水利水电项目隧洞钻孔爆破技术探讨

朱国庆

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004

隧洞钻孔爆破技术在现阶段的水利水电工程中较为常见，此种技术方式水平的高低，不仅会影响到工程的施工质量与施工进度，更会严重威胁水利水电工程的施工安全。因此，对该技术进行深入的探讨与研究便具有极大的现实意义。

1 炮孔种类与分布

在进行隧洞钻孔爆破阶段，会涉及平洞开挖断面位置处的炮孔作用。从其分类角度分析，炮孔依照应用标准，可划分成掏槽孔、崩落孔以及周边孔等三种。其中，掏槽孔的作用即是通过在开挖断面中部所设定的炮孔，来增加临空面，以此来促使爆破效果得以提升。同时，掏槽孔依照所设定的形状，也可将其划分成不同方向的掏槽孔，如垂直掏槽、斜孔掏槽等。另外，崩落孔的作用，即是对岩体进行爆落，以此为周边孔的爆破作业，提供出有利的条件。因此，需要在进行炮孔设定时，将崩落孔均匀分布于掏槽孔的外围。在孔洞的设置角度上分析，炮孔应与作业面呈垂直状态，且所设定的炮孔深度也应具有一致性，以此为作业面的平整度提供技术保障。此外，周边孔的作用，则是对开挖轮廓等进行有效的控制。通常情况下，周边孔的设置应处于开挖面的周边范围之内。

在对炮孔进行分类阐述后，便要对其布置情况进行严格的位置设定与分区，以此确保布孔的准确性。对此，应在开挖前对爆破孔洞进行分区，确保掏槽孔、崩落孔以及周边孔所设定的区域范围符合爆破需要。随后，再对炮孔的位置进行准确设定（炮孔的常用布置方式如下图1所示），并由此设定出钻爆开挖所应用到的具体参数。而在对炮孔进行布置的过程中，应格外注意以下几方面内容：①应为钻孔的便利性来进行相应炮孔的设定，并尽量减少机械设备作业与移动的频率及次数。②在进行炮孔设定时，应确保其方向与岩层及裂隙面进行垂直，以此防止在爆破过程中出现卡钻或漏气等现象，进而导致爆破效果降低。③在进行周边孔的设置过程中，应确保孔位在与设计轮廓线贴近的同时，进一步考虑到钻机作业空间的设定。通常情况下，周边孔应与轮廓线之间留存10～20cm的空间，且应稍倾斜于周边。④为有效提升爆破效率，可对掏槽孔进行加深处理。即掏槽孔深度＞崩落孔深度10%～15%。⑤不仅要在作业面进行炮孔的布置，更要在断面拐角位置进行炮孔的设定，以此便于对开挖轮廓线进行控制[1]。

图1 隧洞炮灯布置方式

2 炮孔数量与装药量

通常情况下，掘进作业面上所设定的炮孔数量及装药量等，所受到的影响因素众多。其不仅涉及爆破用炸药的性能、炮孔设定的范围及深度、岩体面层的成分属性等，更涵盖爆破过程中的自由面状况、作业面规格以及填药的技术等内容。并且，在爆破后所形成的岩渣块度，也是极为重要的影响因素之一。在进行实际操作中，通常会应用到类比法及经验公式法对炮孔数量及装药量等数值进行计算。或依照单位耗药量与所需掘进的深度等要素，来对实际炮孔的数量与间距等，进行初步的估算。随后，通过实际工程中所做出的现场试验结果，再对炮孔数量、孔洞种类以及炮孔间距等，做出科学与合理的设定。

当实施初步计算环节时，可通过装药量平衡原理，来对所需设置的炮孔数量进行计算（单次爆破用药量 ≈ 单次爆破所设定炮孔的全部用量）。对于所应用到的装药量平衡原则，其中的耗药量是爆破设计环节中的关键性参数之一，而各类爆破所需的装药量，也与单位耗药量有更为直接的联系。由此可知，对单位耗药量做出科学化的设定，也是对作业面进尺装药量做出核算的关键所在。

