某水库泄洪洞工程光面爆破施工技术

焦成院

（庄浪县水务局， 甘肃 平凉 744600）

1 工程概况

1.1 工程简介

梁河水库位于庄浪县北洛河支流南河上，工程主要由挡水坝、泄洪建筑物、输水管及上坝管理道路组成。从左向右依次为上坝管理道路、均质土坝、竖井式溢洪及泄洪兼导流洞，输水管设于泄洪洞底板以下。竖井式溢洪及泄洪兼导流洞共用同一泄洪隧洞，泄洪洞为城门形无压隧洞，位于大坝右岸，隧洞长346m，净断面尺寸为洞宽3.6m，洞高 4.6m，纵坡为 1/11.5。掘进开挖断面：宽4.64m，直墙高3.35m，拱高2.35m，平均开挖断面面积24.21m2。

1.2 工程地质情况

根据工程地质勘探及剖面测绘图，线路通过的主要地层岩性为洞身岩性为白垩系上统砂岩、砂砾岩夹泥质砂岩，总体分为三段：

渐变段及隧洞进口加强段：桩号0+068.0～0+108.6m，长40.6m，洞顶以上基岩厚 13～44m。洞室岩性为白垩系上统砂岩、砂砾岩夹泥质砂岩，产状 NW290～295°NE∠10～15°，岩体强度较低，属较软岩。毛洞开挖后成洞条件差，围岩难于自稳，极易坍塌变形，围岩极不稳定，围岩类别属Ⅴ类。

洞身段：桩号0+108.6～0+350.0m，长241.4 m，洞身岩性为白垩系上统砂岩、砂砾岩夹泥质砂岩，产状 NW290～295°NE∠10～15°，与洞线夹角 81～86°，倾向洞进口，岩体强度较低，属较软岩，洞顶以上基岩厚 12～45m。毛洞自稳时间很短，易塌落、掉块，洞室围岩不稳定，属Ⅳ类围岩[1-3]。

隧洞出口加强段：桩号0+350.0～0+414.3m，长64.3 m，洞顶以上基岩厚 10～12m。洞室岩性为白垩系上统砂岩、砂砾岩夹泥质砂岩，产状 NW290～295°NE∠10～15°，倾向洞进口，岩体强度较低，属较软岩。毛洞开挖后成洞条件差，围岩难于自稳，极易坍塌变形，围岩极不稳定，围岩类别属Ⅴ类。

2 隧洞开挖方法

根据本工程特点，隧洞施工严格按“新奥法”组织实施，主要采用手持式风钻与气腿式风钻相结 合进行钻孔。全断面开挖。光面爆破法施工，普通毫秒导爆管起爆，非电毫秒导爆管起爆器引爆．开挖循环进尺控制在1.5m～2.0m以内，14KW轴流式通风机通风。装载机装石渣，10t 出渣自卸汽车运输[4-5]。

2.1 设计方案选择

掏槽形式的选择：根据每一循环的进尺要求，采用直掏槽形式（即桶形掏槽）

爆破器材的选择：由于本工程无大量裂隙水渗透及其他潮湿有水现象，所以选用2#岩石乳化炸药，雷管选用普通毫秒导爆雷管。

起爆网路选择：选择串并联起爆网路。

装药结构：掏槽孔和辅助孔采用连续不耦合装药结构，周边孔及底孔采用不耦合装药结构，并采用人工装药法。

施工方法：采用风动凿岩机钻孔，机械挖装出渣。

钻凿设备选择：选择气腿式风动凿岩机，型号为YT28，气腿型号为FT160BC/BD。

施工流程：按照施工现场条件作出施工方案——进行爆破方案设计——申请报批——施工准备——现场施工测量放线——布孔——成孔检查——装药——堵塞——防护——警戒——敷设网路——起爆——检查——解除警戒——效果分析。

2.2 爆破参数的选择与计算：

先用相似工程类比法初选爆破参数，然后根据实际开挖时现场的试验来调整有关爆破参数。

炮孔直径的确定：炮孔直径的大小直接影响钻孔速度、工作面炮孔数量、单位炸药消耗量、爆落岩石块大小以及隧洞轮廓的平整度，炮孔直径增大，意味着药卷直径增加，有利于爆破稳定性的提高，爆速增大，但炮孔直径过大，不仅降低钻速，而且因炮孔数量减少而影响药量均匀分布，使岩石破碎质量变差，因而炮孔直径φ=38～42mm，在此取φ=40mm。

炮孔深度的确定：炮孔深度的大小，不仅影响着掘进工序的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度，它是决定掘进循环次数的主要因素。为了实现快速掘进，在提高机械化程度、改善循环技术和改进工作组织的前提下，应力求加大孔深并增加循环次数。根据试验，选孔深为1.8m，炮孔利用率达到80%，每一循环进尺达到1.5m以上。

单位岩体炸药消耗量计算：单位岩体炸药消耗量的大小取决于炸药性能、岩石性质、隧洞断面、炮孔直径及炮孔深度等因素。本工程隧洞开挖断面面积在20～35m2，可根据修正的普氏公式计算：

式中q—岩石单位耗药量（kg/m3）；

k—考虑炸药爆力的校正系数，k=525/p，p为爆力，经查p取260ml；

f—普氏岩石坚固系数，f=6；

s—隧洞断面面积（m2）；开挖断面平均按s=24.21 m2，可得：

（4）开挖断面的钻孔数量：炮孔数量与掘进断面、岩石性质、炮孔直径、炮孔深度及炸药性能等因素有关，确定炮孔数量的基本原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能的减少炮孔数量。可按下式计算:

