高海拔地区小洞径无支洞隧道光面爆破施工技术

米玛

摘 要：通过在灌溉输水洞第III标段隧道的施工经验，总结和阐述了灌溉输水洞工程第III标段隧道施工的光爆设计、施工控制及体会。

关键词：隧道；光面爆破；施工

1 工程概况

灌溉输水洞第III标段隧道位于西藏林周县松盘乡境内，起止里程为13+830～16+876，隧道全长3046米。灌溉输水洞為无压隧洞，建筑物级别为3级，开挖尺寸4m×4m圆拱直墙洞室，设计引用流量10.0 m3/s，洞内最大流速2.02m/s。

隧道地处高原，覆盖层薄，山势险峻，汛期水量丰富。围岩为石炭系诺错组（C1-2n5、C1-2n6）的板岩、灰岩、页岩、泥页岩，局部夹薄煤层；三叠系麦隆岗组（T3m）的灰岩、细砂岩、页岩，层理和层间揉皱较发育，节理较发育，岩体完整性较差。全隧道以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主。

2 施工方案选择

根据灌溉输水洞第III标段隧道围岩情况及工期要求，隧道采用全断面开挖，钻孔采用门架式凿岩台车结合YT28风动凿岩机钻孔爆破。

3 隧道光面爆破的意义及光爆效果的影响因素

隧道实施光面爆破使隧道轮廓符合设计断面要求，围岩保持稳定，为后续支护衬砌施工创造舒适安全的条件，大大减少了岩石超挖量、出碴工作量、及砼回填量，提高了施工速度，降低工程成本。光面爆破作用机理是炸药爆破时产生的冲击波和高温高压气体作用在眼壁上，炮眼周围的岩石受到强烈压缩而破碎与此同时形成的压缩应力波向四面八方传播，最后形成相互作用的爆破漏斗，当爆破参数选取合理隧道外轮廓面将形成连续的光滑壁面。影响光面爆破效果有以下因素：

（1）隧道围岩地质构造影响。根据有关研究表明工程地质状况对光面爆破效果影响极大，在相同爆破条件下f值越高，整体性越好，光爆效果越好，反之则光爆效果较差。

（2）炸药种类及装药方法影响。要实现光面爆破，应选用爆速低，密度小，爆力大的炸药。炸药采用小直径药卷增大不偶合系数。装药集中度应控制在0.04kg/m～0.41kg/m，过大易破坏光爆壁面，过小则爆不下来。

（3）爆破起爆顺序、起爆方法及装药结构及堵塞质量影响。

（4）钻机类型及布孔、钻孔精度影响 钻机尺寸大小直接影响到周边眼的外插角在两排炮眼衔接处是否能够连通，不形成台阶。钻孔时尽量减小开眼误差及钻眼角度误差。

4 灌溉输水洞第III标段隧道光面爆破方案设计

光面爆破参数的选择与隧道所在的地质条件有关，且与爆破物品的品种和性能有关；同时还与采用的装药结构和起爆方法、隧道开挖断面的形状和尺寸有关。灌溉输水洞第III标段隧道主要为II、III级围岩，开挖断面为14.92m2，选用乳化炸药，火雷管和非电毫秒导爆雷管起爆，周边眼采用空气间隔装药。为确保爆破对周边围岩的扰动小，且爆破有效，必须严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，间隔空气装药。这是围岩光面爆破形成的重要条件。

4.1 灌溉输水洞第III标段隧道爆破设计

灌溉输水洞开挖断面尺寸Ⅳ类围岩段为4.4×4.81m，Ⅴ类围岩段为4.6×4.96m。采用YT-28手风钻钻孔，钻孔直径为Ф42mm，选用乳化炸药。崩落孔药卷直径Ф32mm，连续装药，周边孔选用Ф25光爆药卷，不连续间断装药。Ⅳ类围岩段钻孔深度2.5m，循环进尺2.2m。Ⅴ类围岩段采取短进尺、弱爆破，控制循环进尺为1.6m。

