前坪水库导流洞工程洞身段石方爆破开挖专项技术探讨

□张 林（河南省水利第二工程局）

前坪水库导流洞工程洞身段石方爆破开挖专项技术探讨

□张 林（河南省水利第二工程局）

前坪水库导流洞工程洞身段岩体以Ⅲ类围岩为主，现场采用爆破开挖。结合现场水文地质和施工技术条件，最终确定开挖分上部圆弧段和下部直墙段2部分，2部分同时起爆，一次将导流洞上层爆破成设计断面。在实施爆破施工前，合理选择起爆材料及堵塞材料，详细确定爆破参数及洞身段石方起爆网络。

前坪水库；导流洞工程；石方爆破；专项技术方案

1 工程概况

前坪水库位于淮河流域沙颍河支流北汝河上游、河南省洛阳市汝阳县县城以西9km的前坪村，是1座总库容5.84亿m3的大（2）型水库。导流洞布置在大坝右岸山体，工程包括进口明渠段、控制段、洞身段、消能工段及尾水渠段5部分。导流洞轴线总长度约1 128 m，其中洞身段长341 m，洞身采用城门洞型，断面尺寸为7 m×7.20 m＋2.60 m（宽×直墙高＋拱高）。

2 施工方法及程序

经地质勘测洞身段岩体Ⅲ类围岩为主。该标段洞身段石方洞挖采用爆破法。项目部计划采取潜孔钻车进行深孔台阶爆破、轮廓预裂控制爆破，采用手风钻进行保护层爆破、沟槽等部位开挖施工，对于局部出现的少量欠挖将采取风镐剥除。导流洞上层开挖施工，风水电管线路延伸至工作面，开挖分上部圆弧段和下部直墙段2部分，直墙段采用多级复式楔形掏槽。2部分同时起爆，一次将导流洞上层爆破成设计断面。上层开挖超前进行，采用全断面法开挖，待开挖进尺60～80m以上时，下层台阶也可以和上层同时进行开挖，形成上层、下层2个工作面，加快施工进度。下层台阶采用半幅开挖，半幅留作路腿的开挖方式，路腿供上层开挖行走使用（半幅路腿路面宽4m左右）；半幅开挖和半幅路腿交替进行：即半幅开挖至一定长度后，把开挖的半幅改作路腿使用，然后再进行原来的半幅路腿开挖，2者交替进行，既开挖施工，又确保通往上层的路腿畅通。

3 起爆材料及堵塞材料

炸药采用2#岩石硝铵炸药或乳化炸药，起爆网络雷管采用非电毫秒延期雷管和导爆索组成非电起爆网络，所有爆孔堵塞材料均采用半干黄土或就近采用岩粉堵塞。

4 爆破参数

爆破参数计算要根据以往爆破经验及经验公式计算，待现场爆破试验数据优化后正式用于开挖爆破。在工程实际施工时，爆破参数根据岩石情况、开挖断面，并结合以往工程的施工经验，采用经验公式进行选取确定。

5 上层洞爆破参数

导流洞洞身段上层开挖炮孔布置及相应技术参数详见图示：

图1 导流洞上层开挖炮孔布置图

图2 导流洞上层开挖炮孔布置剖面图

5.1 孔径与药径

开挖断面宽度B=8.60 m（其他断面时可对以后的参数略有变动），上层洞高5 m，其中圆弧段拱高2.60 m，直墙段墙高2.40 m。采用VT28气腿式风钻机，钻孔直径D=40 mm，除掏槽孔外，所有炮孔均基本垂直于撑子面，钻水平孔。采用2#岩石粉状乳化炸药，药卷直径d=32 mm。周边光炮孔炸药采用小直径2#岩石乳化炸药，药卷直径Φ=23 mm。

5.2 炮孔布置与炮孔数量

炮孔分为掏槽孔、辅助扩大孔、周边孔、底孔、崩落孔及光爆孔等。

炮孔个数N=qs/rη=1.44*33.12/0.78*0.75=82个孔左右

式中：N—炮孔个数；qs—炸药单位耗值，单位kg/m3，q= 1.44 kg/m3；S—开挖断面面积，单位m2，S=33.12 m2；r—线装药密度，取0.78 kg/m；η—炮孔装药系数，取平均值为0.75。炮眼布置，先布置掏槽孔、周边光爆孔，然后底板孔、辅助扩大孔，最后布置崩落孔。

