留坝县桑园坝电站工程2#隧洞施工爆破设计

杨 博苟龙龙

（1.渭南市涧峪水库工程建设管理局 陕西 渭南 714000；2.陕西水利水电工程集团有限公司 陕西 渭南 714000)

1 工程概况

桑园坝水电站是一座径流引水式电站，位于留坝县江口镇桑园坝村,总装机6250kW，设计水头88.2m，设计引水流量6.0m3/s。工程项目由引水枢纽、引水隧洞、明渠、前池、压力管道及电站厂房等组成。坝址距县城50km，有县、乡级公路通过，交通较为方便。

本工程隧洞总长3459.7m，分为1#、2#、3#隧洞，其中2#隧洞长度分别为1450.78m，开挖断面为3.0m×3.65m的城门洞型。

2 隧洞工程地质条件

桑园坝电站处于秦岭腹地的中山区，山体雄厚、山势嶙峋、峡谷深切、两岸陡峭，部分陡壁沿岩石缝隙有渗水流淌，岩石风化作用较剧烈，地表岩体较破碎，完整性差。隧洞沿洞轴线穿过两种地层，隧洞进口为中生代花岗岩，粗粒结构，块状构造，岩体为微风化～新鲜花岗岩，稳定性良好（I类围岩）。中部约130m埋藏浅，为强～弱风化钙质片岩，稳定性差（Ⅲ～Ⅳ类围岩）。

3 隧洞石方开挖设计

3.1 隧洞开挖施工流程（见图1）

图1 隧洞开挖施工流程

一个循环主要工序所需时间为：测量放样（0.5h～0.7h）、钻孔（3h～7h）、装药（1h）、爆破（0.5h）、通风除尘（1h～2h）、排危及出渣（4h～5h）。

因此，一个循环进尺累计时间约为10h～12h，若岩石结构较复杂时需16h左右。

3.2 测量放线

根据隧洞长度、地形地貌等实际情况，采用三角测量和导线测量结合的方法进行平面控制，建立平面高程控制网，对轴线、点位、高程和开挖断面进行放线。

布设洞内控制网时,由于洞内光线差、粉尘大，每掘进至少70m左右，布设一个导线点，组成洞内施工导线。导线的转折角采用全站仪至少观测两个测回，高程采用水准仪控制，随着隧洞的掘进，导线测量必须及时跟上，以确保贯通精度。

洞内断面测量是隧洞开挖过程中必不可少的一项工作，隧洞断面测量的任务是测放出开挖轮廓线。为了减少超挖欠挖，节约建设成本，在施工过程中用全站仪随施工工作面的跟进控制隧洞中线及开挖轮廓线，并在掌子面上用红漆标记。

3.3 钻孔

钻孔采用YZ28型气腿式手风钻钻孔，钻杆长度2.6m，一般钻孔深度都达到2.5m，钻头采用梅花型Φ42mm合金钻头。钻孔时需保持孔眼、钻头、钢钎一条直线，炮眼位置处岩石应大体平整，成型后的炮孔无论是在孔深、孔距、孔位、倾斜角度还是在孔数上都要满足爆破设计以及有关技术规范的要求，同时孔底要落在爆破设计所规定的平面上。

3.3.1 钻孔要领

（1）要始终保持孔眼、钻体、钎杆在一条直线，炮眼位置处岩石大致凿平。

（2）开门眼一定要低速，推力要小，正常情况下钻体震颤要有规律而不震耳；钻速小推力大将使钎杆弯曲，容易发生卡钻故障。

（3）观水色，如发现炮孔变清，即证明钻头损失，供水不足。

（4）打底眼，斜眼要勤吹风，勤进退。（5）钢钎使用应检查弯曲度，大于1mm时即不可使用。

3.3.2 钻孔质量要求

（1）钻孔孔位根据测量定出的中线腰线及孔位轮廓线确定。

（2）周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线调整的范围和掏槽孔的孔位偏差不宜大于5cm，其他炮孔的炮位偏差不得大于10cm。

（3）炮孔的孔底落在爆破图所规定的平面上。

（4）炮孔方向一致，钻孔过程中，经常进行检查，对周边孔应特别控制好钻孔角度。

3.4 布孔

隧洞为达到光面爆破要求，采用中心掏槽，周边布设光面爆破孔的方式。掏槽孔采用8个空眼十字型直孔掏槽，严格控制孔位布设及钻孔的平行度。周边孔间距按隧洞断面边沿布设，顶拱间距较侧墙小些。

炮眼数目主要与开挖断面、岩石性质和炸药性能有关。炮眼数目应能装入所需的适量炸药，通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算炮眼数目N:

