鉆孔爆破技術在水利水電工程隧洞施工中的應用

黃 勇 劉大軍

（1.安徽省寧國市水利局 寧國 242300 2.中水淮河安徽恒信工程咨詢有限公司 合肥 230000）

水利水電是國家重要的基礎工業和基礎設施，對推動國民經濟和社會發展起到了很大的推動作用。在水利水電建設領域，由于隧洞鉆孔爆破工作的特殊性和危險性，其一直是國內學術界關注的熱點問題。因此，對隧洞鉆孔爆破技術在水利水電建設中的應用進行深入研究，對我國的水利建設工作具有一定的理論指導和借鑒意義。

1 工程簡況

本標段工程為安徽省港口灣水庫灌區工程施工二標段（石壁山干渠1#隧洞），位于安徽省寧國市，引水隧洞及進水口建筑物級別為2 級。隧洞全長10.403km，由進口段、洞身段（含移民新村明挖段）和出口段組成，隧洞按工程建設施工需要布設有0#、1#及2#三條施工支洞。引水隧洞為城門洞型，凈空斷面尺寸為2.4m×2.65m（寬×高）。合同造價13734.455 萬元，工程于2020年4月8日正式開工，合同工期約41 個月（1230日歷天），工程質量等級為合格標準。

2 隧洞鉆孔爆破技術概述

隧洞鉆孔爆破技術主要采用鉆孔、填藥、爆破土方開挖等施工技術，并根據施工地質條件、斷面尺寸、工時需求、支護方式、施工機械等因素進行施工。隧洞鉆孔爆破工藝主要由掏槽鉆孔爆破、輔助鉆孔爆破、周邊鉆孔爆破等組成，鉆孔爆破形式的合理選取要符合隧道工程中的孔的大小要求。在水利水電工程中采用鉆孔爆破技術進行隧道建設，必須嚴格按照設計圖紙和規范進行，加強質量和安全控制，按照安全、數量、質量和布局規范，制定相應的安全防護措施及應急處置方案。

3 施工中隧洞鉆孔爆破注意事項

3.1 控制炸藥的用量

炸藥的用量直接關系到隧洞爆破工程的成敗。爆破施工中，炸藥的使用是影響工程成敗的關鍵。因此，必須在合理控制爆炸物的同時，結合具體情況，采取行之有效的控制措施。如裂縫的強度、井眼的布置等，都與炸藥的數量有關，因此，在實際生產中，必須綜合考慮各種因素，確保藥量的合理。在實踐中，應根據單位用量、開挖深度、開眼間隔等因素，采用類似的方法和經驗公式計算出特定的藥量序列，然后在現場進行爆破實驗，并對開孔數進行分析，以達到合理的控制間隔。

3.2 鉆孔爆破循環施工

在水利水電工程中應用隧洞鉆孔爆破技術，必須合理安排施工次序，采取循環型施工方式，以提高施工效率。首先，對各個具體的施工工藝進行優化，包括：合理設置爆破、延長輸送線路、鋪設管線。采用循環作業法，改善作業品質。其次，在作業循環中，要確保作業次數為整數，作業周期為2 倍，開挖斷面大小要根據巖層的穩定性來確定。在巖性較好的情況下，可以使用多臂鉆機和短臂式挖土機，并采用深孔少回填的方式，既節約了人力，又減少了施工帶來的不便。

3.3 炮孔的布置布局

平洞開挖區要合理設置炮孔，既能保證爆破效果，又能節約炸藥。現有的射孔布局大致可以分成掏槽型、崩落型和外圍型三種，每種型式都有各自的應用。在開挖斷面中部，挖槽孔能有效地改善巖石的臨空面，從而保證爆破的有效性。

