新疆輸水工程喀雙引水隧洞爆破技術與施工方案研究

張福林

(中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162)

1 引言

水不僅是人賴以生存的必備物質，同時也是經濟社會發展的重要基礎[1-2]，但是我國地域遼闊，地形復雜，水資源分配存在明顯的不均勻性，從而導致水資源缺乏地區的發展受到很大的限制[3]。因此，根據我國地區全面發展的相關政策，從水資源這一重要基礎物質出發，使得越來越多的跨流域遠距離調水工程得到人們的重視和發展[4-5]，遠距離調水工程難免需要穿越不同的地質地形，穿越山嶺地區等就需要建造引水隧洞，因此對于引水工程中的施工技術要求也越來越高[6-7]。

盾構法或者TBM等施工方式近年來在地下工程中得到較為廣泛的應用，但是對于一些較為特殊的圍巖或者施工環境較為復雜的條件下，傳統的爆破施工還是十分重要的[8-9]。爆破施工控制較難，施工不當不僅容易引發地質災害，也會給后續施工帶去挑戰，從而增加施工難度和成本[10-11]。

本文以新疆YEGS二期輸水工程喀雙段某一引水隧洞為研究背景，通過對地質條件充分了解的基礎之上，調整爆破參數和施工工藝，保證爆破的施工質量，滿足施工規范要求。

2 工程概況

2.1 工程概況

喀雙隧洞沿線途徑G216國道及S424、S228和S432省道，工程區線路總長約為283.4 km。本項目爆破隧洞研究位于奇臺縣境內，標段長度為9.1 km，其中Ⅳ級圍巖8.016 km，Ⅴ級圍巖1.091 km。開挖斷面為城門洞型，Ⅳ級圍巖斷面尺寸6.74 m×6.69 m(寬×高)，Ⅴ級圍巖斷面尺寸6.9 m×6.82 m(寬×高)。襯砌斷面為馬蹄形，Ⅳ級圍巖一次支護厚度15 cm，Ⅴ級圍巖一次支護厚度18 cm。洞身支護采用濕噴機噴射C30混凝土。

2.2 水文地質條件

根據地形地貌、地層巖性及施工方法，該段隧洞長8.016 km，該段位于卡拉麥里山南坡，地形由北向南緩慢傾斜，沿線地形起伏小，地形平坦、開闊。地層巖性為二疊系砂礫巖和砂巖夾泥巖，厚層狀，巖體完整，巖石飽水后抗壓強度極低，開挖失水后易崩塌，圍巖穩定性較差。二疊系泥巖、砂質泥巖自由膨脹率為49.5%，為弱膨脹巖，該段為Ⅳ類圍巖。隧洞沿線地表水貧乏，工程區范圍內氣候干燥和降水少。區內巖石完整性良好，裂隙貫通性差，裂隙水量較小，地下水與降水相關。

3 隧洞施工爆破設計

本標段圍巖為Ⅳ和Ⅴ類圍巖，采用全斷面爆破法進行開挖，根據爆破設計嚴格控制每一循環的超欠挖，對局部欠挖部位采用小型挖掘機與人工操作風鎬處理，如有大面積欠挖應重新進行爆破施作。實際進尺根據現場圍巖情況進行確定，在圍巖破碎地段采取短進尺強支護，必要時進行超前支護或免爆開挖，杜絕僥幸心理冒險作業。

鉆爆設計思路是周邊采用光面爆破，核心掏槽采用楔型掏槽，減輕對圍巖擾動，控制圍巖的超欠挖，達到良好的輪廓成形。當巖性發生變化時，遇到巖層破碎段時，需根據具體爆破情況進行調整循環進尺及布孔方式，或重新進行爆破試驗確定爆破參數。

3.1 循環進尺確定

根據相關規范，Ⅳ類和Ⅴ類圍巖循環進尺不同。本工程Ⅳ類和Ⅴ類圍巖循環進尺分別按2 m和1.0 m計算，具體循環進尺根據實際地質情況而定，當遇到巖層情況較差時，根據具體爆破施工情況實時進行調整。

3.2 爆破參數選擇

(1)孔徑φ及炮眼深度

根據以往經驗施工鉆孔設備為YT28手風鉆，因此本次試驗初擬掏槽孔、崩落孔、底孔及周邊孔孔徑均為φ45 mm；Ⅳ級圍巖除挖槽孔及底板洞深度l=2.2 m，周圍眼、輔助眼炮口深度l=2.1 m；圍巖挖孔、板洞深度l=1.2 m以外，其余的周圍眼、輔助眼和現場的l=1.1 m以外的炮孔。

(2)藥卷直徑d

在實際應用中，我們采用直徑為φ32 mm的巖石乳化炸藥，周圍用2號巖石乳化炸藥，沿長度方向進行半切(相當于φ20小藥卷)，即周圍不耦合系數d=45/20=2.25，符合d=2.0～2.5的要求。

