隧洞钻孔爆破技术在水利水电工程施工中的应用分析

（中国安能集团第二工程局有限公司南昌分公司，江西南昌 330100）

钻孔爆破是水利水电工程隧洞施工中的主要施工技术，也是顺利开挖水利工程土石方的重要保障。要确保钻孔爆破施工的安全，同时保证施工质量，对钻孔爆破技术的应用就需认真分析，包括技术种类的选择和技术布置等，为此施工人员要就工程情况作全面探析，并最终确定爆破技术种类和施工方案。

1 施工原则

隧洞钻孔施工原则可分为三个方面，分别为运输爆破材料原则、钻孔爆破安全原则、钻孔爆破工效原则，每个原则又分别包括了相应的注意事项，结合这些相关事项才能确保钻孔爆破的安全、质量与效率。

1.1 运输爆破材料原则

运输爆破材料原则包括爆破材料的安全输送、爆破材料的分类存放以及爆破材料的运输管理。由于爆破材料的特殊性，在运输过程中一般采取限制运输，即爆破材料的重量以及运输车辆的车速都需要控制在安全范围内，防止出现碰撞问题，同时还要做好特殊情况下的警示防控以及特殊天气下的运输预防。材料分类存放则时根据爆破材料的材料性质，与黑火药、雷管等材料进行隔离运输，避免发生安全问题。材料运输途径是依照爆破材料的潜在威胁，在运输时尽量挑选专业技术人员进行操作，同时在路径选择上要尽量选择车辆少、人群稀疏的路线，以降低运输过程中的危险系数。

1.2 钻孔爆破安全原则

钻孔爆破安全原则主要针对炸药用量的控制、隧道的掘进施工、钻孔爆破循环施工、装置和卸载方法以及炮孔的布置布局五个层面。首先是炸药用量的有效控制，炸药用电会对隧洞爆破钻孔的成功率造成直接影响，在计算炸药量时要将隧道的缝隙强度、钻孔布置方式、掘进面炮孔数量、岩层性质作为参考目标，根据这些数值来确定炸药的具体用量。在实际爆破前，还要在施工现场先开展爆破实验，有明确实验数据后在敲定具体的炮孔数量和控制间距，并用类比分析法、经验公式法等方式做优化计算，然后依照现场的掘进深度，炮孔间距对实际药量进行微调。

其次是隧道掘进施工情况，水利水电工程的隧道隧洞由交通洞、引水洞、导流洞和地方厂房洞等几个部分组成，每一个部分所采取的爆破方式根据该段隧洞的功能作用要有所差别，施工人员需结合开挖需求来保证爆破施工量的合理[1]。

在循环施工方面，施工人员需优化施工程序，在施工过程中，一个昼夜循环里需要保证作业数为整数，其循环时间确定为2的倍数最佳，而开挖的断面大小可依照岩层稳定情况进行调整，如果岩层稳固性良好，可使用多臂钻车搭配短臂挖掘机钻孔，深孔少循环的方式循序钻进，以此节约工时，减少爆破钻孔中的施工障碍。

1.3 钻孔爆破工效原则

在爆破过程中要提高废渣的运输率、加强临时支护、做好辅助工程以及保证填塞孔口质量。运输钻孔废渣是为了让施工环境可以长期保持清洁，让爆破施工质量得到提高，废渣运输关键在于缩短废渣出渣的工时，让出渣速度尽可能快，出渣效率尽量增高。为此，施工人员要在钻孔作业的过程中建立一套完善的出渣机制，如出渣工具的科学合理，出渣设备的高效运用，出渣路线的精确计算，以此让出渣量可以得到有效控制[2]。

而在临时支护方面，施工人员需结合隧洞岩石材质及结构加大支护作业力度，确保洞室开挖时隧洞结构的稳定性，让围岩处的稳定状态得以巩固。

此外，当代水利水电工程对于环境的安全、有序尤为看重，施工人员必须做好施工地的通风、防尘、消烟和排水工作，以此提高隧洞的安全保障。

最后是对孔口的堵塞质量确保，只有保证孔口的堵塞质量良好，才能保证爆破效果达到最佳，故对于孔口堵塞情况要认真检查，防止出现堵塞不严的问题，特别是对于钻孔的利用率要有效提高，通过对孔口多次作业，保证堵塞质量良好。

2 水利水电工程的常用隧洞钻孔爆破技术种类及布置要点

2.1 水利水电工程的钻孔爆破技术种类

根据炮孔的作用，在隧洞钻孔爆破中存在辅助孔、掏槽孔和周边孔三个类别。辅助孔的主要作用为帮助隧洞岩体实现爆破，次要作用是在爆破过程中帮助周边孔创造出更加安全有效的爆破环境。掏槽孔一般见于开挖面的中段，该炮孔的应用目的是为了提升隧洞爆破的临空面，增强隧洞爆破的效果。周边孔则是为了确保开挖面轮廓稳定，保证不出现轮廓变形所设置的炮孔，周边孔多设置在隧道开挖面附近，以此增强施工人员对开挖轮廓的控制力度。

在使用钻爆法对隧道断面进行挖掘的过程中，施工人员需按照设计图纸和相关数据标准，通过科学的布置爆破孔，合理的配比炸药量，然后按照正确的顺序对施工现场进行起爆，结合现场实际情况调整爆破参数，同时还要及时对隧洞支护，减少围岩暴露的时间，防止围岩风化剥落。

