定

爆破參數的設計應根據巖石種類、巖性、巖石結構和裂隙情況進行計算，同時通過爆破試驗確定調整爆破參數，在局部地段采用預裂控制爆破技術。

3.2.1.1 鉆孔直徑

由于采用淺孔鑿巖設備，孔徑為φ42 mm，藥卷直徑一般為φ32 mm。

3.2.1.2 炮孔深度

爆破孔和周邊空炮孔深度均為150 cm。

3.2.1.3 單耗q與單孔裝藥量Qq

單位巖體炸藥消耗量不僅影響巖石破碎塊度、巖石飛散距離和爆堆形狀，而且影響炮眼利用率、鉆眼工作量、勞動生產率、材料消耗、掘進成本、斷面輪廓質量以及圍巖的穩定性。合理的單耗決定于多種因素，其中有巖石的力學性質、斷面、炸藥性能、炮眼直徑和深度等。

單耗：q=2.14kg/m

總裝藥量：Qq=3.21kg

3.2.1.4 孔距

爆破孔距為a=30～60cm，周邊空孔距為b=50cm。

3.2.2 炮孔布置

炮孔布置時需要將掌子面向水平面投影進行布控。由于在斜井開挖的過程中需要對導孔軌跡進行精度控制，當鉆機從斜井頂部中心位置處起鉆時，爆破炮孔布置如圖6所示；在導孔軌跡精度控制條件下，當鉆機到達斜井的中部時，在保證爆破控制距離范圍內，導孔與斷面的上邊緣剛好相切，爆破炮孔布置如圖7所示；當鉆機剛好從斜井底部穿出時，此時的爆破炮孔布置如圖8所示。其中爆破孔布設7排，排距為0.3～0.6 m，周邊孔孔距為0.5 m，每排布置炮孔根據實際控制需要定。

圖6 斜井頂部中心爆破炮孔布置(單位:cm)

圖7 斜井中部上邊緣爆破炮孔布置(單位:cm)

圖8 斜井底部下邊緣爆破炮孔布置(單位:cm)

3.2.3 炮孔裝藥及填塞結構

一般情況按設計藥量裝藥進行爆破施工，根據現場爆破經驗、巖石種類、巖性、結構、抵抗線大小是否有變化，在保證填塞高度原則下，爆破安全的基礎上，適當增減炮孔裝藥量。裝藥和填塞結構：從孔口到孔底連續柱狀裝藥。所有炮眼的剩余部分應用炮泥封堵，炮眼封泥不足或不嚴不應進行爆破。炮泥應用水炮泥和黏土泡泥。水炮泥外剩余的炮眼部分應用黏土炮泥填滿封實。

3.2.4 爆破微差間隔時間及起爆網路設計

(1)微差間隔時間確定。起爆順序從中間向外依次微差起爆。微差間隔時間△t=25～50ms是比較合適。

(2)起爆網路設計。本工程爆破工程使用毫秒電雷管、非電雷管、導爆索進行排間微差松動控制爆破，起爆網路圖如圖6所示。

4 小結

斜井正向開挖爆破實踐表明，開發出的45 °斜井正向掘進控制爆破技術能夠確保一次性開挖成型、同時還可保證爆破塊度滿足溜渣要求。運用控制爆破理論和現場試驗等方法得到一整套45 °斜井正向掘進異形斷面輪廓線一次成型控制爆破技術，包括鉆孔、循環進尺、炸藥單耗、孔網參數、微差間隔、起爆分段以及振動控制等控制爆破技術，能很好地確保斜井斷面成型以及溜渣要求。規避了斜井二次擴挖面臨的難度大、安全風險高等問題，既能保證安全、快速且輪廓線不走樣變形、有利于45 °斜井溜渣，還能適應導井軌跡引起斜井爆破掌子面導孔位置不斷變化。這一成果對解決緩傾角斜井的施工難題具有重大意義。