爆破设计在金沙水电站右岸灌浆平洞施工中的实际应用

朱 祥 兵， 邓 海

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 概 述

金沙水电站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，该河段范围从观音岩水电站坝址至乌东德水电站库尾，天然河道长57 km，落差38 m，平均比降0.69‰。河段内金沙江由西至东横贯整个攀枝花市区，区间流域面积约13.21万km2。

金沙水电站右岸灌浆平洞分两层布置，平洞高程分别为988 m、1 027 m，城门洞形，开挖断面底宽3.8 m，两侧直墙高3.235 m，顶拱为半径2.132 m的1/3圆拱，灌浆平洞采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度底板为0.5 m，侧墙及顶拱为0.4 m。灌浆平洞特性见表1，开挖工程量见表2。

表1 灌浆平洞特性表

表2 灌浆平洞工程量表

右岸灌浆平洞开挖揭露的岩层以大荞地组T3dq1段泥质粉砂岩为主，岩性为泥质粉砂岩，整体较风化；岩层均呈单斜构造，斜逆向坡，岩层倾角为38°左右，属Ⅲ、Ⅳ类围岩。

2 爆破方案设计

爆破设计要充分掌握地形地质资料。对于地形起伏、冲沟众多和地质构造复杂、 有断层、 溶洞和滑坡体的地区尤其要充分注意。

出于地下工程施工规范对开挖轮廓的要求以及Ⅲ、Ⅳ类围岩自稳性较好等因素考虑，灌浆洞开挖采用全断面光面爆破施工，人工利用自制的钻孔平台，采用YT-28气腿式手风钻钻孔(钻头选用“一”字形)，楔形掏槽，人工装2#岩石乳化炸药、非电毫秒延期雷管微差爆破，周边实施光面爆破，采用药卷不耦合间隔装药，其余掏槽孔、爆破孔采用连续装药。出渣采用1 m3侧卸式装载机装渣、运至洞外，装20 t自卸汽车运渣至石家沟渣场。施工过程中，严格控制装药量和装药结构，减少爆破地震波对围岩的扰动，以达到增强围岩自稳能力的目的。

周边光面爆破受多种因素影响(包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素)，且因现场围岩地质结构千变万化，因此，爆破参数需进行现场设计动态调整。将同一类围岩经爆破取得的技术参数作为初步依据，每一循环爆破作业由有经验的爆破工程师根据上一循环爆破效果以及本循环的围岩特征进行适当调整，选择一组最佳爆破参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。

3 施工流程

开挖支护作业流程：施工准备→全断面测量划线布眼→钻炮眼→装药爆破→通风散烟→清危排险→临时支护→稳定安全检查及监控量测→下一循环。

4 施工方法

(1)测量放线：洞内导线控制网测量采用莱卡TS02全站仪。施工测量采用红外光电测距仪。测量作业由专业人员实施，每排炮后进行设计规格线的测放，断面测量滞后开挖面10～15 m，按5 m间距进行。

(2)钻孔作业：由熟练的台车技工采用手风钻严格按照监理人批准的该部位施工措施中的设计钻爆图实施钻孔作业。各钻工分区、分部位定人定位施钻，实行严格的钻手作业质量经济责任制。每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查。周边孔及掏槽孔的偏差不得大于5 cm，其它炮孔孔位偏差不得大于10 cm。

(3)装药爆破：炮工在凿岩台车装药平台上按钻爆设计参数装药。掏槽眼和周边眼采用φ32药卷，周边孔采用φ25药卷间隔装药，孔口均用砂袋或炮泥堵塞严实。装药完成后，由技术员和专业炮工分区分片检查，联结爆破网络，撤退工作面设备、材料至安全位置，非电毫秒雷管引爆，周边光面孔齐爆。

(4)通风散烟：施工支洞在整个施工过程中一直启动通风设备通风，爆破散烟结束后，对开挖面的爆破渣堆实施洒水除尘。

(5)安全处理：爆破后，由人工配合扒渣机清理掌子面及边墙、顶拱上的浮石和松动岩石，以保证出渣和下一循环施工安全。局部洞段岩层较为破碎，安全隐患较大，采取了临时加强支护，施工现场主要采取型钢拱架和锚喷联合支护的形式。临时支护完成后加强安全监测，通过对围岩和支护结构的现场观察和洞拱顶下沉、收敛变化，定量预测滞后发生的冲击型岩爆，通过优化爆破参数及药量控制以减少爆破危害的影响。

(6)出渣及清底：采用1.8 m3装载机将石渣运至灌浆平洞洞口，装20 t自卸汽车运至石家沟弃渣场；出渣完毕采用扒渣机将工作面底部积渣整平，为下一循环钻爆作业做好准备。

(7)开挖循环作业时间。

开挖循环作业时间见表3。

5 爆破参数的选择与计算

表3 开挖循环作业时间表

备注：Ⅲ、Ⅳ类围岩循环进尺为2 m，Ⅴ类围岩循环进尺为1 m。

(1)炮眼直径及炸药的选择。

掏槽眼及辅助眼选用2号岩石乳化炸药，药卷直径为32 mm，长度为200 mm，每卷质量为150 g；周边眼选用直径为25 mm，长度为200 mm，每卷质量为100 g。

