吉牛水电站富含云母岩体引水隧洞爆破施工技术

刘 涛，何承俊

(四川革什扎水电开发有限责任公司，四川丹巴 626300)

1 工程概述

吉牛水电站位于四川省甘孜州丹巴县革什扎河干流上，是革什扎河“一库四级”水电开发方案中的第四个梯级，为低闸引水式电站。水库正常蓄水位高程2378m，总库容197.5万m3，具有日调节性能。引水隧洞全长22.377km，城门洞型断面为31～41m2，额定引用流量为60.28m3/s。电站装机2台，总装机容量240MW，为单一发电工程。本工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。挡水建筑物、引水系统和厂房等主要建筑物按3级设计，次要建筑物按4级设计。

引水隧洞布置于革什扎河左岸，沿线出露地层主要有震旦系下统(Za)厚～巨厚层变粒岩偶夹中～薄层二云英片岩;震旦系上统(Zbdn)中～薄层二云英片岩、二云片岩(两种岩石因石英含量的增减呈渐变过渡关系);志留系第一岩组(Smx1)中～厚层柘榴二云英片岩;志留系第二岩组(Smx2)中～厚层大理岩、二云英片岩、石英岩等;志留系第三岩组(Smx3)中～厚层石英岩夹二云英片岩;志留系第四岩组(Smx4)中～薄层二云片岩、二云英片岩夹石英及大理岩等。除简历沟以上洞段主要为较坚硬的厚～巨厚层变粒岩外，其余洞段岩性一般软硬相间，具互层状结构。第四系松散堆积层分布于沟床及沿河谷坡下部和河床。引水隧洞沿线地层挤压褶皱强烈，断裂构造较发育，引水隧洞穿越燕窝沟断层、大桑断层(含大桑分支断层)和水子断层共三条区域性断层。此外，岩体中还发育多组构造裂隙。

引水隧洞沿线山体雄厚，洞线穿越地层为厚～巨厚层变粒岩、中～薄层二云英片岩、二云片岩及大理岩、石英岩等。其中，简历沟以上洞段以坚硬的厚～巨厚层变粒岩为主，无大断裂通过，岩体较完整，成洞条件较好，围岩以Ⅱ～Ⅲ类为主。其余洞段主要由中～薄层二云英片岩、二云片岩构成，岩性一般软硬相间，总体呈互层状结构。大致以水子断裂为界，上游洞段岩体较完整，构造发育程度相对轻微，以Ⅲ类围岩为主。水子断裂以下洞段岩层挤压揉皱极为强烈，层间挤压破碎带及小断层发育，随机分布大量石英脉、石英条带或石英团块，多具薄层或镶嵌碎裂结构，以Ⅳ类围岩为主，Ⅲ类次之，成洞条件较差。

引水隧洞是吉牛水电站工程施工的关键线路，由于隧洞岩体云母含量高，岩石塑性变形大，炸药能量主要消耗在岩石塑性变形中，致使其可爆性差、单循环进尺短(1.2～1.7m)、单方耗药量高、光面爆破效果差，严重影响工程进度和质量。笔者以吉牛水电站富含云母岩体引水隧洞开挖爆破施工为例，通过对吉牛水电站引水隧洞各工作面爆破情况进行调查分析以及大量的爆破试验，探讨、制定了有效的富含云母岩体隧洞开挖方法和爆破方案并取得了实效。

2 引水隧洞采用的开挖方法

2.1 增加单循环进尺方法

(1)增加掏槽孔的排数、减小孔距。

增加掏槽孔的排数、减小孔距，减小抵抗线以达到增加爆破单循环进尺的目的。

(2)多层楔形掏槽。

采用三层甚至四层辅助楔形掏槽，使掏槽孔的抵抗线变小，多层爆破先将隧洞中心掏槽，为后续段位爆破形成有利的临空条件。

(3)中心空孔区直眼桶形掏槽。

隧洞中心布置空孔区，钻多个紧邻的小孔径平行直孔(间距5cm、孔径42mm)或多个大孔径平行直孔(孔径90mm以上)，为空孔，不装药，为先爆孔爆破创造较好的条件。在空孔周围，距空孔距离不大于15cm的圈内布置第1圈掏槽孔，第1圈掏槽孔周围距离不大于30cm的圈内依次布置第2～4圈掏槽孔，其余钻孔按常规布置。这种掏槽方法，在面积很小的区域内布置密孔，增加炸药单耗，将该区域炸透(炸酥)，然后在后续孔的爆破作用下，达到掏槽的目的。

(4)将掏槽区尽量布置在隧洞中心部位。

隧洞中心区域应力释放较充分，夹制作用相对小，相对于隧洞其它区域易爆。

(5)采用间隔时间长的雷管系列。

在使用毫秒系列雷管爆破进尺受限的情况下，采用半秒系列雷管引爆，爆破进尺会有明显提高。这种方法在断面小的隧洞直眼桶形掏槽时经常采用，效果好。

(6)改变开挖方式。

采用先导洞开挖或分部开挖的方式进行开挖。采用先导洞或分部开挖方式在大断面的隧洞或地质条件差的隧洞应用很多。若采用上导洞方式，可以不需要钻孔台架，在隧洞上部开挖完成后或完成若干进尺后，对于隧洞下面部分可以采用梯段爆破方式爆破;若采用下导洞开挖，在隧洞下部或其局部开挖完成后或完成若干进尺后其它部分扩挖相对容易。

