水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术

薛俊斌

摘 要：以水利水电工程施工中的隧洞钻孔爆破技术为论述方向。首先对隧洞钻孔爆破注意事项进行论述，隧洞钻孔爆破注意事项主要以制炸药的用量、隧洞的掘进施工、钻孔爆破循环施工、装置和卸载方法及炮孔的布置布局为主。其次，对相关注意事项分析后选取A水利水电工程隧洞钻孔爆破施工为例。通过对A水利水电工程隧洞钻孔爆破的具体实施，旨在为我国水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破提供理论指导与帮助。

关键词：水利水电工程;隧洞钻孔;爆破技术

中图分类号：TV554    文献标志码：A    文章编号：1003-5168（2022）7-0063-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.014

Abstract： The precautions for tunnel drilling and blasting are discussed.Firstly， the precautions for tunnel drilling and blasting mainly include the amount of explosives， tunnel excavation construction， drilling and blasting cycle construction， device and unloading method， and the layout of blast holes. Secondly， after analyzing the relevant precautions， the tunnel drilling and blasting construction of a water conservancy and hydropower project is selected as an example. Through the concrete implementation of tunnel drilling and blasting of a water conservancy and hydropower project， this paper aims to provide theoretical guidance and help for tunnel drilling and blasting in the construction of water conservancy and hydropower projects in China.

Keywords： water conservancy and hydropower engineering; tunnel drilling; blasting technology

0 引言

水利水电工程是我国的重要基础产业及设施，对促进我国社会经济发展具有支撑价值。其中，在水利水电工程施工中，隧洞钻孔爆破工作因其特殊性及危险性，成为我国社会讨论与研究的热门话题。据此，深入研究水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术，有利于为我国水利水电工程施工人员提供理论指导与帮助。

1 施工中隧洞钻孔爆破注意事项

1.1 控制炸药的用量

炸药用量对隧洞爆破施工的成败有着重要影响。爆破工程中炸药的用量是决定工程能否成功的一个重要因素。据此，应对炸药进行合理的控制，同时结合实际采取行之有效的控制措施。如裂缝的强度、井眼的排列等都与炸药的数量有着直接的联系，为此，在具体炸药用量控制中要综合各方因素，以此保障药量控制在一个合理的范围内。在实际操作中，要运用相似的方法和经验公式的方法根据单位用量、开挖深度、开眼间隔获取具体的剂量数列，继而在工地上进行爆破试验，最后进行开孔数目分析以实现控制间隔合理的目的[1，2]。

1.2 钻孔爆破循环施工

利用隧洞钻孔爆破技术进行水利水电工程开挖时，必须对施工顺序进行优化，采用循环式施工方法提高施工效率。首先，对每个具体的施工步骤进行优化，合理地安装炸药，延长运输路线以及进行管道的铺设。运用循环操作的方法，以提高工作质量。其次，工作周期中必须保证工作数量是整数，周期时间是2倍，挖掘段的尺寸要视地层的稳定性而定。若地层稳定，可采用多臂钻机，与短臂式挖土机相结合，同时采取深孔少循环的方法，节省人工作业时间，避免不必要的施工麻烦[3，4]。

1.3 炮孔的布置布局

平洞开挖段应合理布置炮眼，在保证爆破质量的同时对节省炸药量也具有重要价值。目前常见的炮孔布置大体上可分为三种类型，即掏槽型、崩落型和周边型，各类型的孔型具有不同的用途。在开挖剖面的中段，采用挖槽孔可以提高岩体的临空面从而確保爆破效果[5]。

2 工程实例

2.1 项目概况

甘肃省引洮供水二期主体工程施工第38-1标段位于五干渠3#洞2#斜井（五佛爷庙）控制段起点到五干渠尾（小岔湾沟）之间，渠系桩号为五干渠11+248.67～19+002.39、丁沟供水管线0+000～1+473.08，标段渠线长9 226.8 m。

施工内容有：五干渠3#隧洞洞身段11+248.67～14+496长3 247.33 m的开挖、支护、混凝土浇筑及灌浆等土建施工，3#隧洞14+496～15+244长748 m的混凝土浇筑及灌浆等土建施工;3#隧洞出口下游渐变段长6 m、2#渡管15+250～15+298长48 m、2支渠及丁沟管线分水口15+298～15+319（含前后渐变段）长21 m的土建施工;4#隧洞洞身段15+315.78～16+018、17+077～17+170长795.22 m的混凝土浇筑及灌浆，4#隧洞洞身段16+018～17+077长1 059 m的开挖、支护、混凝土浇筑及灌浆等土建施工;1#倒虹吸17+170～17+535（含进出口渐变段）长365 m、梯形明渠17+535.00～18+425（含后渐变段5 m）长890 m的土建施工;5#隧洞18+425～18+782长357 m的混凝土浇筑及灌浆等土建施工;2#倒虹吸18+782～18+988.10（含进出口渐变段）长206.1 m、矩形明渠18+988.10～19+000.39（含渐变段），3支、4支渠分水口19+000.39～19+002.39长2 m，大车桥4座、山洪涵洞1座，丁沟供水管线（Ф200PE复合管）长1 473.08 m等土建施工;金结制安、机电设备安装;相应的环境保护和水土保持措施实施;3#洞施工2#斜井未完部分等临时工程以及配合本标段所属安全监测及管理信息系统现场施工。412CECCE-A96B-4904-87B8-97B27D9D24E6

