隧洞鉆孔爆破技術在水利水電工程施工中的應用分析

（中國安能集團第二工程局有限公司南昌分公司，江西南昌 330100）

鉆孔爆破是水利水電工程隧洞施工中的主要施工技術，也是順利開挖水利工程土石方的重要保障。要確保鉆孔爆破施工的安全，同時保證施工質量，對鉆孔爆破技術的應用就需認真分析，包括技術種類的選擇和技術布置等，為此施工人員要就工程情況作全面探析，并最終確定爆破技術種類和施工方案。

1 施工原則

隧洞鉆孔施工原則可分為三個方面，分別為運輸爆破材料原則、鉆孔爆破安全原則、鉆孔爆破工效原則，每個原則又分別包括了相應的注意事項，結合這些相關事項才能確保鉆孔爆破的安全、質量與效率。

1.1 運輸爆破材料原則

運輸爆破材料原則包括爆破材料的安全輸送、爆破材料的分類存放以及爆破材料的運輸管理。由于爆破材料的特殊性，在運輸過程中一般采取限制運輸，即爆破材料的重量以及運輸車輛的車速都需要控制在安全范圍內，防止出現碰撞問題，同時還要做好特殊情況下的警示防控以及特殊天氣下的運輸預防。材料分類存放則時根據爆破材料的材料性質，與黑火藥、雷管等材料進行隔離運輸，避免發生安全問題。材料運輸途徑是依照爆破材料的潛在威脅，在運輸時盡量挑選專業技術人員進行操作，同時在路徑選擇上要盡量選擇車輛少、人群稀疏的路線，以降低運輸過程中的危險系數。

1.2 鉆孔爆破安全原則

鉆孔爆破安全原則主要針對炸藥用量的控制、隧道的掘進施工、鉆孔爆破循環施工、裝置和卸載方法以及炮孔的布置布局五個層面。首先是炸藥用量的有效控制，炸藥用電會對隧洞爆破鉆孔的成功率造成直接影響，在計算炸藥量時要將隧道的縫隙強度、鉆孔布置方式、掘進面炮孔數量、巖層性質作為參考目標，根據這些數值來確定炸藥的具體用量。在實際爆破前，還要在施工現場先開展爆破實驗，有明確實驗數據后在敲定具體的炮孔數量和控制間距，并用類比分析法、經驗公式法等方式做優化計算，然后依照現場的掘進深度，炮孔間距對實際藥量進行微調。

其次是隧道掘進施工情況，水利水電工程的隧道隧洞由交通洞、引水洞、導流洞和地方廠房洞等幾個部分組成，每一個部分所采取的爆破方式根據該段隧洞的功能作用要有所差別，施工人員需結合開挖需求來保證爆破施工量的合理[1]。

在循環施工方面，施工人員需優化施工程序，在施工過程中，一個晝夜循環里需要保證作業數為整數，其循環時間確定為2的倍數最佳，而開挖的斷面大小可依照巖層穩定情況進行調整，如果巖層穩固性良好，可使用多臂鉆車搭配短臂挖掘機鉆孔，深孔少循環的方式循序鉆進，以此節約工時，減少爆破鉆孔中的施工障礙。

1.3 鉆孔爆破工效原則

在爆破過程中要提高廢渣的運輸率、加強臨時支護、做好輔助工程以及保證填塞孔口質量。運輸鉆孔廢渣是為了讓施工環境可以長期保持清潔，讓爆破施工質量得到提高，廢渣運輸關鍵在于縮短廢渣出渣的工時，讓出渣速度盡可能快，出渣效率盡量增高。為此，施工人員要在鉆孔作業的過程中建立一套完善的出渣機制，如出渣工具的科學合理，出渣設備的高效運用，出渣路線的精確計算，以此讓出渣量可以得到有效控制[2]。

而在臨時支護方面，施工人員需結合隧洞巖石材質及結構加大支護作業力度，確保洞室開挖時隧洞結構的穩定性，讓圍巖處的穩定狀態得以鞏固。

此外，當代水利水電工程對于環境的安全、有序尤為看重，施工人員必須做好施工地的通風、防塵、消煙和排水工作，以此提高隧洞的安全保障。

最后是對孔口的堵塞質量確保，只有保證孔口的堵塞質量良好，才能保證爆破效果達到最佳，故對于孔口堵塞情況要認真檢查，防止出現堵塞不嚴的問題，特別是對于鉆孔的利用率要有效提高，通過對孔口多次作業，保證堵塞質量良好。

2 水利水電工程的常用隧洞鉆孔爆破技術種類及布置要點

2.1 水利水電工程的鉆孔爆破技術種類

根據炮孔的作用，在隧洞鉆孔爆破中存在輔助孔、掏槽孔和周邊孔三個類別。輔助孔的主要作用為幫助隧洞巖體實現爆破，次要作用是在爆破過程中幫助周邊孔創造出更加安全有效的爆破環境。掏槽孔一般見于開挖面的中段，該炮孔的應用目的是為了提升隧洞爆破的臨空面，增強隧洞爆破的效果。周邊孔則是為了確保開挖面輪廓穩定，保證不出現輪廓變形所設置的炮孔，周邊孔多設置在隧道開挖面附近，以此增強施工人員對開挖輪廓的控制力度。

在使用鉆爆法對隧道斷面進行挖掘的過程中，施工人員需按照設計圖紙和相關數據標準，通過科學的布置爆破孔，合理的配比炸藥量，然后按照正確的順序對施工現場進行起爆，結合現場實際情況調整爆破參數，同時還要及時對隧洞支護，減少圍巖暴露的時間，防止圍巖風化剝落。