(7)优选炸药对爆破效果有利。

从吉牛水电站引水隧洞炸药使用情况看，乳化炸药比铵油炸药效果稍好，因此，选择高能炸药对爆破控制极为有利。

(8)顺层掏槽。

根据岩层走向，顺层掏槽，爆破效果较好。

2.2 改善光面爆破效果的方法

(1)间隔装药。

将集中在炮孔底部连续装药的炸药改为间隔装药，使药量均分，可以减小对保留岩体的破坏。

(2)光面爆破孔采用导爆索起爆。

若采用普通电雷管起爆，由于光面孔的起爆雷管段位高，其延时误差大，相邻光面孔间起爆的时间不一致，将造成单个炮孔起爆，光面孔间的裂缝就不能形成，很容易形成齿状，难以形成顺滑的壁面。采用导爆索起爆，由于爆速快，可以保证光面孔同时起爆，使孔间形成裂缝，达到光面爆破的效果。

(3)预留合适的光爆层。

光爆层是指周边光爆孔与最外层主爆孔之间的一圈岩石层，光爆层的厚度W与周边孔的间距E有着密切的关系。K=E/W为周边孔(光爆孔)的密集系数。K值小，表示炮孔间距小，岩体能较精确地沿炮孔连心线位置裂开，但钻孔量大;K值过大，各炮孔只能独立地起作用，不能形成要求的光爆面。均匀的光爆层是有效地实现光面爆破的一个重要环节，在光面爆破时，应对邻近光爆层的主爆孔的布置及装药量高度重视，特别是在地质条件不好时，主爆孔爆破后参差不齐的壁面将直接影响光面爆破的效果。此时，应适当调整邻近光爆层的主爆孔的布置及装药量，必要时，这一层主爆孔也应按照光爆层的要求进行布置，使其成为另一层光爆孔。

3 洞挖爆破方案

3.1 双区掏槽方案

在隧洞中部和底部两个区域同时进行掏槽，2个掏槽区间相隔有大约1m的层带无钻孔。引水隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖断面起爆网络见图1。

图1 引水隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖断面起爆网络图

(1)顶拱光面孔。

顶拱光面孔间距≤45cm，装药量为2～4节炸药，岩性好时用大值，岩性差时用小值。岩性差的隧洞顶拱周边孔间距≤35cm，装药量为1.5节炸药，间隔装药，每处1/3节炸药，用导爆索起爆。由于周边孔装药量小，光爆层厚度≤35cm。

(2)边帮孔。

边帮孔间距≤60cm，装药量为4～6节炸药，岩性好时用大值，岩性差时用小值。

(3)底 孔。

底孔间距≤80cm，装药量为5～7节炸药，岩性好时用大值，岩性差时用小值。

(4)掏槽孔。

第1排主掏槽孔:采用楔形掏槽，第1排主掏槽孔角度为60°左右，孔一般应超深20cm以上，左右两边开口位置距离1.5m以上，底部相交。孔间距25～30cm，一般为5孔。第2～4排主掏槽孔:从洞壁沿洞轴线均衡分布，排距30～40 cm，一般按照抵抗线≤50cm进行布置。辅助掏槽孔每排数量逐渐减少，一般为2～3孔一排。从第2排往后各排，掏槽孔与掌子面的角度越来越大。辅助掏槽孔:左右两边第1排主掏槽孔间的三角体是最难爆除的，应布置辅助掏槽孔，一般左右各布置1排孔，特别难爆时左右各布置2排孔。从洞中心线深1m处开始布置、均分。辅助掏槽孔每排2孔。掏槽角度在45°～52°之间效果较好，与掌子面角度太大，掏槽无法达到要求。若遇到Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖，主掏槽排数应适当增加。

(5)辅助孔。

在掏槽孔间布置了少量辅助孔，在中部掏槽区上与顶拱光面孔下布置了几排辅助孔，其布置较简单，只要能够爆下岩体即可，孔距较大，层距≤70cm。

3.2 注意事项

(1)钻爆台车的选择。

钻爆台车除需满足适用、安全等基本要求外，重量应尽可能轻，以方便利用装载机助其就位，从而节约开挖的准备时间。

(2)钻孔角度的控制。

本工程采用的是楔形掏槽法，掏槽斜孔根据其位置的不同，各排钻孔角度不同。对钻孔角度必须严格控制，才能保证爆破效果。

(3)起爆雷管及网络。

孔内起爆雷管根据设计要求采用MS1、MS3、MS5、MS7(毫秒系列)跳段，MS7后面的段位可以不跳段。连线起爆雷管应采用延时短、误差小的MS1(毫秒)雷管。若孔内采用 HS1、HS2、HS3……半秒系列雷管，则孔外起爆雷管全部采用延时短、误差小的MS1(毫秒)雷管。周边光爆孔使用导爆索连接。孔内雷管装在第2节炸药上，底部起爆。

(4)装药及堵塞。

装药前钻孔清洗要干净;装药时应逐节送入孔内，间隔装药;雷管段雷管安装应正确;孔口应采用炮泥堵塞，主爆孔堵塞长度为50cm，光爆孔堵塞长度为20cm。

4 结语

吉牛水电站富含云母岩体引水隧洞的开挖施工通过采用上述措施和方案，在技术方面较好地解决了富含云母岩体单循环进尺短、单耗高的问题，将单循环进尺提高到了1.8～2.2m，有效地提高了工程进度，降低了成本，为同类工程积累了经验。

［1］水工建筑物地下开挖工程施工技术规范，DL/T5099－1999［S］.