单排炮进尺总装药量对应公式为：

在此公式中，单排炮进尺总装药量以Q表示，其单位为kg；单位耗药量以q表示，单位kg/m3；单位进尺爆破下岩石的体积以V表示，单位m3；实际钻孔深度以L表示，单位m；开挖断面面积以S表示，单位m2；炮孔利用率则以μ表示。通过该公式可以明确计算出各个炮孔的装药量。并且，炮孔的深度，也需要考虑到多方面的因素。其不仅涉及开挖断面的规格与掏槽方式，更包含钻机设备所应用到的型号与掘进作业时间等因素。其中，若需提升掘进速度，一方面可通过进一步加深炮孔深度，另一方面也可通过对整体工序时间的缩减来促进掘进速度的提升[2]。

3 隧洞钻孔爆破循环作业

在水利水电工程施工中，当遇到地下建筑物时便可通过钻孔爆破技术确保工程施工的持续性。此种钻孔爆破方式所涉及的工序较多，如施工作业前的准备工作、孔洞分布设定以及通风、安检和各类管线与运输线路等的设定等。而为确保施工的连续性所采用的钻孔爆破循环作业，掘进一次的工序组合称为循环作业。若将每24h的循环次数以整数次设定，则通常会选用2倍次的时间来进行循环作业次数的设定，如4h、8h、12h等。其中，若围岩具备较强的稳定性，所应用到的机械设备等较多，且配备专业自卸出渣车进行循环作业，并尽量选取深孔少循环模式，以此来减少在辅助工作中所消耗的工时。而当围岩的稳定性相对较弱，钻孔机械设备选定为风钻，且仅利用人工装卸的方式进行斗车的出渣，则应在循环作业方式的选取上，挑选浅孔多循环模式来确保围岩的稳定性。除此之外，循环进尺也是循环作业设定规划中的重中之重。在对循环进尺做出确定的过程中，一般会依照围岩所具备的基础条件以及钻孔、出渣等设备或运输车辆的实际情况，来对掘进深度做出相应的判断与选取。由此也便于装药、爆破、出渣以及支护等作业工序的有序展开。

3.1 钻爆作业

对于平洞掘进作业而言，钻孔爆破技术形式是其关键性的应用工序。并且，该项技术在实施中的施工质量，也将很大程度上对平洞的开挖规格与安全质量等产生直接的影响。对此，既要确保通过此项技术的应用而为钻爆设计提供质量保障，又要明确计算出作业所消耗时间在循环作业时间中的占比。通常情况下，在钻孔前需对作业面进行细致的清理，并对布孔、布线以及所应用到的机械设备等做出应用前的检查。直至钻孔作业结束，再对机械设备和孔洞进行残渣与粉尘的清理，并由此依照爆破设计实施装药及引线等操作。待检查结束并确保人员与设备等妥善撤离后，再进行起爆工作。

3.2 出渣运输

在平洞开挖环节中，消耗时间最久、涉及人工最大的工序为出渣与运输工序。通常的出渣运输工序会达到循环作业时长约1/2的占比。这也使其与钻孔作业并称为掘进速度的两大耗时工序。基于此种情况，便要在进行出渣运输环节中做到以下方面：①对所应用到的装卸与运输车辆进行明确的设定，如规格、数量以及损耗程度等。②对弃渣场地进行明确的设定，并由此制定出自施工现场至弃渣场地的运输路线图。③为确保施工作业的质量与安全，在明确施工组织措施的基础上，更要由此制定出确保施工安全运行的应急措施与应急预案。

3.3 临时支护

在对洞室实施开挖作业后，所涉及的围岩等也将处于全新的应力模式，这就导致所涉及的围岩稳定性出现变化。若围岩稳定性偏弱，则洞室在很大程度上会出现岩体松动或坍塌等情况的发生，进而导致安全事故的生成。因此，在此环节中，应依照多种因素（断面、地层、方式），来进行洞室的临时性支护。而由于所起到的支护效果与程度不同，进行临时支护的方式也可做出多样式的选择，如架构式支护和锚喷支护等。其中，喷射混凝土结合锚杆支护能够实现临时性与长久性支护，这也是较为常见也是施工中优先选取的一种支护技术措施。

4 结束语

总之，水利水电工程随城市化进程的不断推进而持续增多，这也在很大程度上促使隧洞钻孔爆破方式得到了更为广泛且深入的应用。而由于此项施工技术所具有的技术程度较高，使得其在施工时需要做好精细的前期安排、中期保护以及后期检查，这也是有效提升隧洞钻孔爆破技术施工质量与施工安全的重要举措。唯有如此，才能促使水利水电工程的质量标准得到进一步的提升，也才能为我国经济的发展与腾飞做出技术上的支持与贡献。