5.3 炮孔间距与装药量

5.3.1 掏槽孔间距

由于导流洞掌子面只有1个自由面。爆破条件差，为了提高爆破效率，就要创造第2个自由面，在工作面中下部布置倾斜楔形掏槽孔，爆破时首先起爆，抛出石渣，在工作面中形成一个槽口，即开创了第2个自由面，为其余炮孔爆破创造有利条件。掏槽孔呈水平对称布置3排。掏槽孔与工作面夹角θc=67°左右。同排2个掏槽孔孔底间距acd=0.20 m，上下相邻两排炮孔间ac=12D=12*0.04=48 cm取50 cm。

5.3.2 辅助扩大孔间距

辅助扩大孔是为了进一步扩大掏槽孔的空腔体积而布置的炮孔，即二圈孔，炮孔角度大致垂直与工作面。辅助扩大孔间距af=20D=20*4=80 cm。

5.3.3 崩落孔

当辅助扩大孔进一步扩大掏槽体积后，形成了较好的第2个自由面，这时爆破即可按正常的崩落法爆破岩体。崩落孔间距ab=25D=25*0.04=1 m。

5.3.4 底孔间距

为避免欠挖，清除底坎，增加底孔的装药量，按Φ32药卷连续装药，底孔间距ad=18D=18*4=72 cm取70 cm。

5.3.5 周边光炮孔间距

周边光爆孔是采用光面爆破技术施工在两边墙及拱顶进行爆破，可以提高保留岩体的平整度，保护围岩少受爆破破坏影响。周边光炮孔间距ag2=13D=13*4=52 cm取50 cm，光爆面爆破的最小抵抗线Wg=1.40 ag=1.40*5=70 cm。

5.3.6 炮孔深度

除掏槽孔孔底加深0.20 m之外，其余炮孔的孔深均为Ls=L=1/3B=1/3*8.60=2.80 m。掏槽孔孔长Lcs=（Ls+0.20）/sinθ=（2.8+0.2）/sin67。=3.50 m。B为断面宽度B=8.60 m。

5.3.7 炸药单耗值q

参考延时特性，断面尺寸，炮孔直径，孔深等因素和以往的经验，选定炸药单耗值q=1.44kg/m3，光爆孔浅装药密度rg= 0.42 kg/m。

5.3.8 装药系数

装药系数是装药深度与炮孔深度之比。根据岩石坚硬程度选定：掏槽孔装药系数ηc=0.85；辅助孔装药系数ηf=0.75；崩落孔装药系数ηb=0.70；底孔装药系数ηd=0.78；光炮孔装药系数ηg=0.82。

5.3.9 线装药密度与偶合系数

掏槽孔、辅助孔、底孔、崩落孔的线装药密度rp=0.78 kg/m。周边光炮孔采用药卷直径 Φ2=23 mm，线装药密度 rg= 0.42kg/m；光炮孔不耦合系数βg=D/Φ2=40/2.3=17.40。

