光面爆破法在坪上引水隧洞Ⅰ标施工中的应用

张俊峰

（山西省水利建筑工程局，太原030006）

1 工程概况

坪上引水隧洞Ⅰ标位于山西忻州五台县境内的滹沱河干流上，隧洞全长4 221 m，设计纵坡为1/1700，为城门洞形，洞身净宽3.1 m，直墙高2.6 m，顶拱拱角120°，拱高0.895 m；Ⅲ类围岩开挖宽3.5 m，高4.0 m，Ⅳ类围岩开挖宽4.1 m，高4.4 m，面积为12.92 m2和16.43 m2，大部分洞段围岩岩性坚硬，岩体较完整，成洞条件较好，围岩稳定性较好，局部稳定性差。

2 开挖方案确定

引水隧洞全长4 221 m，分为进出口2个工作面开挖，洞身为小型断面，开挖钻孔采用YT-28型气腿式手风钻钻孔，全断面一次性开挖，周边采用光面爆破，平均钻孔深度根据围岩类别Ⅲ、Ⅳ类分别为2.8 m、2.5 m。起爆网络采用非电起爆网络，所采用的火工材料为2#岩石炸药、防水乳化炸药、导爆索、毫秒导爆管雷管、导电线、电雷管等。隧洞出渣采用ZL30装载机装5 t农用自卸汽车运往业主指定的弃渣场，采用ZL50装载机进行散料。

3 爆破参数选择

钻孔爆破基本参数包括单位岩体炸药消耗量q，单孔装药量qd，工作面总钻孔数量N，一次开挖循环炸药量Q，周边孔平均炸药量qp，辅助孔（崩落孔）平均炸药量qn，掏槽孔炸药量qcut以及掏槽形式等。参数计算公式根据《水利水电工程施工手册》（第二卷）土石方工程中所述选用。

（1）单位岩体炸药平均消耗量q

根据经验，隧洞断面在4～100 m2时，按如下经验公式计算，并进行适当调整：

式中：q—单位岩体炸药消耗量，kg/m3；

s—断面面积，m2；

a—修正系数，取0.6～0.8，炮孔偏差小取小值。

（2）单孔装药量qd，根据如下经验公式计算：

式中：qd—每个炮孔的炸药用量，kg；

d—药卷直径，m；本工程采用2#岩石炸药，d＝0.032 m；

Δ—药卷装药密度，kg/m3；本工程采用2#岩石炸药，Δ＝1.1×103kg/m3；

L—炮孔平均深度，m；

a—充填系数，按《水利水电施工手册》第二卷表5-3-6选用。

（3）工作面总钻孔数N，用如下经验公式计算：

式中：N—工作面总钻孔数；

q—单位耗药量，kg/m3；

V—爆破岩体的体积，m3；

qd—单孔装药量；kg。

（4）一次开挖循环炸药量Q，用如下经验公式计算：

式中：Q—一次开挖循环炸药量；kg；qd—每个炮孔的炸药用量，kg；

N—工作面总钻孔数。

（5）掏槽孔炸药量qcut，按如下经验公式计算：

式中：qcut—掏槽孔的炸药用量，kg/孔；

（6）周边孔平均炸药量qp，按如下经验公式计算：

式中：qp—周边孔的平均炸药用量，kg；

E—周边孔间距，m；

W—周边孔的最小抵抗线，m；

Lp—周边孔的孔深，m；

q—单位耗药量，kg/m3。

（7）辅助孔（崩落孔）平均炸药量qn，按如下经验公式计算：

式中：qn—辅助孔（崩落孔）的平均炸药量，kg；

Ncut—掏槽孔数（不含空孔）；

Np—周边孔数；

Nf—底板孔数；

qf—底孔炸药用量kg/孔。

辅助孔（崩落孔）的间距参照《水利水电施工手册》第二卷表5-3-8进行选取。

（8）掏槽方式。根据洞身的工程地质条件及开挖断面大小，石方洞挖时采用单空孔直桶菱形掏槽方式。掏槽孔布置在开挖断面的中部，桶形掏槽装药孔的装药长度一般不小于炮孔深度的90%，第一炮孔到空孔的距离应不大于1.5倍空孔直径。