2.2 水利水电工程的钻孔爆破技术布置

炮孔的布置有分区和布孔两种形式，在进行布置时，施工人员需考虑到隧洞后期的钻孔作业问题，不要让炮孔的移动次数及频率过多，同时炮孔的放线和岩层的层里之间要维持垂直关系，减少卡钻和漏气问题，另外针对周边孔进行布置时，要确保布置方式和现有轮廓图设计符合，不能违背轮廓图，否则会增加施工的风险程度，最后是掏槽孔的布置，其深度需大于崩落孔的15%左右。在设计钻爆时，施工人员应根据超前钻探情况及围岩的完整性、软硬程度确定开挖工法，制定切实可行爆破设计，提高炮孔利用率，根据工程隧洞出口围岩级别，确定断面开挖方法，并对掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼的布置、深度、斜度和数量，爆破器材、装药量和装药结构以及起爆方法和起爆顺序的控制。以Ⅲ级围岩全断面开挖炮孔布置图为例（图1）。

图1 III级围岩全断面开挖炮孔布置设计图

图1中的炮孔设计按照周边孔间距40cm，辅助孔间距80～120cm，多排楔形掏槽的形式布置。为保证开挖断面净空满足要求同时为凿岩台车钻臂提供充足的工作空间，对周边孔设置一定的外插角，该外插角根据钻孔深度、围岩实际情况等因素设置，通常在2～3°，保证孔底在开挖断面以外15～20cm。爆破后掌子面处断面半径大于设计断面半径15～20cm，理论全断面开挖平均超挖量为8～10cm，施工人员在实际钻爆中还需根据现场实际钻爆的断面测量情况判断实际平均超挖量。图1隧洞的设计全断面布孔有175个，其中周边孔70个，底板孔11个，辅助孔68个，掏槽孔28个。周边孔采用不耦合间隔装药，掏槽孔及辅助孔采用耦合连续装药结构[3]。为保证钻爆效果，同时为以后的钻爆调整提供数据，对每循环实际钻孔记录钻爆循环记录，便于分析总结。

3 隧洞钻孔爆破技术的测量及用药量

4 工程钻爆中的塌方事故预防及处理措施

工程钻爆属于高危作业，存在发生塌方事故的风险概率，因此施工单位不止要做好塌方事故预防，还要准备应急处理方案，以便在塌方事故出现时，第一时间组织相关人员实施应急措施，比如即依据工程设计的相关数据信息，在Revit以及Project软件之中设置参数，制作出3D模型，从而反映出水利水电工程在钻爆施工的可预见性问题，再制定应急措施，可以有效保障钻爆施工的进度、钻爆过程的安全以及质量控制。而在作业中，施工人员注意观察布置炮孔时的钻杆垂度，控制好钻头在孔内的升降速度，避免由于浆液冲刷孔壁以及负压原因造成孔壁塌方。在钻进成孔作业过程中应视地层、孔深的变化适当调整钻进参数，并尽快配置泥浆，确保成孔质量。在施工过程中及时清运钻渣，确保隧洞环境的干净整洁，待钻孔达到要求停钻后为保障孔壁的稳定性应注意保持孔内泥浆的浆面高程[5]。

施工单位还需成立应急救援小组，并分设现场抢险救灾班组、技术专家班组、物资供应保障班组、医疗救护班组、后勤保障班组、善后处理班组等工作队，让各个小队各司其职，共同协调，同时，负责人要根据现场施工情况推行抢险救援岗位责任制，明确每个抢救班组的工作责任，以便在险情发生时可以及时参与对遇难者的抢救以及对现场状况的有效控制。抢救工人员要根据隧洞发生的塌方范围对遇难者以及是否存在被困人员进行预判，并迅速制定急救方案。施工单位还需注意，当塌方发生时，隧洞会因为石块堵塞变成密闭空间，受困人员活动范围会受到极大的限制，如果长时间无法救出受困人员，会导致其发生各类疾病感染。为此在隧洞钻爆时，施工现场要常备抗生素和阿司匹林等药物，以便在塌方发生时，受困人员可以紧急自救，减少血液凝固或者病菌感染等问题的发生。救援人员在开展施救工作前，也需对坍塌范围顶部做清除或锚固工作，将隧洞的支护进一步加强，并架设钢支撑或喷混凝土，防止大范围塌落，将因为塌方带来的损失降至最低。

5 结语

近年来，我国经济快速增长，对水电需求也越来越高，水利水电工程在快速发展的同时，面临的安全隐患问题也越来越大。在工程施工中，隧洞钻孔爆破是关键的一环，钻孔爆破作为爆破施工的核心，应受到施工单位及施工人员的重视。故施工单位在进行钻爆作业时，要严格恪守钻爆施工的施工原则，同时结合施工现场状况选择合理的隧洞钻孔爆破技术，并注意炮孔布置，在用药量上也精确计算，减少不必要的资源损耗。最后，要注意隧洞钻孔爆破中的塌方预防及应急救援，提高水利水电工程的隧洞钻孔爆破安全性与质量，为水利水电工程顺利施工提供保障。