水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術

薛俊斌

摘 要：以水利水電工程施工中的隧洞鉆孔爆破技術為論述方向。首先對隧洞鉆孔爆破注意事項進行論述，隧洞鉆孔爆破注意事項主要以制炸藥的用量、隧洞的掘進施工、鉆孔爆破循環施工、裝置和卸載方法及炮孔的布置布局為主。其次，對相關注意事項分析后選取A水利水電工程隧洞鉆孔爆破施工為例。通過對A水利水電工程隧洞鉆孔爆破的具體實施，旨在為我國水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破提供理論指導與幫助。

關鍵詞：水利水電工程;隧洞鉆孔;爆破技術

中圖分類號：TV554 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1003-5168（2022）7-0063-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.014

Abstract： The precautions for tunnel drilling and blasting are discussed.Firstly， the precautions for tunnel drilling and blasting mainly include the amount of explosives， tunnel excavation construction， drilling and blasting cycle construction， device and unloading method， and the layout of blast holes. Secondly， after analyzing the relevant precautions， the tunnel drilling and blasting construction of a water conservancy and hydropower project is selected as an example. Through the concrete implementation of tunnel drilling and blasting of a water conservancy and hydropower project， this paper aims to provide theoretical guidance and help for tunnel drilling and blasting in the construction of water conservancy and hydropower projects in China.

Keywords： water conservancy and hydropower engineering; tunnel drilling; blasting technology

0 引言

水利水電工程是我國的重要基礎產業及設施，對促進我國社會經濟發展具有支撐價值。其中，在水利水電工程施工中，隧洞鉆孔爆破工作因其特殊性及危險性，成為我國社會討論與研究的熱門話題。據此，深入研究水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術，有利于為我國水利水電工程施工人員提供理論指導與幫助。

1 施工中隧洞鉆孔爆破注意事項

1.1 控制炸藥的用量

炸藥用量對隧洞爆破施工的成敗有著重要影響。爆破工程中炸藥的用量是決定工程能否成功的一個重要因素。據此，應對炸藥進行合理的控制，同時結合實際采取行之有效的控制措施。如裂縫的強度、井眼的排列等都與炸藥的數量有著直接的聯系，為此，在具體炸藥用量控制中要綜合各方因素，以此保障藥量控制在一個合理的范圍內。在實際操作中，要運用相似的方法和經驗公式的方法根據單位用量、開挖深度、開眼間隔獲取具體的劑量數列，繼而在工地上進行爆破試驗，最后進行開孔數目分析以實現控制間隔合理的目的[1，2]。

1.2 鉆孔爆破循環施工

利用隧洞鉆孔爆破技術進行水利水電工程開挖時，必須對施工順序進行優化，采用循環式施工方法提高施工效率。首先，對每個具體的施工步驟進行優化，合理地安裝炸藥，延長運輸路線以及進行管道的鋪設。運用循環操作的方法，以提高工作質量。其次，工作周期中必須保證工作數量是整數，周期時間是2倍，挖掘段的尺寸要視地層的穩定性而定。若地層穩定，可采用多臂鉆機，與短臂式挖土機相結合，同時采取深孔少循環的方法，節省人工作業時間，避免不必要的施工麻煩[3，4]。

1.3 炮孔的布置布局

平洞開挖段應合理布置炮眼，在保證爆破質量的同時對節省炸藥量也具有重要價值。目前常見的炮孔布置大體上可分為三種類型，即掏槽型、崩落型和周邊型，各類型的孔型具有不同的用途。在開挖剖面的中段，采用挖槽孔可以提高巖體的臨空面從而確保爆破效果[5]。

2 工程實例

2.1 項目概況

甘肅省引洮供水二期主體工程施工第38-1標段位于五干渠3#洞2#斜井（五佛爺廟）控制段起點到五干渠尾（小岔灣溝）之間，渠系樁號為五干渠11+248.67～19+002.39、丁溝供水管線0+000～1+473.08，標段渠線長9 226.8 m。

施工內容有：五干渠3#隧洞洞身段11+248.67～14+496長3 247.33 m的開挖、支護、混凝土澆筑及灌漿等土建施工，3#隧洞14+496～15+244長748 m的混凝土澆筑及灌漿等土建施工;3#隧洞出口下游漸變段長6 m、2#渡管15+250～15+298長48 m、2支渠及丁溝管線分水口15+298～15+319（含前后漸變段）長21 m的土建施工;4#隧洞洞身段15+315.78～16+018、17+077～17+170長795.22 m的混凝土澆筑及灌漿，4#隧洞洞身段16+018～17+077長1 059 m的開挖、支護、混凝土澆筑及灌漿等土建施工;1#倒虹吸17+170～17+535（含進出口漸變段）長365 m、梯形明渠17+535.00～18+425（含后漸變段5 m）長890 m的土建施工;5#隧洞18+425～18+782長357 m的混凝土澆筑及灌漿等土建施工;2#倒虹吸18+782～18+988.10（含進出口漸變段）長206.1 m、矩形明渠18+988.10～19+000.39（含漸變段），3支、4支渠分水口19+000.39～19+002.39長2 m，大車橋4座、山洪涵洞1座，丁溝供水管線（Ф200PE復合管）長1 473.08 m等土建施工;金結制安、機電設備安裝;相應的環境保護和水土保持措施實施;3#洞施工2#斜井未完部分等臨時工程以及配合本標段所屬安全監測及管理信息系統現場施工。412CECCE-A96B-4904-87B8-97B27D9D24E6