2.2 隧洞开挖的方式以及炮孔的设置

2.2.1 全断面掘进法。全断面掘进法是指在整个开挖段一次爆破的情况下，采用一次爆破的方法。可用于坚硬的石质围岩。其开挖宽度不超过15 m，且开挖面不超过15 m2。全断面开挖具有较低的扰动、较大的空间和易于施工的组织。

2.2.2 断面分部开挖法。按照阶梯的走向，可以将其分为两类：一种是正步开挖，另一种是反向挖掘。可采用梯级或爆破堆的高度进行钻孔。采用正阶梯开挖技术可实现钻孔、排渣并行、平衡施工，加快施工速度。采用反向掘进方法可以节省爆破设备，但对岩渣的粒度难以控制。导孔开挖是指在开挖截面上，以一个较小的孔洞作为先导，再将其扩展到设计截面。

3 炮孔的设置

炮孔的布置主要由面积测定和布孔两部分组成。在具体布局时，要充分考虑到后期施工的影响，使炮眼运动的次数和频率最小化。同时，要使炮眼的放线与地层内的地层垂直，使其与剖面的布置形式保持一致。在此基础上，对钻孔的最终布置时，要对钻孔的深度进行适当的控制，一般不超过崩落孔的15%。在实施钻爆作业时，应充分掌握有关超前钻探、围岩完整程度、软硬度等方面的知识，以便合理地选取合适的掘进方式，以确保爆破的可行性和适用性。如三级围岩，在全段开挖的炮眼设计中，周围孔的距离可以设定为40 cm，外部的桩脚为2～3 cm，副孔距最大为120 cm，最小为80 cm。

4 炮孔数量和装药量

在隧洞钻孔爆破施工中，药量设计是施工中的一个关键环节，在满足有关规定的情况下，要尽可能地节省费用，提高施工安全性。由于炸药的装药量与炸药的单位消耗量之间存在着紧密的关系，所以在设计中确定炸药的单位消耗量是控制爆破装药量的重要依据。可以利用装药量均衡原理来估计炮眼数目，也就是说，所有的炮眼都要装上足够的炸药。

根据掏槽形状、岩石类型、钻机类型、开挖断面尺寸、掘进时间等因素来确定炮眼的深度。在隧洞工程中通常都以通过类推和经验公式的方法来确定井眼的数目和间隔，从而精确地确定井眼的药量和掘进深度。同时，应根据施工场地的具体情况，对理论计算值进行适当调整，以提高其合理性。一般的用量計算公式如式（1）。

式中：Q为隧洞在施工期间，在不同工段进行爆破时，所需的炸药数量，q为爆破时所用的炸药数量，V为爆破时的掘进容积。按公式（1）计算出施工过程中各炮口的装药量，并据此进行炸药的配制。此外，在爆破时，还会产生很大的震动，从而改变隧洞的结构，从而导致隧洞的松散。为此，有关人员必须以松环半径为最小阻力线合理地控制药量与炮眼间隔之间的关系。关于松动环半径的计算公式见式（2）。

式中：R表示松动圈半径，P表示应力波的初始径向应力，a表示应力波的衰减，p表示炸药的密度，[St]表示岩石的拉伸强度，[Yb]表示炮眼的直径;v为泊松比。但在炮眼的方向上，必须与最小阻力线分开，且不能在同一方向上，在具体操作中，可以将炮眼的角度倾斜，与最小阻力线的距离为45°～75°角。此外为确保隧洞钻孔爆破时，岩体的断裂发育良好，最大限度地降低爆破和抛射，应合理地计算出爆破内的爆破量，其计算公式如式（3）。

式中：D是炮孔施工过程中实际消耗的炸药，e是转换因子，t是炮孔填充系数，g是炮孔堵塞的因素，l是炮眼深度，w是最小阻力线，nc是爆破孔深度对装填量的影响因子。

各炮眼的实际使用爆炸物数目可由公式（3）来计算。

爆破器材的选用的炸药为2#岩石炸药，直径φ为32 mm，长为25 cm，若开挖段有渗水，则选用乳化炸药;雷管采用非电毫秒雷管。掏槽眼及辅助眼均采用连续装药方式，周边眼及底板眼采用间隔装药方式，装药结构如图1所示。

5 钻孔爆破循环作业

5.1 钻爆作业

在平洞施工中钻孔爆破是施工中的重要环节。爆破质量直接关系到开挖规范、爆破效率和施工安全。所以，在钻井和爆破作业中，必须确保钻井和爆破的设计。钻机主要有风钻和钻机。钻前准备工作包括：清理工作面、测量放线、布孔、管道延伸、钻机。一旦开始打孔，就必须一直工作到钻完为止。在完成钻孔后，要对孔内的剩余岩粉进行吹扫，按照爆破方案的要求装药，堵塞并连接引信，检查合格后，人员和设备才能进行爆炸。