4 隧洞鉆孔爆破技術實施要點

4.1 鉆孔孔位布置要點

布置鉆孔爆破孔位時，必須確定鉆孔面積，并制定相應的孔位設計方案。平洞施工剖面的炮孔一般分為崩落孔、掏槽孔、周邊孔3 種類型。在開挖段的中部布置掏槽孔，以增大采空面，保證爆破效果；崩落孔主要布置在鉆孔的外壁，從而使巖體爆炸，便于周邊鉆孔的爆破；為了控制開挖的外形，一般采用外圍鉆孔布置在開挖面周圍，盡可能地接近設計的輪廓。在實際施工中，必須降低爆破孔移動的頻率，以確保鉆孔放線垂直于巖層層里和裂縫。按外形圖的要求進行開孔位置布置，避免出現漏氣、卡鉆等情況。為了控制開挖的外形，在剖面的轉角部位設置了炮眼。挖槽位置要在最后一道工序結束后進行，并確保鉆孔深度不低于崩落鉆孔深度的15%。在鉆孔爆破施工之前，必須對圍巖的強度、完整性、超前鉆井等進行全面的測量，并依據這些參數來確定開挖方法和爆破工具，以確保開鑿效果。開挖方法的選擇以底板眼、周邊眼、輔助眼、對掏槽的點位、孔深、孔數量、孔出口部位的圍巖等級為依據。按施工需要進行充填方式的設計，保證起爆方式、程序和裝藥結構的科學化。對于三級圍巖的全剖面鉆孔爆破孔位，可以將周邊孔的距離設定為400mm，副孔的間距為800～1200mm，并根據多行楔形進行布置。三級圍巖全斷面掘進炮孔布置示意圖如圖1 所示。

圖1 三級圍巖全斷面掘進炮孔布置圖

4.2 確定炸藥用量要點

在水利水電隧洞鉆孔爆破的施工中，炸藥的用量設計是一個重要的工作。在施工中，要結合實際情況，著重參照隧洞裂縫的硬度、鉆孔布置方案等來確定施工方案。在隧洞鉆孔爆破施工中，一般采用經驗公式和類比分析方法，計算出開挖工作面上的開孔數量及間距。計算出鉆孔爆破線深和炸藥用量，并根據現場實際情況進行試驗，再進行適當調整，最后得出合理的炸藥用量。

4.3 事故預防要點

鉆孔爆破引起的隧洞坍塌是水利水電隧道鉆孔爆破施工中較為普遍的現象。在設計施工方案時，要考慮到塌方發生的位置、程度和發生概率，從而制定相應的防治措施。它的具體實施方法是利用Project、Revit 等工具，將鉆孔爆破項目的實際參數輸入到其中，從而構建出一個真實的崩塌實例。在施工中，操作人員要清楚炮孔布置的鉆桿垂度，并對鉆頭在孔內的流速進行控制，防止由于壓力和鉆漿對孔壁的沖擊而發生坍塌。同時，還要掌握鉆孔的成孔深度和地層的變化，調整鉆井參數，及時清理出剩余鉆渣。通過制定緊急事件處理計劃和組建應急團隊，確保可以及時處理突發坍塌事件，并將事故造成的損失降到最低。

5 在水利水電工程隧洞施工中的實際應用

5.1 隧洞掘進鉆孔爆破工程應用

隧洞鉆孔爆破的施工重點是引水隧洞、導流隧洞、地下廠房隧道、運輸隧道等。爆破是隧洞建設的第一道工序，它的施工效果直接關系到隧道的整體質量。鉆孔爆破是隧洞施工中的一個重要環節，它直接關系到隧洞開挖施工的安全、規格和爆破效果。鉆孔爆破工程中，主要使用鑿巖臺車、風鉆等高效率的鉆機。作業前要清掃作業面，確保作業面干凈。在對鉆孔進行測量放線時，必須確保鉆孔清潔，并及時清除剩余的碎石，提高隧洞施工的效率。按照鉆孔爆破工程的設計和規范，完成炸藥的填充、堵塞和引信的連接。檢查和確認作業，在有關人員及有關設備到達安全起爆區域后，才能進行爆破作業。

5.2 鉆孔爆破清排及支護工程應用

在清理過程中，對廢料殘渣清排施工時間的控制和鉆進速度的控制一樣重要。合理選擇運輸清排設備的種類、型號、數量，精確確定隧洞內外的清排路徑和清排場地，并對清排、通風、除塵、排煙、排水、照明等工藝進行詳細規劃。在不確定的情況下，隧洞很容易發生巖體的滑落和崩塌，因此必須事先對隧洞斷面和地層情況進行調查，并采取適當的支護措施。防護方法主要有錨噴支護和框架式支護，而錨噴支護是以永久性與臨時相結合的方式為主。同時，要確保孔口的充填密封性和水平，選用軟硬性合適的填料，有效地提高井眼的利用率。

6 結語

由于隧洞工程的規模越來越大、數量越來越多，施工條件也越來越復雜，對鉆孔爆破技術提出了更高的要求。要提高鉆孔爆破技術的使用效果，必須全面掌握鉆孔爆破技術的特性，科學地選取符合工程實際的鉆孔爆破技術類型，制定技術實施計劃，嚴格遵守施工技術規范■