2.2 水利水電工程的鉆孔爆破技術布置

炮孔的布置有分區和布孔兩種形式，在進行布置時，施工人員需考慮到隧洞后期的鉆孔作業問題，不要讓炮孔的移動次數及頻率過多，同時炮孔的放線和巖層的層里之間要維持垂直關系，減少卡鉆和漏氣問題，另外針對周邊孔進行布置時，要確保布置方式和現有輪廓圖設計符合，不能違背輪廓圖，否則會增加施工的風險程度，最后是掏槽孔的布置，其深度需大于崩落孔的15%左右。在設計鉆爆時，施工人員應根據超前鉆探情況及圍巖的完整性、軟硬程度確定開挖工法，制定切實可行爆破設計，提高炮孔利用率，根據工程隧洞出口圍巖級別，確定斷面開挖方法，并對掏槽眼、輔助眼、周邊眼、底板眼的布置、深度、斜度和數量，爆破器材、裝藥量和裝藥結構以及起爆方法和起爆順序的控制。以Ⅲ級圍巖全斷面開挖炮孔布置圖為例（圖1）。

圖1 III級圍巖全斷面開挖炮孔布置設計圖

圖1中的炮孔設計按照周邊孔間距40cm，輔助孔間距80～120cm，多排楔形掏槽的形式布置。為保證開挖斷面凈空滿足要求同時為鑿巖臺車鉆臂提供充足的工作空間，對周邊孔設置一定的外插角，該外插角根據鉆孔深度、圍巖實際情況等因素設置，通常在2～3°，保證孔底在開挖斷面以外15～20cm。爆破后掌子面處斷面半徑大于設計斷面半徑15～20cm，理論全斷面開挖平均超挖量為8～10cm，施工人員在實際鉆爆中還需根據現場實際鉆爆的斷面測量情況判斷實際平均超挖量。圖1隧洞的設計全斷面布孔有175個，其中周邊孔70個，底板孔11個，輔助孔68個，掏槽孔28個。周邊孔采用不耦合間隔裝藥，掏槽孔及輔助孔采用耦合連續裝藥結構[3]。為保證鉆爆效果，同時為以后的鉆爆調整提供數據，對每循環實際鉆孔記錄鉆爆循環記錄，便于分析總結。

3 隧洞鉆孔爆破技術的測量及用藥量

4 工程鉆爆中的塌方事故預防及處理措施

工程鉆爆屬于高危作業，存在發生塌方事故的風險概率，因此施工單位不止要做好塌方事故預防，還要準備應急處理方案，以便在塌方事故出現時，第一時間組織相關人員實施應急措施，比如即依據工程設計的相關數據信息，在Revit以及Project軟件之中設置參數，制作出3D模型，從而反映出水利水電工程在鉆爆施工的可預見性問題，再制定應急措施，可以有效保障鉆爆施工的進度、鉆爆過程的安全以及質量控制。而在作業中，施工人員注意觀察布置炮孔時的鉆桿垂度，控制好鉆頭在孔內的升降速度，避免由于漿液沖刷孔壁以及負壓原因造成孔壁塌方。在鉆進成孔作業過程中應視地層、孔深的變化適當調整鉆進參數，并盡快配置泥漿，確保成孔質量。在施工過程中及時清運鉆渣，確保隧洞環境的干凈整潔，待鉆孔達到要求停鉆后為保障孔壁的穩定性應注意保持孔內泥漿的漿面高程[5]。

施工單位還需成立應急救援小組，并分設現場搶險救災班組、技術專家班組、物資供應保障班組、醫療救護班組、后勤保障班組、善后處理班組等工作隊，讓各個小隊各司其職，共同協調，同時，負責人要根據現場施工情況推行搶險救援崗位責任制，明確每個搶救班組的工作責任，以便在險情發生時可以及時參與對遇難者的搶救以及對現場狀況的有效控制。搶救工人員要根據隧洞發生的塌方范圍對遇難者以及是否存在被困人員進行預判，并迅速制定急救方案。施工單位還需注意，當塌方發生時，隧洞會因為石塊堵塞變成密閉空間，受困人員活動范圍會受到極大的限制，如果長時間無法救出受困人員，會導致其發生各類疾病感染。為此在隧洞鉆爆時，施工現場要常備抗生素和阿司匹林等藥物，以便在塌方發生時，受困人員可以緊急自救，減少血液凝固或者病菌感染等問題的發生。救援人員在開展施救工作前，也需對坍塌范圍頂部做清除或錨固工作，將隧洞的支護進一步加強，并架設鋼支撐或噴混凝土，防止大范圍塌落，將因為塌方帶來的損失降至最低。

5 結語

近年來，我國經濟快速增長，對水電需求也越來越高，水利水電工程在快速發展的同時，面臨的安全隱患問題也越來越大。在工程施工中，隧洞鉆孔爆破是關鍵的一環，鉆孔爆破作為爆破施工的核心，應受到施工單位及施工人員的重視。故施工單位在進行鉆爆作業時，要嚴格恪守鉆爆施工的施工原則，同時結合施工現場狀況選擇合理的隧洞鉆孔爆破技術，并注意炮孔布置，在用藥量上也精確計算，減少不必要的資源損耗。最后，要注意隧洞鉆孔爆破中的塌方預防及應急救援，提高水利水電工程的隧洞鉆孔爆破安全性與質量，為水利水電工程順利施工提供保障。