根据以上各爆破参数的计算方法计算Ⅲ、Ⅳ类围岩石方洞挖的各爆破参数，石方洞挖爆破参数详见表1。

表1 各类围岩段石方洞挖爆破参数明细表

4 施工工艺

在进行洞身开挖前，要对隧洞进出口进行挂钢筋网、架设钢拱架、喷混凝土临时支护加固洞口；另外洞脸开挖后的边坡需进行喷5 cm厚细石混凝土进行安全防护。在完成洞口加固和边坡防护后，采用全断面光面爆破法进行洞身段开挖。

（1）施工程序：准备工作→测量→布孔→钻孔→装药→爆破→排烟、通风→查炮→出渣→下一循环。

（2）测量：采用经纬仪定出开挖断面控制线与十字中轴线，控制点要准确、牢靠；每一个开挖循环测量放样一次，每10 m进行复检一次。

（3）布孔：依据施工方案所定的孔眼数和间距等，通过测量控制点定出每个孔眼的位置，并用红油漆予以标识。

（4）钻孔：施工前应准确标出设计边线和边孔的钻孔位置，掌握好钻孔方向、角度和深度，各边孔炮位应相互平行，孔底应落在同一水平面上；钻孔数量与技术参数要按设计标准和测量点进行。钻孔时要严格控制，尤其是周边孔施工不准欠挖，超挖控制在10 cm内，通过验收后方能进行下道工序的施工。

（5）清孔、装药、封堵：钻孔完毕后，要及时对每个炮孔进行清孔，清孔完毕后根据各孔的装药量用人工装药。在对掏槽孔和辅助孔（崩落孔）装药时，先将一个药卷放进炮孔口，接着顺序装入两到三个药卷，最后用木制炮棍轻轻将药卷推至炮孔深处。周边孔采用间隔不偶合装药结构，详见图1。装药后，用事先拌制好的炮泥或者其它封堵材料对每个炮孔进行封堵，孔口封堵要密实。

图1 周边光爆孔装药结构图

（6）联网爆破：爆破采用毫秒微差分段爆破，周边孔采用导爆索进行联网，掏槽孔及崩落孔（辅助孔）采用塑料导爆管联网，最后用电雷管引爆。从内到外分6～7段先后逐渐起爆。其起爆顺序为先起爆掏槽炮孔，接着起爆崩落孔，然后是侧顶光爆孔，最后是底板孔。爆破由专人负责指挥，设警戒范围、定起爆时间、设标志信号并进行清场。洞身石方洞挖起爆网络见图2、图3。

图2 Ⅲ类围岩起爆网络

图3 Ⅳ类围岩起爆网络

（7）排烟通风、照明：采用轴流通风机吸出式通风，待炮烟抽尽后才允许进入工作面；洞内照明采用36V安全电压，设置足够数量的灯炮保证照明充足。

（8）查炮：查炮要待炮烟吹散后才允许进入，查炮时照明要充足，同时要查看拱顶安全情况，查炮要用手电筒时必须使用绝缘手电筒。

（9）出渣：采用ZL30装载机装5 t农用自卸汽车运往业主指定的弃渣场，采用ZL50装载机进行散料。

5 结语

该隧洞采用全段面光面爆破法施工，选用合理的掏槽方式、爆破参数、熟练风钻工加快了施工进度，洞身日进尺达7.5 m，月进尺达180 m，洞身没有欠挖，超挖平均控制在10 cm内，开挖质量符合要求，无人员伤亡。为提前通水创造了条件，得到广大社会各界的认可，取得了显著的社会和经济效益。