2.2 隧洞開挖的方式以及炮孔的設置

2.2.1 全斷面掘進法。全斷面掘進法是指在整個開挖段一次爆破的情況下，采用一次爆破的方法。可用于堅硬的石質圍巖。其開挖寬度不超過15 m，且開挖面不超過15 m2。全斷面開挖具有較低的擾動、較大的空間和易于施工的組織。

2.2.2 斷面分部開挖法。按照階梯的走向，可以將其分為兩類：一種是正步開挖，另一種是反向挖掘?？刹捎锰菁壔虮贫训母叨冗M行鉆孔。采用正階梯開挖技術可實現鉆孔、排渣并行、平衡施工，加快施工速度。采用反向掘進方法可以節省爆破設備，但對巖渣的粒度難以控制。導孔開挖是指在開挖截面上，以一個較小的孔洞作為先導，再將其擴展到設計截面。

3 炮孔的設置

炮孔的布置主要由面積測定和布孔兩部分組成。在具體布局時，要充分考慮到后期施工的影響，使炮眼運動的次數和頻率最小化。同時，要使炮眼的放線與地層內的地層垂直，使其與剖面的布置形式保持一致。在此基礎上，對鉆孔的最終布置時，要對鉆孔的深度進行適當的控制，一般不超過崩落孔的15%。在實施鉆爆作業時，應充分掌握有關超前鉆探、圍巖完整程度、軟硬度等方面的知識，以便合理地選取合適的掘進方式，以確保爆破的可行性和適用性。如三級圍巖，在全段開挖的炮眼設計中，周圍孔的距離可以設定為40 cm，外部的樁腳為2～3 cm，副孔距最大為120 cm，最小為80 cm。

4 炮孔數量和裝藥量

在隧洞鉆孔爆破施工中，藥量設計是施工中的一個關鍵環節，在滿足有關規定的情況下，要盡可能地節省費用，提高施工安全性。由于炸藥的裝藥量與炸藥的單位消耗量之間存在著緊密的關系，所以在設計中確定炸藥的單位消耗量是控制爆破裝藥量的重要依據?？梢岳醚b藥量均衡原理來估計炮眼數目，也就是說，所有的炮眼都要裝上足夠的炸藥。

根據掏槽形狀、巖石類型、鉆機類型、開挖斷面尺寸、掘進時間等因素來確定炮眼的深度。在隧洞工程中通常都以通過類推和經驗公式的方法來確定井眼的數目和間隔，從而精確地確定井眼的藥量和掘進深度。同時，應根據施工場地的具體情況，對理論計算值進行適當調整，以提高其合理性。一般的用量計算公式如式（1）。

式中：Q為隧洞在施工期間，在不同工段進行爆破時，所需的炸藥數量，q為爆破時所用的炸藥數量，V為爆破時的掘進容積。按公式（1）計算出施工過程中各炮口的裝藥量，并據此進行炸藥的配制。此外，在爆破時，還會產生很大的震動，從而改變隧洞的結構，從而導致隧洞的松散。為此，有關人員必須以松環半徑為最小阻力線合理地控制藥量與炮眼間隔之間的關系。關于松動環半徑的計算公式見式（2）。

式中：R表示松動圈半徑，P表示應力波的初始徑向應力，a表示應力波的衰減，p表示炸藥的密度，[St]表示巖石的拉伸強度，[Yb]表示炮眼的直徑;v為泊松比。但在炮眼的方向上，必須與最小阻力線分開，且不能在同一方向上，在具體操作中，可以將炮眼的角度傾斜，與最小阻力線的距離為45°～75°角。此外為確保隧洞鉆孔爆破時，巖體的斷裂發育良好，最大限度地降低爆破和拋射，應合理地計算出爆破內的爆破量，其計算公式如式（3）。

式中：D是炮孔施工過程中實際消耗的炸藥，e是轉換因子，t是炮孔填充系數，g是炮孔堵塞的因素，l是炮眼深度，w是最小阻力線，nc是爆破孔深度對裝填量的影響因子。

各炮眼的實際使用爆炸物數目可由公式（3）來計算。

爆破器材的選用的炸藥為2#巖石炸藥，直徑φ為32 mm，長為25 cm，若開挖段有滲水，則選用乳化炸藥;雷管采用非電毫秒雷管。掏槽眼及輔助眼均采用連續裝藥方式，周邊眼及底板眼采用間隔裝藥方式，裝藥結構如圖1所示。

