托帕水庫臨時(shí)道路工程交通洞光面爆破技術(shù)探討

李維琴

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330000)

1 工程背景

托帕水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內(nèi)，工程壩址位于恰克馬克河上，是流域規(guī)劃推薦恰克馬克河上的控制性水利樞紐工程，是一座以灌溉和防洪為主的中型水利樞紐工程。托帕水庫工程距恰克馬克河攔河引水樞紐45km，距阿圖什市92km，現(xiàn)有S212省道從壩址左岸通過。本項(xiàng)目由3條臨時(shí)道路1條交通洞組成。水庫壩址下游臨時(shí)道路路線起點(diǎn)位于壩址下游左岸1.0km處S212省道，終點(diǎn)位于交通洞進(jìn)口，路線長0.66km；臨時(shí)過壩交通洞起于上游臨時(shí)路樁號K0+654.939，至于下游臨時(shí)路樁號K0+000，全長480.640m，Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞寬10.5m，洞高7.25m，Ⅱ、Ⅲ類圍巖洞寬8.5m，洞高6.5m，開挖段面積共為59.58m2。考慮到水庫臨時(shí)道路工程交通隧洞施工質(zhì)量、安全及造價(jià)控制要求，擬采用光面爆破開挖技術(shù)。

2 光面爆破施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 爆破參數(shù)確定

托帕水庫臨時(shí)道路交通洞光面爆破采用自制鉆孔臺(tái)車及YT-28氣腿式鑿巖機(jī)，炮孔直徑45mm，起爆采用電雷管配合導(dǎo)爆索的形式，炸藥類型為巖石硝銨炸藥及防水乳化炸藥，并按照標(biāo)準(zhǔn)藥卷連續(xù)裝藥。Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用臺(tái)階式開挖方式楔形掏槽，Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用全斷面開挖方式楔形掏槽。光面爆破施工對隧洞圍巖擾動(dòng)較小，并能維持圍巖自身承載力，改善圍巖襯砌結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，為取得良好的光面爆破效果，必須加強(qiáng)爆破參數(shù)的合理選擇[1]。本工程交通隧洞光面爆破參數(shù)主要包括掏槽孔參數(shù)，周邊孔間距、最小抵抗線、密集系數(shù)、裝藥集中度，炮孔數(shù)量、裝藥量等。

1)掏槽孔參數(shù)：托帕水庫臨時(shí)道路交通隧洞光面爆破掏槽孔按垂直楔形掏槽設(shè)計(jì)，三對掏槽孔水平對稱布設(shè)，掏槽效果主要取決于炮孔于開挖面夾角α、上下炮孔間距a以及同一開挖爆破面掏槽孔孔底間距b，參數(shù)的取值情況詳見表1。

表1 掏槽孔設(shè)計(jì)參數(shù)取值

2)周邊孔參數(shù)：托帕水庫臨時(shí)道路交通隧洞光面爆破周邊孔外插斜率應(yīng)在0.03-0.05范圍內(nèi)取值，周邊空間距應(yīng)控制在335-755mm，根據(jù)爆破試驗(yàn)，本工程取周邊孔間距為550mm，最小抵抗線為687.5(1.25×550)，密集系數(shù)0.8(550/687.5)。

3)裝藥集中度：按照設(shè)計(jì)規(guī)范，周邊孔裝藥集中度應(yīng)在0.07-0.35kg/m范圍內(nèi)取值，爆破試驗(yàn)結(jié)果顯示，周邊孔裝藥集中度為0.2kg/m時(shí)，爆破效果最佳。托帕水庫臨時(shí)道路交通隧洞光面爆破周邊孔參數(shù)取值情況詳見表2。在具體爆破施工過程中，還應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境、地質(zhì)條件、爆破效果等進(jìn)行爆破參數(shù)的及時(shí)修正，以取得最佳的爆破施工效果。

表2 光面爆破周邊孔參數(shù)取值

4)炮孔數(shù)：

本水庫工程臨時(shí)道路交通隧洞光面爆破炮孔數(shù)量按照下式確定：

N=KS/ηγ

(1)

式中：N為炮孔數(shù)，個(gè)，未裝藥的空孔不考慮；S為圍巖開挖段面積，m2；K為炸藥耗用量，kg/m3，取1.2-2.5kg/m3；η為裝藥系數(shù)，是裝藥長度與炮孔長度的比，取0.8；γ為藥卷所含炸藥質(zhì)量，kg/m，取0.85。將上述爆破參數(shù)帶入式(1)可得：N=(1.2×59.58)/(0.8×0.85)=105個(gè)，其中掏槽孔5個(gè)，周邊孔35個(gè)，輔助孔50個(gè)，底孔15個(gè)。