炮孔过小，不利于装填药卷；炮孔过大，会降低爆破效果和钻眼速度。根据施工单位常用的钻孔设备和选用的药卷直径，最终确定炮眼直径为42 mm，采用YT28手风钻造孔。

(2)炮眼深度。

每循环计划进尺长度l：l=2 m(根据实际围岩地质条件确定，对于岩层条件较差部位(Ⅳ类以上围岩)可适当缩短循环进尺长度)。

取炮眼利用率为0.9，则炮眼深度L为：

实际取炮眼深度为2.22 m，实际循环进尺：

l′=2.22×0.9=2 (m)

掏槽眼及底眼的深度为：

L掏、底=2.22+0.2=2.42(m)

辅助眼及周边眼深度：

L辅、周=2.22(m)

(3)每一循环装药量计算。

V=sl′=14.97×2=29.94(m3)

Q=qV=1.4×29.94=41.92(kg)

式中s为平洞的设计开挖断面积，为14.9%；q为炸药单耗，此处取1.4 kg/m3；V为每一循环爆破方量，m3;Q为每一循药量，kg。

(4)掏槽眼的布置。

①掏槽型式。根据围岩情况和实际开挖进尺，采用垂直楔形掏槽。

②掏槽眼参数。采用6个掏槽眼，掏槽眼与开挖面的夹角取77°，上下两对掏槽眼间的距离取60 cm，同一平面上两炮孔底距离为30 cm。

③掏槽眼长度。

④掏槽眼装药量。

掏槽眼装药系数为0.55，则单孔装药量为：

q掏=l掏×τ掏×γ=2.5×0.55×0.96=1.32(kg)

实际取1.35 kg(9卷)。

掏槽眼总装药量为：

Q掏=6×1.35=8.1(kg)

实际取8.1 kg(54卷)。

⑤掏槽孔布置情况见图1。

图1 掏槽孔布置图

(5)周边孔光面爆破参数的选择。

①周边孔间距及最小抵抗线。

根据围岩情况和隧道断面尺寸，光爆孔间距取50 cm，最小抵抗线取60 cm，光爆孔密集系数：

②周边孔数量。

=22.46≈23(个)

实际取23个周边眼。

③周边孔单孔装药量。

为了保证开挖净空，周边孔向外倾斜，孔底距轮廓线100 mm。

则周边孔长度：

取周边孔的线装药密度为0.2 kg/m，则单孔装药量为：

q周=2.22×0.2=0.44(kg)

实际取0.5 kg(5卷)。

④周边孔总装药量。

Q周=23×0.5=11.5(kg)

实际取11. 5 kg(115卷)。

(6)辅助孔参数的选择。

①炮眼数量。

实际取23个。

②辅助孔单孔装药量。

q辅=0.45×2.22×0.96=0.96(kg)

实际取1.05 kg(7卷)。

③底板孔单孔装药量。

q辅=0.45×2.42×0.96=1.045(kg)

实际取1.05 kg(7卷)。

6 炮眼布置

最终布置了掏槽眼6个，周边眼23个，辅助眼23个，共计52个炮眼。具体爆破参数见表4，炮孔布置情况见图2。

表4 爆破参数表

图2 炮孔布置图

7 通风与防尘

7.1 通 风

(1)按下列要求分别计算并取最大值：

①按洞内同时存在的最多人数计算，每人每min供给3 m3新鲜空气；

②按爆破20 min内将工作面有害气体排除或冲淡至容许浓度。每kg炸药(2号岩石炸药)爆破后可产生折合40 L的一氧化氮气体。

③洞内采用采油机械时，可按每马力每分钟3 m3风量计算并与同时工作人员所需风量相加。

④所计算的通风量应按最大、最小容许风速和相应的洞内湿度所需风速进行校核。

(2)工作面附近的最小风速不得低于0.15 m/s，最大风速不得大于4 m/s。

(3)所选择的通风方式应根据洞的长度、断面大小、施工程序、施工方法和工作面有害气体危害程度等因素综合考虑。

(4)通风机选用可逆转的轴流式风机，并根据工作风量和工作风压进行选择。

7.2 防 尘

(1) 平洞爆破开挖时采用综合防尘措施：

①采用湿式凿岩，使用潜孔钻机时应装设符合卫生标准的除尘装置；

② 爆破后采用喷雾器喷雾，以降低粉尘含量；

③出渣时用水淋透石渣；

④加强通风；

⑤配备必要的防尘器材，做好个人防护工作。

(2)洞内施工不宜使用汽油机械。使用柴油机械时，宜加设废气净化装置。柴油机械燃料中宜掺添加剂，以减少有毒气体的排气量。

8 结 语

钻爆作业在洞挖工程中占有重要地位，必须结合岩石情况、在不断总结经验的基础上选择合理的爆破参数进行爆破设计。金沙水电站通过严格地控制爆破，每次爆破未出现欠挖情况，施工过程中降低了安全风险，施工质量得到了有效控制，局部超挖在设计规范内，符合要求，振动效果，周围设施、设备均未受到影响，达到了预期目的。

参考文献：

[1] 于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[3] 汪旭光.中国典型爆破工程与技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.