式中：N—开挖断面的钻孔数量；

f—普氏岩石坚固系数，f=6

S—隧洞断面面积（m2）；开挖断面平均按s=24.21 m2，可得：

（5）掏槽孔：

①炮孔直径取φ=40mm。

②炮孔深度L=L1+h，h为掏槽眼超钻深度h=(10～30)cm，在此取h=0.2m，故掏槽眼炮孔深度L=1.8m。

③炮孔间距a的确定：根据a=(0.1～0.4)m，在此取a=0.4m。

④单孔装药量Q1的计算：

Q1=αLG/H 式中

Q1——单孔装药量（kg）；

α——平均装药系数，一般取α=0.5～0.7，这里取α=0.65；

G——药卷重量，在此2#岩石炸药每卷重0.15kg；

H——药卷长度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.65×1.8×0.15/0.2=0.877kg。

（6）辅助孔的参数计算：

①炮孔直径取φ=40mm。

②炮孔深度L=1.9m。

③炮孔间距a的确定：根据a=(0.4～0.8)m，在此取a=0.4m。

④炮孔排距b的确定：根据a=(0.7～0.9)m，在此取a=0.7m。

⑤单孔装药量Q2的计算：

Q2=αLG/H 式中

Q2——单孔装药量（kg）；

α——平均装药系数，一般取α=0.5～0.7，这里取α=0.55；

G——药卷重量，在此2#岩石炸药每卷重0.15kg；

H——药卷长度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.55×1.8×0.15/0.2=0.742kg。

（7）顶孔与侧孔的参数计算：

①炮孔直径取φ=40mm。

②炮孔深度L=1.9m。

③炮孔间距a的确定：根据a=(0.4～0.8)m，在此取a=0.43m。

④边眼与辅助眼距离w的确定：根据炮孔密度系数a/w≤0.8，所以在此取w=0.6m。

⑤单孔装药量Q3的计算：

Q3=αLG/H 式中

Q3——单孔装药量（kg）；

α——平均装药系数，一般取α=0.5～0.7，这里取α=0.60；

G——药卷重量，在此2#岩石炸药每卷重0.15kg；

H——药卷长度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.60×1.8×0.15/0.2=0.742kg。

又根据Q3=（0.4～0.6）q1，所以Q3=0.4×1.12=0.45kg。

（8）底孔的参数计算：

①炮孔直径取φ=40mm。

②炮孔深度L=L1+h，(h为底板眼超钻深度，在此取h=0.2m)，故底孔深度L=1.8+0.2=2.0m。

③边眼与辅助眼距离w的确定：根据炮孔密度系数a/w≤0.8，所以在此取w=0.6m。

④单孔装药量Q4的计算：

Q4=αLG/H 式中

Q4——单孔装药量（kg）；

α——平均装药系数，一般取α=0.5～0.7，这里取α=0.60；

G——药卷重量，在此2#岩石炸药每卷重0.15kg；

H——药卷长度，在此取0.2m。即

Q1=αLG/H=0.60×1.8×0.15/0.2=0.81kg。

（9）总装药量Q的计算：

Q=Vq 式中

Q——总装药量（kg）

V——每循环总体积（m3）

Q——单位体积装药量（kg/m3）

Q=24.21×1.8×1.11=48.37kg

（10）装药结构

Ⅳ、Ⅴ类围岩掏槽眼及辅助眼均采用连续装药方式，周边眼及地板眼采用间隔装药方式。

3 施工工艺

3.1 施工准备

①人员机械设备全部到位；

②现场放线测量并做好记录，固定炮孔位置，用红漆标明序号做好记录。

3.2 布孔

专业施工人员按设计的孔网参数现场布孔，确定断面的中线与腰线，采用的布孔方法是：先布掏槽孔和空眼，再布设周边孔，最后布设辅助孔。

3.3 钻孔

按照设计要求的孔位、孔深进行，本工程采用2台YT-28气腿式风钻同时钻孔，严格控制孔的位置及斜度。成孔后要进行检测验收并做好记录。

3.4 装药

钻孔完成后，经检查深度、斜度符合设计要求后，便开始装药，本工程采用人工装药，严格控制单孔装药量，装药时，先用炮棍轻轻送入装有雷管的药卷，然后依次装入其他药卷，单孔总装药长不大于孔深的2/3。

3.5 堵塞

每个孔装药完成后用炮泥封堵，堵塞材料选用黄土泥，堵塞长度不小于抵抗线。

3.6 爆破

当装药全部完成后，再进行检查每孔每段位准确无误后，将各普通毫秒导爆管雷管捆绑连接，设备、人员撤离到安全地点后点火起爆。

3.7 爆破检查：

在爆破30min且炮烟排出后，由当班熟练爆破员对爆破效果进行检查，及时排除哑炮并调整爆破参数。

4 经验与总结

在规范隧洞施工方法的基础上，针对梁河水库泄洪洞的Ⅳ、V 类围岩地质条件的特点，通过光面爆破技术使此类围岩爆破参数得以优化，减轻爆破给围岩造成的影响，使洞室成型较规整，表面平整度高，极大地减少了的超挖量、出碴量以及混凝土回填量，增强了围岩的稳定性，逐步形成了一套适合本隧洞工程复杂地质条件的隧洞施工方法，对类似隧洞施工具有一定的借鉴意义。