2.2 炮孔布置

考慮到石渣裝運(yùn)、噴混凝土等施工的方便性，爆渣堆積越集中越好，所以掏槽孔應(yīng)布置在斷面中下方位置，深度應(yīng)超出其他孔15-25cm。為促進(jìn)輪廓成型及炮孔保存，根據(jù)本工程設(shè)計(jì)炮孔間距類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，起拱線以上周邊孔間距應(yīng)為30cm，起拱線以下周邊孔間距應(yīng)為40cm，周邊孔抵抗線取1.25E(E為周邊孔間距)。擴(kuò)槽孔主要起到擴(kuò)大槽腔并為光面爆破提供空間條件的作用，擴(kuò)槽孔應(yīng)按設(shè)計(jì)要求加密布置。內(nèi)圈孔、掘進(jìn)孔也應(yīng)適當(dāng)加密布設(shè)，以防止其過于集中或裝藥量過大而破壞圍巖。

2.3 炮孔深度

炮孔深度應(yīng)依據(jù)鉆孔機(jī)械最大鉆深、鉆孔工效、設(shè)備裝運(yùn)能力、循環(huán)作業(yè)能力、圍巖巖體所承受的震動(dòng)強(qiáng)度等綜合確定，還應(yīng)考慮巖石夾制作用。本工程交通隧洞光面爆破掏槽孔和底孔深取3.8m，其余炮孔深取3.5m。

2.4 不耦合系數(shù)

光面爆破不耦合系數(shù)是炮孔直徑與藥卷直徑之比，通過不耦合系數(shù)取值的控制應(yīng)使光面爆破后炮孔壁所作用的壓力小于圍巖抗壓強(qiáng)度，為增強(qiáng)光面爆破效果，并充分發(fā)揮緩沖作用，不耦合系數(shù)應(yīng)控制在1.5-2.0之間[2]。本工程所采用的乳化炸藥直徑25mm，周邊孔不耦合系數(shù)為1.8(45/25)，符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 裝藥量及起爆間隔時(shí)間

本工程臨時(shí)道路交通隧洞光面爆破裝藥量根據(jù)爆破試驗(yàn)及類似工程經(jīng)驗(yàn)確定，起拱線以上周邊孔單孔裝藥量控制在0.65-0.75kg，起拱線以下周邊孔單孔裝藥量控制在0.75-0.90kg。其余炮孔裝藥量按照下式確定：

q=KaWLλ

(2)

式中：q為單孔裝藥量，kg；W為抵抗線，cm；L為炮孔深，cm；λ為炮孔位置系數(shù)，掏槽孔取1.5-2.0，擴(kuò)槽孔取1.2，掘進(jìn)槽下孔取1.0，掘進(jìn)槽側(cè)孔取0.95，掘進(jìn)槽上孔取0.9，內(nèi)圈孔取0.85，二臺(tái)孔取1.05，底孔取1.1；其余參數(shù)含義同前。

周邊孔和輔助孔按照不連續(xù)結(jié)構(gòu)裝藥，周邊孔的連接和傳爆通過導(dǎo)爆索完成，其余炮孔則通過底部布設(shè)毫秒延時(shí)雷管并進(jìn)行裝藥結(jié)構(gòu)的反向起爆和導(dǎo)爆管傳爆。炮孔裝藥后采用不短于20cm的炮泥堵塞炮孔，為控制光面爆破施工過程，本工程交通隧洞光面爆破起爆間隔時(shí)間按50ms確定。

3 爆破效果

若采用普通爆破開挖方式，則超挖量預(yù)計(jì)達(dá)到20%-30%，托帕水庫臨時(shí)道路交通隧道光面爆破成形規(guī)整，新形成巖面所殘留的半邊孔壁痕跡清晰，超挖得到有效控制，且開挖、回填及支護(hù)工程量大大節(jié)省。爆破開挖后圍巖面光滑平整，幾乎不見爆破裂隙，原構(gòu)造裂隙也未因光面爆破施工而出現(xiàn)擴(kuò)展，最大程度保證了圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。爆破開挖施工后圍巖巖壁平整，且?guī)r面所存在的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到有效緩解，使深埋巖壁巖爆風(fēng)險(xiǎn)大大降低。光面爆破開挖施工配合錨噴支護(hù)，能增強(qiáng)開挖面的平整性，有利于錨噴成形和回彈量控制[3]。

4 結(jié) 論

光面爆破開挖施工方案設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇與地質(zhì)條件、開挖斷面形狀和尺寸等有關(guān)，在托帕水庫臨時(shí)道路交通洞光面爆破施工中，各項(xiàng)爆破參數(shù)選擇及施工方案設(shè)計(jì)合理，爆破施工效果良好，爆破后巖面光滑平整，炮孔痕跡留存率不低于90%，圍巖自承能力和交通洞安全度顯著提升。此外，通過較好的超欠挖控制，炸藥耗用量得到有效控制，出渣量也相應(yīng)減少，混凝土襯砌厚度及噴錨支護(hù)質(zhì)量得到有效控制，混凝土回填量大大減少，施工進(jìn)度加快，托帕水庫臨時(shí)道路交通隧洞光面爆破施工經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。