黑龍江省幸福溝水庫隧洞開挖爆破設計技術探討

賈玉霞

（河北省水利工程局，石家莊 050000）

1 工程概況

幸福溝水庫供水隧洞布置在水庫壩址左岸山體中，由岸塔式取水口、引水主洞及閥門控制室3部分組成。 供水隧洞巖層以閃長玢巖為主， 圍巖級別有Ⅳ、V級。

進口段引水渠道底高程244.5m，渠道長46.68m，進水口位于左壩肩上游約100m處，供水隧洞洞徑為2.0m，圓型斷面；隧洞縱坡i=1/320，全長320.0m，供水隧洞出口段包括消力池、隧洞出口明管段、開挖明渠段、附屬工程含1座閥門室及2座流量計井。

2 鉆爆設計

2.1 爆破總體方案

隧洞進出口巖性為閃長玢巖， 采用預裂爆破技術，其他部位采用一般爆破，開挖深度大于4m，采用深孔臺階松動爆破， 小于4m或出現孤石則采用淺孔松動爆破。 自上而下按臺階分層爆破開挖。

1洞身采用非電半秒導爆雷管光面爆破， 起爆時采用1發電雷管起爆， 鉆孔采用YT-28氣腿式風鉆，鉆孔直徑?40mm，炸藥采用?32mm的乳化炸藥。其中周邊眼采用?20mm的小直徑炸藥與導爆索間隔不偶合裝藥。 炮孔眼口堵塞均采用砂與黏土合制的炮泥。

施工前針對不同的圍巖類型進行爆破設計，施工中根據圍巖實際情況的爆破效果對爆破參數做適當調整。

2.2 圍巖鉆爆設計

（1）本工程Ⅳ類圍巖共計300m。 鉆孔采用YT-28氣腿式風鉆，孔徑D=40mm。孔深L=2.3m。炸藥均為乳化炸藥，光爆孔炸藥直徑為20mm，其他孔炸藥采用20cm長，直徑?32mm標準藥卷，每卷0.15kg炸藥。 起爆器材：光爆孔由導爆索起爆炸藥，并由導爆管雷管引爆導爆索，其他孔均由導爆管雷管直接起爆炸藥。

（2）本工程Ⅴ類圍巖長20m。 鉆孔采用YT-28氣腿式風鉆，孔徑D=40mm。 孔深L=1.5m。 炸藥均為乳化炸藥，光爆孔炸藥直徑為20mm，其他孔炸藥采用20cm長，直徑?32mm標準藥卷，每卷0.15kg炸藥。 起爆器材：光爆孔由導爆索起爆炸藥，并由導爆管雷管引爆導爆索，其他孔均由導爆管雷管直接起爆炸藥［3］。

（3）周邊光面爆破參數［4］如表1。

表1 周邊光面爆破參數

（4）掏槽方式及掏槽孔參數。根據隧洞斷面尺寸及循環進尺，采用平行空孔直線掏槽。其布孔如圖1。掏槽孔及爆破參數如表2，表3。

圖1 掏槽布孔圖

表2 掏槽孔參數

表3 爆破參數

（5）炮孔裝藥量。 圍繞隧道爆破關鍵技術，遵循藥包對殉爆距離的要求， 根據孔網參數后對各部位炮孔進行藥量分配，掏槽孔、掏槽擴大孔、輔助孔采用標準藥卷，連續裝藥，其裝藥量按照遞減的原則進行分配；周邊孔采用小直徑藥卷，各孔裝藥量如表4［2］、表5。

表4 Ⅳ類圍巖炮孔裝藥量匯總

表5 Ⅴ類圍巖炮孔裝藥量

（6）網路設計及起爆方法。Ⅳ類圍巖采用塑料導爆管非電起爆，孔內半秒微差爆破，為保證準爆，孔外均采用兩發瞬發雷管組成復式起爆網路。

3 爆破效果監測及爆破設計優化

3.1 爆破效果檢查

每次爆破后，對爆破效果進行仔細檢查、分析爆破參數的合理性， 以確定出適合本巖層最佳爆破參數。 從以下各方面進行檢查、核定及分析：①圍巖超欠挖情況；②爆破進尺是否達到爆破設計要求；③爆出石碴塊是否適合裝碴要求；④炮眼痕跡保存率，Ⅳ、V級圍巖≥70%，并在開挖輪廓面上均勻分布；⑤開挖輪廓圓順，開挖面平整，兩次爆破銜接臺階不大于10cm；⑥爆破質點振動監測結果。

3.2 爆破設計優化

根據每次爆破后檢查情況， 分析原因及時修正爆破參數，提高爆破效果，改善技術經濟指標。

①根據巖層節理裂隙發育、巖性軟硬情況，修正眼距、裝藥量，特別是周邊眼的有關參數。 ②根據爆破后石碴的塊度修正參數。石碴塊度小，說明輔助眼布置偏密；塊度大說明炮眼偏疏，用藥量過大。 ③根據爆破振速監測， 調整單段起爆最大藥量及雷管段數。④根據開挖面凹凸情況修正鉆眼深度，爆破眼眼底落在同一斷面上。

4 爆破安全驗算

4.1 爆破地震波控制驗算［9］

由爆破引起的地震波是對已完成結構物和周圍建筑產生破壞作用的主要因素，當震速不大于5cm/s時，一般可以保證建筑物的安全，控制地震波速V≤2cm/s。 在隧道開挖爆破中，震速主要與一次性起爆的藥量有關， 所以用控制單段最大裝藥量來控制地震波的危害。 地震波波速驗算公式：

式中 V為地震波波速， 取2cm/s；K為傳播介質系數，K=100；Q為單段最大裝藥量（kg）；R為爆源至被保護構筑物之間的距離（m），取75m；α為地震波衰減指數，α=1.5。

經計算單段最大裝藥量Q≤168.9kg， 爆破設計中單段最大裝藥量7.8kg，滿足要求。

4.2 爆破飛石距離控制驗算

在隧道開挖爆破中， 會有個別巖塊飛散距離較遠，易對人員、設備或建筑成品產生危害，必須予以重視和控制。個別飛石的飛散距離跟爆破參數、孔口堵塞質量等因素有關。隧道開挖爆破中，掏槽眼最有可能產生危害性飛石，應特別注意其填塞質量，并作飛石距離驗算。

式中 R為飛石安全距離 （m）；KF為飛石安全系數，一般取KF=1.0～1.5；W為最大一個藥包的最小抵抗線（m）；N為最大一個藥包的爆破作用指數。

經驗算， 設計中可能產生的最大飛石距離R=35m。 起爆時，確保人員、機械設備撤離出爆源150m以外。

5 結語

爆破施工是隧洞施工中常用的施工技術，不同工程的地質條件不同， 因此要結合工程現狀選擇合適的施工參數，保證施工安全和施工質量。 本文通過對Ⅳ、V級圍巖地質條件隧洞爆破技術的研究，選擇優化了施工參數，減輕了爆破對圍巖造成的影響，形成了適合本工程的隧洞爆破開挖方法，隧洞施工安全、高效、質量合格，為類似隧洞施工提供參考。