青海省扎毛水库导流洞上半洞爆破开挖施工方案分析

沈磊 李涛

摘要 以青海省扎毛水库导流洞工程为实例，探讨了上半洞爆破施工设计方案中各项爆破参数的计算方法，并对多种爆破施工方案进行筛选，结合以往多次爆破施工经验与多次爆破试验结果，确定了最佳爆破施工方案，实施后取得良好的爆破效果。该设计施工工程开挖质量符合要求，在工期和施工进度上得到业主和监理单位一致好评。此操作过程可以为类似工程爆破方案选择和优化提供参考。

关键词 导流洞；施工；爆破；方案

中图分类号 S277 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05329-03

隧洞开挖爆破设计方案的正确选择是决定隧洞施工成败的关键因素，直接影响隧洞开挖的进度、质量和爆破效果。在扎毛水库导流洞上半洞的施工过程中，理论计算的爆破参数在实践中应用效果并不是很理想，借鉴专业施工队伍的工作经验和多次爆破试验对爆破设计方案进行调整后，取得了良好的爆破效果。文章主要对导流洞上半洞开挖过程的爆破施工方案进行分析与探讨，并对最佳爆破施工过程做出详细描述以期为类似工程的施工方案选择与优化提供参考。

1 工程概况

扎毛水库位于青海省黄南州扎毛乡境内黄河一级支流隆务河上，是隆务河上游的龙头水库，也是集农业灌溉、防洪、发电为一体的综合利用工程。主要建筑物为拦河大坝、溢洪洞、导流洞、发电洞及发电厂房等。在大坝填筑前，必须先进行施工导流，导流洞位于大坝右坝坡坡脚处，进口底板高程为2 779.0 m，出口底板高程为2 778.1 m，设计洞径5.0×7.9 m，洞内坡降为1/200，导流洞长184.87 m。山体自然坡度36°～45°，进口段岸坡为62°左右。洞室最大高差89 m左右。整体边坡较稳定，地表植被较发达，洞轴线走问NE85°。

2 立地概况

导流洞围岩岩性为三叠系中统青灰-黑灰色中厚-厚层细粒长石砂岩夹黑灰色粉砂岩、板岩，地位方位：NW276°，SW<57°，岩体裂隙较发达，多为层状结构，岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级，强风化层厚度3～5 m，弱风化层厚度5～6 m。总体岩体较为完整，但出口段强风化层岩体完整性差，多为层状-碎裂结构。

3 施工方案选择

导流洞开挖施工采用目前比较流行和实用的钻爆法。因导流洞断面较大，根据施工总进度安排和地质情况，采用分期、分段开挖方法。先开挖洞室上半部分共6.0 m高，采用光面爆破施工方案。待上半洞喷锚支护完毕后再进行下半洞开挖，以保证下半洞的施工安全[1]。由于洞身较短，不需设施工支洞，仅从洞进出口两个掌子面施工。下半洞高3.3 m，扩挖采用2次钻爆成型的施工方法，一次钻爆为中部拉槽，预留侧墙及底板光爆层；2次钻爆为光爆层爆破，一次成型。

4 上半洞理论爆破设计方案

导流洞上半洞在开挖前，先进行上半洞理论爆破设计，设计过程如下：

4.1 爆破参数的选择 隧洞钻孔爆破基本參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，辅助孔平均炸药量qn，掏槽孔炸药量qcut，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[2]。

岩石单位耗药量q，隧洞断面在4～100 m2，按经验公式：

4.2 理论爆破设计方案掏槽方式选择及底孔布置 根据洞身的工程地质条件，采用楔形掏槽方式[3]。第一层掏槽孔倾斜角度为60°左右，深度为2.4 m；第2层掏槽孔倾斜角度75°左右，深度为2.2 m；底孔向下倾斜15°钻孔，钻孔布置如图1所示。

图1 导流洞上半洞理论爆破设计方案布置4.3 理论爆破设计方案的布孔及装药量 因工程现场用的是2#硝铵岩石炸药，单支药量为0.15 kg，装药量在理论计算的基础上，根据药卷数量进行略微调整，各孔装药量如表1所示。根据计算，上半洞断面面积34.57 m2，按每个循环进尺2 m计算，实际装药量84 kg，比理论计算的装药量83.74 kg，多0.26 kg。各炮孔布置如图1所示。

