特小斷面引水隧洞光面爆破技術

陳 躍 平

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162）

引水隧洞開挖條件復雜，工程質量和工期均受到開挖作業的影響。在生態環境保護工程中，經技術人員的深入探討，最終提出光面爆破全斷面開挖方案，下文則圍繞具體內容展開分析，以期給類似工程提供參考。

1 工程概況

新疆伊犁尼勒克隧洞II 標生態環境保護工程的主要目標在于實現對生態環境的有效保護。根據設計方案，輸水隧洞斷面采取圓形結構形式，洞徑5.3 m～5.9 m，為現澆鋼筋混凝土襯砌結構，無壓洞，最大埋深226.8 m，共包含3 條施工支洞。本工程中，隧洞開挖采用鉆爆法，并依據新奧法理論，使用光面爆破可更好地防止圍巖松動，避免圍巖處于單軸及兩軸受力狀態。

2 光面爆破效果的主要影響因素及具體施工方案

2.1 主要影響因素

光面爆破以設計開挖線為基準，按照較密的控制標準依次設置周邊炮孔，實行弱震爆破，從而松動炮孔及其周邊的巖石，經過爆破處理后構成較規整的開挖壁面，可有效避免超欠挖現象。光面爆破施工的干擾因素較多，常見的有最小抵抗線、炮孔密集系數、不耦合系數等，需要以地質條件為依據，將各項參數控制在合理范圍內，以便取得較好的爆破效果。

通過臨時支護等方式的應用，可有效減少圍巖的受擾程度[1]。具體而言，輪廓內的巖石得以順利爆破需考慮到裝藥集中度和最小抵抗線兩方面的情況；洞室成型的關鍵在于保證最小抵抗線及打孔精度的合理性；半孔率則與不耦合系數具有直接關聯；鞏固光爆效果的主導因素在于初期支護方案。

2.2 施工方案

本工程施工中以隧洞施工為核心內容，從項目實際情況出發選用光面爆破技術，具體操作環節及對應的流程如圖1 所示。根據圍巖類別的不同采取相適應的開挖技術，其中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級圍巖均為全斷面開挖，Ⅴ級圍巖地質條件更為特殊，選用臺階法開挖。通過對新奧法理論的分析可知，光面爆破可有效避免圍巖松動現象，在本工程中具有可行性。

3 光面爆破技術的應用要點

3.1 起爆方式

根據光面爆破要求合理展開鉆爆設計工作，炮眼間距40 cm，為間隔裝藥方式。炮孔痕跡的保存率要求為Ⅱ，Ⅲ類圍巖達90%，Ⅳ級圍巖達70 %，同時嚴格控制開挖面，使其與設計輪廓線保持一致。圍巖不可出現肉眼可見的大寬度爆破振動裂隙，且不允許發生欠挖現象。

掏槽眼和輔助眼兩處均選擇的是連續裝藥方式，借助毫秒延期導爆管雷管起爆，裝填系數控制在 0.7～0.85，Φ32 mm×200 mm，采用 RJ-2 乳膠炸藥。此外，由于圍巖存在較明顯的夾制力，因此需充分考慮到圍巖等級，以此為依據確定合適的循環進尺。

3.2 鉆孔作業

做好鉆孔前的準備工作，即精準測量并畫出開挖輪廓線，并在該處確定掏槽眼和周邊眼的布設點，配備YT-28 型風動鑿巖機，利用該設備有序完成鉆孔作業。

3.3 爆破

以鉆爆設計圖為依據，準備適量質量達標的爆破材料，利用高壓風清孔將孔內堆積的灰塵等雜物徹底清理干凈，在確保不存在堵塞或坍孔的前提下裝藥連線，具體見圖2。結束裝藥作業后全面檢查各項安裝細節，若無誤即可正式起爆。

3.4 光面鉆爆設計

出于減少超欠挖、維持圍巖穩定性的目的，本工程選用了光面爆破技術。施工現場地質情況將在較大程度上影響光面爆破效果，因此必須認真分析工程地質情況，確定合適的爆破參數，隨實際情況的變化而及時優化。有水地段的施工條件更為特殊，以Φ32 mm 乳化炸藥專用藥卷為宜，采取楔形掏槽的布置方式。以盡可能提高炮眼利用率并降低大塊率為基本目標，合理控制單位炸藥消耗量。起爆作業選擇的是非電導爆管起爆，保證其時差間隔控制在50 ms～75 ms。