5.2 通风排烟及防尘

压入式通风因其入口有效距离大、冲淡、排烟功能强、工作面出渣机械活动空间大、污染空气不通过鼓风机、设备污染少、易于管理;同时，压入式通风可确保有毒气体、污染空气随风流排出，不会再污染工作面，故采取压入式通风方式，通风方式为2×15 kW的轴流型通风机，风筒直径为0.6 m。为了防止局部循环风的产生，通风装置设置在离孔口30 m处的地方。风筒的直径为0.6 m，单节长度为6～10 m。

5.3 出渣运输

在平洞开挖过程中，出渣的搬运是最费时费力的工作，它与钻机的施工方式一样，是保证隧洞施工速度的重要因素。为此，应做好如下工作：合理选用装渣输送设备及数量;规划隧洞内外输送路线及弃渣场;采取可靠的施工组织、安全操作措施。

5.4 洞内出渣的协调

首先，爆破时扒渣器的保护配合，爆破时应将扒渣机停放在爆破面50 m以上，并采取相应的防护措施，防止爆破飞石对装岩机的损坏;其次，小型自卸车在洞里要主动避让，在洞里，两辆车并排行驶时，要留出30～50 cm的空隙;最后，加强协调，保证项目建设的顺利进行。结合重点工程，协调其他施工，强化施工组织、协调、管理，确保施工进度，确保施工有序、顺利进行。

5.5 洞内供电及洞内排水

5.5.1 电力供应照明系统。洞口照明线路的电压为220 V，在基坑支护及衬砌段为24～36 V。

5.5.2 洞内排水与洞外沟道的防洪。通过挖排水沟、架设排水管将地下水排出，或者通过抽水泵将其排出。在每一施工孔的入口处，均设有下水道，通过对工作面的二级污水进行沉淀，再排入沟道。412CECCE-A96B-4904-87B8-97B27D9D24E6

该地区的河道洪水主要是由强降雨造成的。各沟渠的流量以7—9月为主。为了避免在汛期发生沟渠洪水涌入，在洞口附近的沟渠处设置临时排水涵管，并在洞口处设临时围堰，以避免因沟渠洪水而造成的不利影响。

5.6 预应力支撑

洞室开挖后，围岩形成新的受力状况，在不稳定的洞室中，很可能会出现崩塌，造成危险。因此，必须根据地层条件、洞室断面、开挖方式和暴露时间等情况，采取临时支护措施。临时支护有多种类型，可分为框架式支护和锚喷支护。

6 结论与建议

综上所述，笔者以水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术为研究方向，在分析与研究隧洞钻孔爆破注意事项的基础上，选取A水利水电工程作为研究案例。通过对A水利水电工程隧洞钻孔爆破的具体实施，旨在为水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破提供一些参考。具体总结如下。

6.1 进行钻孔爆破

在隧洞开挖过程中，钻孔爆破是重要的工序，爆破的质量直接关系到隧洞开挖的安全。在工程建设中，要合理配備科学的机械，并注意采用高效的钻孔机械，才能加快施工进度。

6.2 提高废渣的运输率

通过对钻孔垃圾的输送，可以确保现场的洁净，提高爆破施工的质量，高效、快捷地进行掘进。应着重减少排渣工时，提高排渣效率，合理配置排渣工具，高效利用出渣设备，在出渣时计算好出渣线路，控制每排的出渣量。

6.3 强化临时支撑

隧洞钻孔爆破作业应在安全条件下进行，并依据岩石的静态特性，采取科学的钻孔爆破技术。同时，在进行隧洞开挖时，必须确保结构的稳定，并增加支护工作的强度。

6.4 做好配套工作

现代水利建设强调安全、有序、科学的环境建设。在水利水电工程中，作业的质量对隧洞爆破的质量有很大的影响。在进行隧洞爆破钻孔工程时，必须提高配套工作的质量，重点是通风、防尘、消烟、排水等方面的工作。

6.5 要确保堵头的质量

水利水电隧洞的钻孔爆破，要想取得更好的爆破效果，必须改善孔口堵塞的质量，避免孔口堵塞时出现得不严密现象。

参考文献：

[1] 曾健.水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术研究[J].工程建设与设计，2021（21）：83-85.

[2] 唐经华.隧洞钻孔爆破技术在水利水电工程施工中的应用分析[J].四川水泥，2020（11）：135-136.

[3] 牛瑞祥.水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术分析[J].农业科技与信息，2020（8）：124-125.

[4] 邵继铎.水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术研究[J].科技风，2020（6）：142.

[5] 包广昌.水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术研究[J].建筑技术开发，2017，44（17）：80-81.412CECCE-A96B-4904-87B8-97B27D9D24E6