水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术研究

曾健

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都611130）

1 引言

随着水利水电工程数量的增加，其面临的施工环境也日趋复杂，人们对隧洞钻孔爆破技术的要求也在不断提升。在实际工程中，应结合工程的实际情况，提升这一技术应用方案设计的合理性，强化其应用过程的规范性，在达到预期效果的基础之上，保证各施工安全[1]。因此，应加强研究，提升钻孔爆破技术应用能力，为水利水电工程施工提供强大的技术保障。

2 水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术

2.1 技术介绍

水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术根据“孔”的差异而体现一定的差异，具体包括辅助孔爆破技术、掏槽孔爆破技术、周边孔爆破技术[2]。每个爆破孔作用各有不同，绘制不同炮孔作用效应组合图，如图1所示。在采取钻爆方法挖掘隧洞钻面时，施工人员必须严格按照相关的图纸、数据、标准等规范化操作，保证爆破孔布局科学、数量合理、便于实施，与此同时，还要做好相关方面的安全保护工作和应急处理措施。总体而言，在有关方面工作开展时，应加强技术设计与应用管理等方面的投入。

图1 水利水电工程施工中爆破孔效应图

2.2 技术应用管理流程

在实践过程中，对于水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术的应用管理工作，应做到与时俱进，实现管理的系统化，从而强化相关技术的应用效果，积累经验[3]。具体操作时，可以设置“事前—事中—事后”的技术应用管理路径。“事前”是对工程具体情况详细了解，针对性选择技术，并制订相应的方案，在这一环节，应考虑安全、质量、可行性、成本投入等情况，并做好准备工作，包括相应的材料、设备、人员、防护措施等。“事中”则是严格按照相关要求进行操作，实施爆破，在这一环节必须加强监督，保证流程、操作等合规，并及时处理一些突发情况。“事后”是对爆破效果进行检查，分析其是否达标，总结经验和不足。

3 隧洞钻孔爆破技术的实践应用策略

在水利水电工程施工中，隧洞钻孔爆破技术实践应注重孔位布置、测量与用药、事故预防及处理措施。其详细情况如下。

3.1 孔位布置

炮孔布置主要包括区域确定和布孔2方面工作。在具体布置过程中，需要考虑对后期施工的影响，尽量减少炮孔移动次数和频率。与此同时，炮孔放线和岩层的层里应相互垂直，保证布置方式与轮廓图一致。其中，掏槽孔最后布设，应合理控制其深度，具体应大于崩落孔深度的15%左右。在开展钻爆工作时，施工人员应详细了解超前钻探情况、围岩完整程度、软硬度等相关内容，从而合理选择开挖模式，保证爆破具有可行性和针对性，高效利用炮孔[4]。对于断面开挖方法选择时，应准确确定隧洞出口位置的围岩级别，同时对掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼等的数量、位置、深度等应加强管控，并合理进行爆破器材选择，按照要求准确填装药量，保证装药结构、起爆的方法和顺序合理。例如，Ⅲ级围岩在全断面开挖炮孔设计时，周边孔间距可以设置为40.0 cm，外插脚为2°~3°，辅助孔间距最大不超过120.0 cm，最小不小于80.0 cm，并布置多排楔形掏槽。

3.2 测量与用药

用药量设计是隧洞钻孔爆破技术实践开展中的重要部分，应在达到相关要求的前提下，尽量节约用药成本，增加安全性。通常情况下，一些普通隧洞在使用钻孔爆破技术时，采用类比分析和经验公式方法进行炮孔数量和间距计算，并基于此准确界定药量和开挖深度。与此同时，还需要结合施工现场实际情况进行适当调整理论计算结果，增强其合理性。常用的用药量计算公式如式（1）所示：

式中，Q为施工过程中隧洞钻孔爆破不同排的炮尺装药量；q为施工时使用的药量；V为岩石爆破时的进尺体积；L为钻孔深度；S为工程施工断面开挖总面积；n为炮孔有效使用率。

根据式（1）可以计量施工时每排炮进尺装药总量，基于此准备炸药药量。除此以外，爆破过程中将会产生较大的振动力，改变隧洞岩体结构，使之发生松动的问题。因此，相关人员应计算松动圈半径，将其作为最小抵抗线，并合理控制药量和炮孔间距的关系。有关松动圈半径计算公式如式（2）所示：

式中，R为松动圈半径；P为应力波初始径向应力；a为应力波衰减的数值；ρ为炸药密度；st为岩体的抗拉强度；γb为炮孔的半径大小；ν为泊松比。

根据式（2）的可以计算得出炮孔间距。但是，对于炮孔方向应与最小抵抗线相分离，不可位于同一方向，具体操作时，可以使炮孔倾斜，与最小抵抗线之间形成45°~75°的夹角。除此以外，为了保证工程隧洞钻爆时岩体破裂发育较好，尽量减少岩石破碎和抛掷问题，必须合理计算炮孔内部炸药量，具体公式如式（3）所示：