3.4.1 參數設計

關于炮眼裝填系數β，可按如下公式求得：

式（1）中：E 為炮眼間距，cm；W 為最小抵抗線，cm；[τ]為巖石抗剪強度，Pa；dk 為炮眼直徑，cm；[σe]為巖石抗拉強度，Pa；L 為炮眼深度，cm。

通過上述公式可算出，炮眼間距E=40 cm，最小抵抗線W=50 cm，光面爆破炮眼間距與最小抵抗線之比取0.8 左右，即E/W=0.8。

3.4.2 爆破參數和器材的選擇

為減少超欠挖、降低洞壁粗糙率，在Ⅳ，Ⅴ級圍巖施工中應優先選擇光面爆破技術，影響該技術應用效果的因素錯綜復雜，其中周邊眼的光爆參數最為顯著，需通過試驗的方式確定合適的光面爆破參數。此處主要考慮硬巖和軟質巖兩類，具體內容見表1。

表1 光面爆破參數

鉆爆施工的主要器械和材料有：選用Φ25 mm×200 mm，Φ32 mm×200 mm 兩種規格的 RJ-2 乳膠炸藥；6#，8# 的工業雷管；Φ3.0 mm 的塑料導爆管；導爆索尺寸Φ5.7 mm～Φ6.2 mm。

3.4.3 裝藥結構與堵塞

周邊眼選用的是半截（2/3）Φ32 mm 乳化炸藥，采取間隔裝藥的方式，利用竹片和導報索連接，配套半卷Φ32 mm 乳化炸藥作為加強藥包而使用，將其置于炮孔底部，除此之外的其它炮孔均選用Φ32 mm 乳化炸藥，并遵循連續裝藥原則。安排專員檢查現場情況并及時記錄，余下的起爆器材統一放回炸藥庫妥善保管[2]。完成裝藥作業后使用適量黃泥封堵炮孔，應確保堵塞長度達到30 cm 或更多，所用的炮泥均利用專業的炮泥機生產而得。

3.4.4 起爆方法

本工程選用電毫秒雷管起爆的方式，部分周邊眼較為特殊，若使用導爆索裝藥結構，此條件下以導爆索起爆為宜。按照掏槽眼→擴大眼→周邊眼→底板眼的順序依次起爆，經過持續性的通風后使現場的炮煙吹散，若現場空氣質量達標，等待15 min后即可組織人員進入現場作全面的檢查。需注意的是，檢查人員必須是原裝藥爆破員，其對于現場情況更為熟悉。若存在瞎炮或是圍巖失穩等問題均要及時處理。

3.4.5 裝藥量計算

嚴格控制單孔裝藥量g，具體可按照如下公式求得：

式（2）中：E 為孔距，cm；W 為抵抗線，m。

同時，應控制好裝藥集中度q，具體方法為：

根據上述給出的公式展開計算，再將所得結果與行業規范中的參考值對比分析，最終得出以下數值：藥卷重0.07 kg，裝藥集中度q=0.24 kg/m。

3.4.6 炮眼布置

各炮眼所對應的布置原則有所差異，具體作如下分析。①掏槽眼：選擇的是中空直眼掏槽形式，考慮到鉆眼精度要求，應合理控制好掏槽的位置，較合適的是隧洞中線偏下的區域；②周邊眼：以設計的周邊眼間距為參考，保證外插角的合理性，以免出現超挖現象；③內圈眼：較合適的是布置在周邊眼抵抗線的邊緣處；④擴大眼：以施工區域的巖石堅硬程度、裝運方法等為參考，合理控制炮孔間距，在巖石堅硬的情況下以小間距為宜，反之則采取大間距布置方式；⑤底板眼：應當沿開挖輪廓線方向依次布置，此處可增加藥量，以便發揮出翻碴作用，確保在爆破結束后產生的巖碴能夠被有效翻松，給裝載作業創造良好的條件[3]。根據鉆爆設計內容，經計算后確定炮眼在不同等級圍巖條件下合適的布置方式，伴隨施工作業的持續推進，結合實際情況合理修正鉆爆設計參數，提高其在實際施工中的可行性，從而取得更良好的爆破效果，做到全程安全、可靠，使圍巖可維持穩定狀態。

4 結語

生態環境保護工程施工中，特小斷面引水隧洞爆破環節選擇的是現階段較先進的光面爆破技術。工程技術人員根據實際情況合理調整爆破參數，爆破對圍巖的影響可降到最低，有效避免圍巖變形現象，使圍巖抗力維持在合理的水平，臨時支護和襯砌施工質量都滿足要求，具有較顯著的社會經濟效益，因此光面爆破技術可作為類似工程的參考。