4.4 理论设计爆破方案的实施效果 理论爆破设计方案经过2～3次爆破试验后，发现实施效果并不是很好，隧洞周边出现局部超挖和欠挖情况，底部起爆后高低不平，达不到设计高程，每个循环进尺在1.6～1.8 m，炮孔保存率在20%左右，与预期理想效果相差较远。

5 爆破设计方案调整过程及实施效果

根据施工队伍多年施工经验，结合现场爆破试验，项目部总工、施工技术人员与爆破组长共同分析认为：总体装药量比较合适，周边孔布置也合理。应适当调整掏槽孔、掏槽辅助孔、周边辅助孔和底边孔的个数、位置和装药量，以及调整非毫秒雷管的段位。

5.1 实际爆破施工方案选择 在前3次爆破试验失败后，又经过多次爆破试验和计算，对炮孔布置和间、排距进行调整。其中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与原设计方案保持不变，只是将位置和间、排距进行了调整。将掏槽孔的数量调整为10个，底边孔的数量调整为7个，相应辅助孔平均炸药量qn仍按如下经验公式进行计算：

5.2 实际施工中掏槽方式和底孔选择 在施工过程中，根据洞身的工程地质条件，施工中仍采用楔形掏槽方式，第一层掏槽孔倾斜角度为60°左右，深度为2.4 m；第2层掏槽孔倾斜角度75°左右，深度为2.2 m，底孔向下倾斜15°钻孔。钻孔布置如图2所示。 因工程现场炸药单支药量为0.15 kg，装药量实际施工过程中，进行略微调整，各孔实际爆破参数如表2所示。根据计算，上半洞断面面积34.57 m2，实际装药量41.85 kg/m，比理论计算的装药量83.74 kg少0.04 kg。

5.3 调整后的爆破效果 经过多次爆破试验后，证明图2和表2中的炮孔布置和相应的爆破参数是导流洞上半洞爆破开挖的最佳方案，隧洞周边出现超挖控制在10 cm以内，底部达到设计高程且比较平整，炮孔保存率在70%～80%左右，每个循环的进尺都在2 m左右。达到了预期的理想效果。

6 理论爆破方案与调整后爆破方案的对比分析

将导流洞理论爆破参数与调整后实际爆破参数进行对比（表3），理论设计爆破效果差的原因分析如下：一是掏槽孔间距大、布局不合理、装药量少、起爆后临空面不足等引起隧洞周边欠挖；二是底边孔的间距过大，爆破后底部不平整；三是辅助孔布局及装药量不合理，导致炮孔保存率低，局部有超欠挖现象。

以上分析表明，理论计算的爆破设计方案并不是一成不变的，可根据工程实际地形、地质条件，因地制宜，调整爆破设计方案，将会在工作量基本相同的情况下，取得不同的效果。

7 结束语

青海省扎毛水库导流洞上半洞开挖采用光面爆破法施工，项目部选择有经验的施工队伍，在隧洞开挖前进行多次爆破试验，将理论计算的爆破设计参数在实践的基础上进行适当调整，使爆破设计方案达到最佳效果。洞身开挖日进尺达5 m，洞身没有欠挖，超挖平均控制在10 cm以内，开挖质量符合设计要求。在工期、质量和进度上，得到业主和监理单位的一致好评，也为类似工程的爆破方案的选择和优化提供参考。

参考文献

[1] 王昌林.锦屏二级水电站引水隧洞钻爆法开挖技术[J].贵州水力发电，2011，25（6）：17-20.

[2] 《水利水电工程施工手册》编委会.水利水电工程施工手册（第2卷）[M].北京：中国电力出版社，2002.

[3] 翁国勇，葛建波，李强.楔形掏槽和直眼掏槽技术在朗外河电站引水隧洞开挖爆破中的应用比较[J].水利水电技术，2008，39（3）：52-56.42