式中，D为施工时炮孔实际使用炸药的数量；e为换算系数；t为炮孔装填系数；g为炮孔被堵塞的系数；l为炮孔深度；w为最小抵抗线；nc为炮孔深度对炸药装填量影响系数。

根据式（3）可以计算每个炮孔实际使用炸药的数量。

3.3 事故预防及处理措施

水利水电工程隧洞钻爆过程中，因钻爆引发的塌方事故较为常见，应对其加强预防和处理。详细措施如下：（1）在施工之前，对于钻爆可能出现的塌方概率、部位、程度等进行分析和预测，作为预防措施和应急措施制定的依据。具体操作时，可以使用Revit软件、Project软件，按照工程的实际情况输入参数，形成3D模型，模拟分析塌方问题。（2）在施工过程中，施工人员应对炮孔布置时的钻杆垂度详细了解，保证钻头在孔内升降速度合理，规避因钻浆冲刷孔壁或者负压导致的孔壁塌方问题。除此以外，在钻进成孔作业时，应对地层、孔深的变化情况详细掌控，及时进行钻进参数调整，并及时清除杂物、钻渣。（3）组建事故应急处理小组，能够及时对突发事故进行处理，避免事态扩大化。事故应急处理小组应包括抢险救灾小组、技术专家组、物资供应小组、医疗救护小组、后勤保障组等，做到各司其职，协同开展相关工作。

4 水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术应用的保障措施

水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术应用过程中，为了保证相关技术应用做到优质高效，并减小问题发生率，应设置相应的保障措施。

4.1 加强技术应用之前的勘查投入

在钻孔爆破技术应用之前，应加强勘查投入，为技术方案制订与实施提供依据，从而尽量减少外界环境对技术应用的影响。具体操作时，应对整个工程项目所在的施工环境进行勘查，包括地质结构、岩层结构、地下水情况、岩层稳定性、抗震能力、组成元素、周围环境等，获取相关方案制订的材料和数据，尤其是孔的位置及附近的勘查工作，必须做到细化，为孔的计算、炸药充填等工作开展提供支持，将理论与实践结合在一起，提升其合理性。例如，工程周围存在其他建筑，且岩体结构稳定性较差，为了防止爆破实施后，导致岩石滑落，而损害周围建筑，应设置相应的防护网、防护栏。

4.2 提高施工人员的专业素质和责任意识

钻孔爆破技术应用时，相关人员的专业水平和责任意识对整个工作的质量和安全影响较大，应提升施工人员的专业水平和责任感。为了实现这一目标，要选择有工作经验的人员，负责针对性的工作。与此同时，还要加强就注意事项、关键技术、图纸讲解等专业知识的培训工作，使每一个工作人员皆能详细了解工程要求，提升操作能力。此外，还要增强每个工作人员的责任意识，建立针对性的责任管理机制，减小问题发生率。例如，在安全管理方面的责任机制，应加强对施工人员安全自救方面的培训，使其掌握相关事故发生之后如何逃生，并有效使用相应的安全设备和设施，严格按照要求穿戴安全帽、防护衣等。作为施工管理单位，可以有效利用相应的视频监控技术、自动报警装置、自动检测系统等，实时了解隧洞现状，做到及时发现问题，及时解决问题，避免问题扩大化。

4.3 保证相关材料和设备的质量合规

为了保证钻孔爆破技术应用质量，减小问题发生率，在相关工作开展之前，应对相关材料、设备的质量严格管控，做好检查工作，保证其性能良好符合相关施工要求。例如，在施工之前，对所使用的炸药进行质量检测，保证其与设计相符，对于钻孔使用的设备进行性能测试，保证其状态良好。除此以外，对于一些安全防护设备和设施，应急设备和设施，皆要进行检查，保证其能够有效投入使用。

4.4 使用新技术强化设计效果

本文认为，在水利水电工程施工隧洞钻孔爆破技术应用过程中，应加强新技术的使用，强化方案设计合理性。如BIM技术的应用，通过BIM技术对整个工程进行建模，然后，通过模型分析其在爆破方面的需求，在模型上布置相应的孔位、深度、间距等。与此同时，还可以借助模型对事故影响进行分析，包括影响范围、影响程度等，从而为相关措施的制定提供依据。在工程实践中，还要加强新技术的创新研究，建立针对性的应用模型，设计智能化的服务系统，强化应用效果。

5 结语

综上所述，水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术应用工作开展时，必须加强对技术方案设计与实施管理，强化技术应用质量和效果，降低施工成本，保证施工安全，减小问题发生率。此外，还要提高施工人员的专业素质和责任意识、保证相关材料和设备的质量合规、使用新技术强化设计效果，保证爆破技术应用优质、安全、可靠。