5 鉆孔爆破循環作業

5.1 鉆爆作業

在平洞施工中鉆孔爆破是施工中的重要環節。爆破質量直接關系到開挖規范、爆破效率和施工安全。所以，在鉆井和爆破作業中，必須確保鉆井和爆破的設計。鉆機主要有風鉆和鉆機。鉆前準備工作包括：清理工作面、測量放線、布孔、管道延伸、鉆機。一旦開始打孔，就必須一直工作到鉆完為止。在完成鉆孔后，要對孔內的剩余巖粉進行吹掃，按照爆破方案的要求裝藥，堵塞并連接引信，檢查合格后，人員和設備才能進行爆炸。

5.2 通風排煙及防塵

壓入式通風因其入口有效距離大、沖淡、排煙功能強、工作面出渣機械活動空間大、污染空氣不通過鼓風機、設備污染少、易于管理;同時，壓入式通風可確保有毒氣體、污染空氣隨風流排出，不會再污染工作面，故采取壓入式通風方式，通風方式為2×15 kW的軸流型通風機，風筒直徑為0.6 m。為了防止局部循環風的產生，通風裝置設置在離孔口30 m處的地方。風筒的直徑為0.6 m，單節長度為6～10 m。

5.3 出渣運輸

在平洞開挖過程中，出渣的搬運是最費時費力的工作，它與鉆機的施工方式一樣，是保證隧洞施工速度的重要因素。為此，應做好如下工作：合理選用裝渣輸送設備及數量;規劃隧洞內外輸送路線及棄渣場;采取可靠的施工組織、安全操作措施。

5.4 洞內出渣的協調

首先，爆破時扒渣器的保護配合，爆破時應將扒渣機停放在爆破面50 m以上，并采取相應的防護措施，防止爆破飛石對裝巖機的損壞;其次，小型自卸車在洞里要主動避讓，在洞里，兩輛車并排行駛時，要留出30～50 cm的空隙;最后，加強協調，保證項目建設的順利進行。結合重點工程，協調其他施工，強化施工組織、協調、管理，確保施工進度，確保施工有序、順利進行。

5.5 洞內供電及洞內排水

5.5.1 電力供應照明系統。洞口照明線路的電壓為220 V，在基坑支護及襯砌段為24～36 V。

5.5.2 洞內排水與洞外溝道的防洪。通過挖排水溝、架設排水管將地下水排出，或者通過抽水泵將其排出。在每一施工孔的入口處，均設有下水道，通過對工作面的二級污水進行沉淀，再排入溝道。412CECCE-A96B-4904-87B8-97B27D9D24E6

該地區的河道洪水主要是由強降雨造成的。各溝渠的流量以7—9月為主。為了避免在汛期發生溝渠洪水涌入，在洞口附近的溝渠處設置臨時排水涵管，并在洞口處設臨時圍堰，以避免因溝渠洪水而造成的不利影響。

5.6 預應力支撐

洞室開挖后，圍巖形成新的受力狀況，在不穩定的洞室中，很可能會出現崩塌，造成危險。因此，必須根據地層條件、洞室斷面、開挖方式和暴露時間等情況，采取臨時支護措施。臨時支護有多種類型，可分為框架式支護和錨噴支護。

6 結論與建議

綜上所述，筆者以水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術為研究方向，在分析與研究隧洞鉆孔爆破注意事項的基礎上，選取A水利水電工程作為研究案例。通過對A水利水電工程隧洞鉆孔爆破的具體實施，旨在為水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破提供一些參考。具體總結如下。

6.1 進行鉆孔爆破

在隧洞開挖過程中，鉆孔爆破是重要的工序，爆破的質量直接關系到隧洞開挖的安全。在工程建設中，要合理配備科學的機械，并注意采用高效的鉆孔機械，才能加快施工進度。

6.2 提高廢渣的運輸率

通過對鉆孔垃圾的輸送，可以確保現場的潔凈，提高爆破施工的質量，高效、快捷地進行掘進。應著重減少排渣工時，提高排渣效率，合理配置排渣工具，高效利用出渣設備，在出渣時計算好出渣線路，控制每排的出渣量。

6.3 強化臨時支撐

隧洞鉆孔爆破作業應在安全條件下進行，并依據巖石的靜態特性，采取科學的鉆孔爆破技術。同時，在進行隧洞開挖時，必須確保結構的穩定，并增加支護工作的強度。

6.4 做好配套工作

現代水利建設強調安全、有序、科學的環境建設。在水利水電工程中，作業的質量對隧洞爆破的質量有很大的影響。在進行隧洞爆破鉆孔工程時，必須提高配套工作的質量，重點是通風、防塵、消煙、排水等方面的工作。

6.5 要確保堵頭的質量

水利水電隧洞的鉆孔爆破，要想取得更好的爆破效果，必須改善孔口堵塞的質量，避免孔口堵塞時出現得不嚴密現象。

參考文獻：

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