4.2 光面爆破施工工艺

主要施工工艺作业方法：

（1）测量放线：控制测量采用全站仪做导线控制网。施工测量采用全站仪进行。测量作业由测量工程师带领专业测量人员依据施工图纸及相关规范认真进行，每次钻孔前均用红油漆在掌子面上标示各施工钻孔位置，标示周边孔轮廓线。另外每班还进行一次测量检查，确保测量及开挖工序质量。

（2）钻孔作业：选派熟练的钻孔操作手，严格按照设计图纸及标书文件的规定进行钻孔作业。周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不大于5cm，其它炮孔孔位的偏差不大于10cm；各钻工分区、分部定位施钻，每排炮由值班技术员按爆破图的要求进行检查。

（3）装药爆破：炮工按钻爆设计参数认真进行作业，炸药选用RJ2岩石高威力乳化炸药。崩落孔、掏槽孔药卷直径Ф32mm，连续装药，周边孔选用Ф25药卷，间隔装药。装药完成后，由技术员和专业炮工分区分片检查，连接爆破网络，撤退工作设备、材料至安全区域后进行引爆。

（4）通风散烟：爆破后启动轴流通风机压入通风，爆破渣堆进行洒水除尘。

（5）除渣：为了尽量减少氧耗，改善洞内空气条件、改善洞内通风散烟，出渣方案采用履带式挖斗装载机装电瓶梭机机车运输，石渣运至洞口外再用装载机装自卸汽车运到渣场。

（6）安全处理、清底：爆破后由安全员处理掌子面及顶拱安全，出渣后再次进行安全检查及支护，用反铲、人工清底，然后进行支护施工，为下一循环钻孔作业做好准备。

4.3 爆破试验

为确保地下洞室开挖的安全稳定和开挖质量，降低爆破振动及飞石的影响，根据开挖岩石情况确定合理装药参数，在开挖施工初期进行爆破试验。

严格按照开挖爆破试验大纲操作进行爆破试验，尽可能降低爆破振动影响，确保临近爆破开挖面的岩石基础不受影响。

现场爆破试验按GB 6722—86《爆破安全规程》、DL/T 5099—1999《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范 》和DL/T 5135—2001《水电水利工程爆破施工技术规范》执行。

爆破方案中的钻孔布置，单位耗药量的选择和起爆方法及顺序等，要按钻爆设计方案进行，尽量减小爆破振动的作用。方案要点为：

① 采用梅花型布孔；

② 采用毫秒微差起爆法，一次爆破中单响药量控制在50kg以内；

③ 周边光面爆破孔的孔距，试验设计0.4m～0.6m，并且减少装药量，其目的是保护周边围岩免受破坏，控制半孔数量，与下一排爆破孔良好衔接创造条件。

现场爆破振速测量：对所采用的爆破方案进行爆破质点振动速度测量，爆区振动速度衰减规律的关系式：

V=K（Q3/1/R）

V—振动速度㎝/s；

Q—单响药量Kg；

R—测点至爆区中心的距离；

K、α—爆区与地质、地形、爆破、方案等有关的系数和衰减指数。

寻找质点的衰减规律就是要通过试验求出爆区的K、α值，以计算出爆破振动速度。试验次数暂定为2～3次，对孔网参数及起爆方案仅为验证性的试验，找出爆破振动距离对已建邻近建筑物及锚喷区影响最小的爆破方案，以满足招标文件要求。在洞室开挖过程中遇到断层、破碎软弱夹层等缺陷，按设计、监理工程师的指示进行处理。

5 结束语

灌溉输水洞第三标段经过科学而严格的质量管理，严格按照开挖爆破试验大纲操作进行爆破试验，尽可能降低爆破振动影响，确保临近爆破开挖面的岩石基础不受影响。