式中，N——炮眼个数；

q——单位炸药消耗量，取2.4kg/m3；

s——开挖断面面积，本工程为8.9m2；

a——装药系数，指装药深度与炮眼长度的比值，取0.6；

r——每米药卷的炸药量，本工程取0.91kg/m。

故取炮眼个数为40个。炮眼布设见图1，掏槽孔布置在底板上1.2m处，其深度比其他孔深15cm～20cm，每循环中掏槽孔进尺2.3m～2.5m，为崩落孔提供了良好的临空面。由于岩石较破碎，为减少超欠挖量周边孔的间距布置在45cm左右，共17个。崩落孔均匀的布置在开挖断面上，其抵抗线在40cm左右。

图2 炮眼布置示意图

3.5 装药

装药前对清孔炮孔，将风管通入孔底利用风压将孔内的石渣和水分吹出，炮孔合格后进行装药。炸药选用2号岩石乳化炸药，装药时将炸药卷塞进炮孔，用炮棍轻轻送入孔底。第二支药卷中插入延期导爆管，光爆孔中还需插入导爆索，导爆管采用毫秒管1～15段奇数段共8个段别，或者秒管1～10段10个段别。孔口用黄土封堵（含水量15%～22%）。装药结构为:掏槽眼、辅助眼相结合连续装药，周边孔为不偶合连续装药，各炮孔均采用反向分节装药。导爆管孔外连接，电雷管引爆，光爆孔遵循密布孔、少装药、同时爆的原则，采用留空气柱不偶合装药的方法。爆破过程中随时根据爆破效果及围岩情况对爆破设计进行调整优化，以降低爆破对围岩的不利影响，提高爆破质量，减少超挖，杜绝欠挖。施工过程中通过多次试验已将炸药用量优化至最小（2.7kg/m3），表1是本次隧洞开挖装药量。

表1 炮眼装药表

装药量控制按下式计算：

式中，n——炮眼装药系数，取n=0.8；

L——炮眼深度，L=2.5m；

R——每米长度炸药重量，r=0.91kg/m。

3.6 爆破

起爆方式采用电起爆法，这种方法有以下特点：①检测电雷管和起爆网络的质量，保证起爆网络的可靠性；②起爆人员可以在危险区之外的安全地点合闸起爆；③可以一次性起爆大量雷管；④能较准确地控制起爆时间、延期时间和起爆顺序。

起爆顺序控制：掏槽孔采用1～5段，其余采用7～15段间隔使用，反向起爆，各孔导爆管分别用胶布绑扎在电雷管上起爆。起爆顺序为先掏槽孔，再辅助孔再周边孔，底孔最后起爆。

爆破质量控制、检验标准及安全注意事项如下：

（1）炮眼均匀布置。孔深根据断面大小，风钻机具性能和循环进尺要求及时调整确定，钻孔角度一致，保持平行。

（2）为了保证爆破的准确性，必须对雷管逐个进行检查，检查项目主要有：雷管检查、导爆索和导爆管连线连接等。

（3）装药连线由钻工分区负责，各自打眼各自装药联线。钻工联线时所有动力电源撤离掌子面30m以外而改用探照灯或蓄电池矿灯。

（4）进行爆破时，人员撤至飞石、有害气体和冲击波的影响范围之外，且无落石威胁的安全地点。相向开挖的两个工作面相距30m或5倍洞径距离放炮时，双方人员均需撤离工作面；相距15m时，应停止一方工作，单向开挖贯通。

4 通风除尘

在作业面入口处布置一台GPT-52型轴流式风机，单台风机有效送风距离为800m，通风管管径D=600mm，用彩条布加工而成。通风管布置在距爆破工作面20m的洞顶，爆破后向工作面送风，迅速排除炮烟，使工作面很快进入下一个工序。

5 危石排除及出渣运输

当洞内空气满足相关技术要求后即用钢钎进行洞内危石排除工作，在确认施工环境安全后，进行爆破石渣装运。装运时采用洛阳高峰扒渣机装渣，1T工程三轮车运输至洞外，集中堆放。

6 安全施工注意事项

（1）开工前作业人员需接受安全生产教育培训，认真履行岗位职责。

（2）进入施工现场必须佩戴防护用品和安全防护用具。

（3）钻工到达工作面时，检查工作面、顶部及两边围岩达到安全状态，方可正常开钻作业。

（4）爆破物品应按规定办理领取、运输、使用、退库手续。

（5）装药时使用木质炮棍装药，严禁火种，无关人员与机具均应撤离到安全地点。进行爆破时，人员应撤离现场其安全距离不少于200m。

（6）爆破后经过通风排烟，检查人员再进入工作面，检查有无盲炮、残余炸药及雷管，洞内有无松动岩石。确认无误出渣组方可出渣。

7 结语

隧洞断面结构及所穿越的地带围岩性质不同，其施工方法也不同，留坝县桑园坝电站工程引水隧洞开挖断面小，所受岩石夹制作用大，对爆破要求较高，本文是结合以前施工经验并查阅大量工程实例、科技书刊，对爆破参数进行了仔细的推敲试验，施工效果良好，光面爆破残孔率达70%以上，有效的控制了超欠挖工程量，降低了施工成本，工程按计划完成了隧洞贯通任务。陕西水利