(3)爆破器材及裝藥結構

采用條形乳化炸藥，藥卷直徑φ32，雷管以非電毫秒的雷管為主，保證爆破質量，光面炸破可用導爆索引爆。除周圍眼外，其余均采用耦合裝藥，起爆時采用反向爆炸。

(4)周邊眼間距(E)、最小抵抗線(V)和相對距系數(K)

斷面跨度大與最小抵抗線可成正相關，巖石硬度與最小抵抗線成反相關。考慮隧洞主要含極軟巖，故最小抵抗線(V)為0.40 m～0.60 m。相對距系數與爆破效果密切相關。考慮到巖石節理發育情況，間距取值在40 cm左右，最小抵抗線值取60 cm。

3.3 裝藥量計算

爆破裝藥量和炮眼數量計算公式分別見式(1)和式(2)。

q=QEV

(1)

N=qS/ηγ

(2)

式中：q為裝藥集中度，kg/m；Q為單位體積耗藥量，g/m3；E為周邊眼間距，m；V為最小抵抗線，m；N為炮眼數量，不包括未裝藥的空眼；S為開挖段面積，m2；η為裝藥系數，即裝藥長度與炮眼長度的比值；γ為每米藥卷的炸藥質量，kg/m。

經過計算得到主洞Ⅳ類圍巖q=0.178 kg/m；主洞Ⅴ類圍巖q=0.158 kg/m。主洞Ⅴ類圍巖炮孔數量為120個，主洞Ⅳ類圍巖炮孔數量為123個。主洞爆破設計炮眼布置示意見圖1。主洞單每個循環不同圍巖所使用是炸藥量見表1和表2。

表1 主洞單循環Ⅳ類圍巖炸藥消耗表

表2 主洞單循環V類圍巖炸藥消耗表

(a)Ⅳ類圍巖

(b)Ⅴ類圍巖

3.4 起爆方式及爆破網絡

本工程通過簇聯法將電雷管起爆非電毫秒雷管，將發電雷管與非電毫秒雷管連接，起爆先后通過非電毫秒雷管的延遲來實現。從掏槽孔逐圈向外爆破，為保證周邊孔準爆，通過毫秒雷管和導爆索對周邊孔達到共同起爆的效果。

4 爆破技術要求及爆破物品使用安全措施

4.1 爆破技術要求

①測量放線：設備主要是徠卡TS09全站儀和徠卡350M電子水準儀，由專業人員負責測量工作，通過測量檢查和復查，確保測量控制工序質量，確保隧洞貫通誤差符合規范要求。②鉆孔作業：由技工進行鉆孔施工；炮由工程師進行檢查。③采用不耦合裝藥，按設計線裝藥量每隔150 mm把藥卷捆在導爆索上。為防止彎曲，可利用竹片固定。④通風和灑水除塵：爆破后利用通風機通風，打開工作面設置的噴水霧裝置，灑水除塵，并及時排除石渣內的炮煙。

4.2 爆破物品使用安全措施

①爆破相關裝備的輸送：爆破相關裝備的輸送必須提前向相關的公安部門申請，使用合格的運輸工具。②工程現場的重要位置及易出現安全事故等地區應放置明顯的告警標志，并采取圍欄等相關的防護措施。③爆破相關設備的裝車和卸車等過程，必須有專人負責，并做好警示工作；轉運過程中應注意避免引發設備損壞或者爆破；對搬運工人必須進行事先培訓工作，掌握搬運過程中的注意事項，如輕拿輕放、避免嚴重踩踏、嚴禁攜帶明火以及保持足夠間距等。④爆破時必須設置安全線，安全線一般距離爆破中心不應小于300 m，爆破作業開始時需要清理安全線以內的所有人員、動物及重要物品，并且提前進行預警，整個過程必須有專業的人員負責監督。爆破作業結束后，不能著急進入安全線以內，需要經過專業人員確保安全后方可進入安全線以內。⑤隧洞爆破安全注意事項。裝藥時必須用木棍進行壓實工作；爆破工作進行過程時，人員、動物和相關設備物品等均要撤離至安全線以外；爆破過后保持現場通風，通風時間至少15 min以上；如果遇到盲炮，必須根據相關規范進行處理，處理好之后方可進行下一步施工工作。

5 結論

(1)本文以新疆YEGS二期輸水工程喀雙段引水隧洞為研究背景，針對含軟弱圍巖隧洞鉆爆法施工過程中出現超挖現象嚴重及圍巖穩定性較差等問題，調整爆破設計方案，嚴格控制每一循環的超欠挖處理。

(2)針對Ⅳ和Ⅴ類軟弱圍巖自穩性較弱的特點，在圍巖破碎地段采取短進尺強支護，必要時進行超前支護或免爆開挖。

(3)通過實際施工情況，調整循環進尺、布孔方式及裝藥量等施工參數，保證爆破施工安全及工程進度。