泽城西安水电站（二期）泄洪洞开挖施工分析

石 海

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

泽城西安水电站（二期）工程是“十一五”期间山西省建设的35项应急水源工程之一，工程位于晋中市左权县境内的清漳河干流上，是一座以发电为主，兼顾防洪、养殖等综合利用，并为下游梯级水电站调节发电用水的水电枢纽工程。主要建筑物由大坝、溢洪道、泄洪洞、引水发电洞、水电站组成。

泄洪洞布置于挡水坝右岸，坝轴线上游约380 m处，隧洞走向为N69°W，断面为圆形，洞内径8.0 m，进口底高程806.0 m，洞长593.0 m，出口高程803.3 m。出露地层为常州沟组第三至第七岩组石英砂岩、石英岩状砂岩、含铁质长石石英砂岩和长石石英砂岩，为Ⅲ、Ⅳ类围岩，单斜岩层，厚度20.0～110.0 m，岩层产状N10°～20°E/SE∠3°～5°，地下水位高程约809.0 m。局部洞段发育断层，岩石较破碎，围岩地质分类为Ⅳ～Ⅴ类，不稳定或极不稳定。

2 石方洞挖爆破参数选定

拟确定的爆破参数有掏槽方式、炮眼位置、装药量、堵塞方法、起爆方法等。

2.1 单位岩体炸药消耗量

单位岩体炸药消耗量q，取决于岩石性质，隧洞断面、炮孔深度及掏槽方式等各种因素。

根据经验，隧洞断面在4～100 m2时，按如下经验公式计算。

式中：s——洞身开挖断面面积，60 m2；

a——修正系数取0.6～0.8，炮孔偏差取值，本次取0.8。

2.2 单孔装药量

单孔装药量qd根据如下经验公式计算：

式中：qd——每个炮孔的装药用量，kg；

d——药卷直径，取0.035 m；

Δ——药卷装药密度，本工程使用岩石乳化炸药，Δ为1.0×103kg/m3；

L——炮孔平均深度，本工程取3 m；

a——充填系数，取0.6。

2.3 工作面总钻孔数

工作面总钻孔数N，用如下经验公式计算：

式中：N——工作面总钻孔数；

q——单位耗药量，kg/m3；

V——爆破岩体的体积，m3；

qd——单孔装药量，kg。

2.4 一次开挖循环炸药量

一次开挖循环炸药量，用如下经验公式计算：

式中：Q——次开挖循环炸药用量

2.5 每个掏槽孔炸药量

掏槽孔炸药量qcut按如下经验公式计算：

式中：qcut——掏槽孔的炸药用量

2.6 周边孔平均炸药量

周边孔平均炸药用量，按如下经验公式计算：

式中：qp——周边孔的平均炸药量，kg；

E——周边孔间距，m；取E＝0.4～0.5 m；

W——周边孔的最小抵抗线，m；取W＝0.7 m

Lp——周边孔的孔深，m；取Lp＝3 m；

q——单位耗药量，kg/m3。

2.7 辅助孔（崩落孔）平均炸药量

辅助孔（崩落孔）平均炸药量qn，按如下经验公式计算：

式中：qn——辅助孔的平均炸药量，kg；

Ncut——掏槽孔数（不含空孔）；

Np——周边孔孔数。

辅助孔的间距取80～100 cm。布孔时，如果孔内放不下所需药量，可适当增加辅助孔数。

2.8 掏槽方式

根据隧洞工程地质条件和开挖断面，石方洞挖时采用楔形掏槽的方式。石方洞挖的爆破参数详见表1。

表1 石方洞挖爆破参数明细表

3 施工方法

3.1 测量放样

洞内测量按施工测量规范进行，根据施工的需要，在洞内底板部位适当位置，布置相对固定的轴线中心控制桩点，直到控制点能控制整条隧洞的开挖为止。

3.2 钻孔孔位布置

洞身开挖炮孔位置，按照爆破参数进行布置。详见图1。

3.3 钻孔

石方洞挖使用带气腿的YT-28型手风钻进行钻孔，由于本工程断面较大，在钻孔时要搭设1个施工平台，随后将手风钻支在工作平台上进行钻孔，钻孔时分上中下三部分同时进行施工。在钻孔过程中要随时检查钻孔角度，若有偏差要及时调整，使孔位偏差控制在允许范围内，以提高钻孔质量。

图1 石方洞挖炮孔布置图（单位：cm）

3.4 清孔、装药、封堵

钻孔完成后，每1个炮孔要吹孔。按照各孔的装药量，借助平台车采用人工装药，在对掏槽孔和辅助孔（崩落孔）装药时，先将1个药卷放进炮孔口，接着依次装入2～3个药卷，然后用木制炮棍轻轻将药卷推至炮孔深处。周边孔采取间隔不偶合方式装药，每1个药卷之间留有一定的距离，在孔口只装0.5个药卷。装药后进行封堵，孔口封堵要密实。

3.5 联网起爆

起爆顺序为：掏槽孔先起爆，然后爆破辅助孔，最后周边孔。

为提高爆破质量，从内到外分5段起爆。起爆方法：周边孔采用导爆索引爆，掏槽孔、辅助孔均采用导爆管起爆，总网络采用电雷管引爆。详见图2。

图2 洞身石方开挖起爆网络图

3.6 通风排烟

起爆完成后，施工人员要对洞内进行通风，净化洞内空气。以缩短散烟及作业循环时间，提高施工进度，确保洞内施工人员的身体健康。

3.7 出渣

出渣采用无轨装渣、无轨运渣的方式进行，在工作面用ZL 50型装载机装渣，15 t自卸汽车运渣至弃渣场内。

3.8 开挖循环时间

按照泄洪洞地质条件和洞身开挖爆破参数，明确洞身开挖时的施工准备、钻孔、装药爆破、通风散烟及排水用时，并按照出渣机械确定出渣时间。

开挖循环进尺为3.0 m，工作面钻孔深度为3.3 m，工作面钻孔数量为110个，钻孔总深度为363 m，每个循环共需16 h完成，循环进尺为3.0 m，考虑到其他因素的影响，每天1.5个工作循环，则每天每个作业面开挖进尺为4.5 m。

3.9 安全保证措施

一是严格按照国家爆破安全规程实施爆破作业；二是落实安全检查制度，明确专职安全检查人员；三是爆破作业人员，应按国家和行业有关规定，进行考试和现场操作考核，合格者持证上岗，同时加强爆破材料监管；四是爆破作业区，要采取必要的安全装置或安全措施，防止洞内电器设备放电和闸栅电流的影响；五是在主要地段设置防护栏或防护墙及警戒线，以防飞石影响其它部位施工和他人安全。

3.10 资源配置

根据施工进度安排和作业面的布置，石方洞挖所配置的主要机械设备及人员详见表2。

表2 石方洞挖主要机械设备及人员配置表

4 结语

隧洞开挖选择正确的施工程序和合理的施工方法是非常重要的，泽城西安水电站（二期）工程泄洪洞开挖施工过程中，采用上述爆破参数进行钻爆施工，通过合理的布控装药，采用浅孔爆破，使用毫秒延期导爆管雷管，分段逐孔微差起爆爆破技术，并严格控制炸药的单孔使用量，有效的减少了对围岩的扰动，保证了围岩的稳定性，既保证了泄洪洞开挖质量和施工安全，又保证了施工工期。