5.3.10 单孔装药量

掏槽孔单孔装药量Qc=ηcLcsrp=0.85*3.50*0.78=2.32kg/孔；

辅助孔单孔装药量Qf=ηfLrp=0.75*2.80*0.78=1.64 kg/孔；

崩落孔单孔装药量Qb=ηbLrp=0.70*2.80*0.78=1.53kg/孔；

底孔单孔装药量Qd=ηdLrp=0.78*2.80*0.78=1.70 kg/孔；

周边光炮孔单孔装药量Qg=ηgLrg=0.82*2.80*0.42=0.95kg/孔。

5.3.11 堵塞长度

按L(炮孔长度)-ηL（装药长度）计算：

掏槽孔单孔堵塞长度 Lcd=Lca-ηcLcs=3.50-0.85*3.50= 0.52 m；

辅助孔单孔堵塞长度Lfd=L-ηfL=2.80-0.75*2.80=0.70 m；

崩落孔单孔堵塞长度Lbd=L-ηbL=2.80-0.70*2.80=0.84 m；

底孔单孔堵塞长度Ldd=L-ηdL=2.80-0.78*2.80=0.60 m；

周边光炮孔单孔堵塞长度Lgd=L-ηgL=2.80-0.82*2.80= 0.50 m。

5.3.12 总装药量

22个掏槽孔总装药量Qcz=nQc=22*2.32=51.04 kg；

12个辅助孔总装药量Qfz=nQf=12*1.64=19.68 kg；

10个崩落孔总装药量Qbz=nQb=10*1.53=15.30 kg；

13个底孔总装药量Qdz=nQd=13*1.70=22.10 kg；

27个光炮孔总装药量Qgz=nQg=27*0.95=25.73kg；

每一循环总装药量Qz=51.04+19.68+15.30+22.10+25.73= 133.85 kg。

6 下层洞钻爆爆破参数

6.1 爆破设计

导流洞下层开挖，钻孔直径为D=40 mm；钻控倾角θ，水平钻孔垂直于工作面；炸药单耗值q=0.541kg/m3，炮孔深度L= 1/2.50B=1/2.5*8.60=3.44取 3.50 m；炮孔孔距 a=26D=26*4= 104 cm取105 cm。利用上层开挖后底板形成的临空面一次爆破成形，崩落孔按等间距布置，最上面第一排崩落孔距临空面距离为最小抵抗线：W=30D=30*0.04=1.20 m；排距b=0.85W=0.85* 1.20=98 cm取100 cm。为了保证开挖质量，周边孔采用光面爆破，孔距以a=12D=12*4=48 cm，取50 cm炮孔深度等于L=3.50 m，炮孔装药选用粉状乳化炸药，崩落孔用直径Ф32 mm药卷连续装药，周边孔选用Ф22光爆药卷，导爆索连线间断装药。光炮孔参数同上层开挖。炮孔孔口堵塞长度Ld=1a=1*50=50 cm。各炮孔之间采用塑料导爆管串、并连成起爆网络毫秒微差爆破。导流洞下层开挖炮孔布置及相应技术参数详见图3:

6.2 爆破参数

导流洞下层开挖钻爆技术参数如下：崩落孔：炮孔个数31个，炮孔长度3.50 m，药卷直径Φ32，堵塞长度1.10 m，单孔装药1.87kg，总装药量57.97kg。光爆孔：炮孔个数22个，炮孔长度3.50 m，药卷直径Φ23，堵塞长度0.50 m，单孔装药1.25 kg，总装药量27.50 kg。底板孔：炮孔个数9个，炮孔长度3.50 m，药卷直径Φ32，堵塞长度1 m，单孔装药1.95 kg，总装药量17.55 kg。

7 洞身段石方起爆网络

采用非电毫秒延期雷管起爆网络，第一，上层洞挖装药时，每孔孔内装入一枚相应段别的非电毫秒延期雷管，起爆顺序为：掏槽孔→辅助扩大孔→直墙段光炮孔→一圈崩落孔→二圈崩落孔→圆弧段光炮孔。每排起爆延迟时间≥50 ms；第二，下层洞挖，每孔装入一枚相应段别的非电毫秒延期雷管，由上至下逐排一次起爆。每排起爆延迟时间≥50 ms。

8 石方洞挖爆破安全

洞内爆破安全主要是防止飞石和爆炸冲击波对人员和机械的伤害。爆破时起爆人员必须撤离掌子面500 m以外的避炮室内进行起爆，所有其他人员必须全部撤到洞外安全地带，以确保安全。

9 结语

前坪水库导流洞工程施工中洞身段爆破作业，是整个导流洞工程的核心和难点，其专项技术方案的合理性和有效性对整个工程质量、进度起着重要作用。

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1673-8853（2016）12-42-03

2016-10-31

（责任编辑：邢博辉）

张林（1983-），男，工程师，二级建造师，主要从事施工企业项目建设管理等工作。