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隧洞爆破的施工方案探究

2021-07-28 110 上传者：管理员

摘要：甘肃省引洮供水二期工程主体工程作为甘肃省重点水利工程项目,为甘肃省4个市供水,解决该地区城镇生活和工业用水、农村饮水、农业灌溉和生态用水的大型调水工程。为了更好地控制隧洞断面,减少材料消耗,使断面符合设计要求,减少对后续施工的影响,对隧洞爆破方案各类参数进行调整。本文主要探讨了隧洞爆破施工方案。

关键词：
参数调整
断面控制
爆破
隧洞开挖
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1、基本情况

引洮供水二期主体工程11-1标总干22#隧洞1#支洞向下游洞身围岩为γ4花岗岩，中粗粒结构，块状构造；洞段围岩中裂隙、断层较为发育，岩体较为破碎，多为碎裂结构，围岩属不稳定的Ⅳ类围岩，采用系统锚杆加钢筋网、钢拱架、喷混凝土的方式进行一次支护。

2、爆破方案

根据目前实际Ⅳ类围岩开挖采用钻爆法施工，手风钻钻孔，全断面开挖的方式[1]，每循环进尺控制在2m左右。每次钻孔前均由施工人员根据红外线导向仪指示在掌子面上的导向点放样开挖轮廓线，并用红油漆在掌子面上标示各孔位置，钻爆作业组严格按照标示的孔位进行打孔。钻工按照各自负责的孔位钻孔，严格按照爆破方案执行，对符合设计和超挖要求的断面的钻工进行奖励。周边孔偏差不得大于5cm，爆破孔偏差不得大于10cm。

2.1爆破器材的选用

2.1.1炸药

2#岩石乳化炸药，直径φ32mm，长20cm。

2.1.2雷管

采用非电毫秒导爆管雷管。

2.2单位岩体炸药消耗量计算

按照目前正在进行施工洞段开挖断面13.584m2进行计算，单位岩体炸药消耗量：

式中，q为岩石单位耗药量（kg/m3);f为普氏岩石坚固系数，洞身围岩为γ4花岗岩，裂隙和断层在围岩中较为发育，岩体多为碎裂结构，取f=10;L1为平均钻孔深度（m),2.2m;s为断面面积（m2),s=13.584m2;K1为炮孔装药量充填系数，60%～80%，取K1=0.8；η为炮孔利用系数，0.8～0.95，取η=0.9;K2为等效炸药换算系数，K2=0.9;K3为岩体裂隙率的修正系数，取K3=0.75;Fs为自由面数量，取Fs=1。

经计算：q={[(10-3)/3.8]1/2+2.2×0.8×0.9/13.584}×0.9×0.75=0.995kg/m3。

每循环开挖炸药用量：Q=qV=0.995×2×13.584=27.03kg。

2.3挖断面的钻孔数量

全断面开挖钻孔数量：

式中，K为系数，取4.1。

由此钻孔数量：

2.4爆破参数计算

2.4.1掏槽孔的炸药用量计算

式中，qcut为掏槽孔的炸药用量（kg/孔）。

2.4.2周边孔平均装炸药的用量计算

式中，qp为周边孔平均装炸药的用量（kg);a为周边孔的两孔间距（m),0.35～0.45m;w为周边孔的最小抵抗线（m），取0.45m;lp为周边孔的深度（m);q为每方消耗炸药数量（kg/m3）。

qp=0.4×0.45×2.2×(0.5～0.9)×0.995=0.2～0.35kg/孔。

2.4.3辅助孔的平均炸药用量计算

式中，qn为辅助孔的平均炸药用量（kg);Ncut为掏槽孔数；Np为周边孔数。

2.5爆破参数的选用

用以上计算方法作为初选爆破参数，通过现场试验调整有关爆破参数（若围岩较软弱或破碎，则根据实际情况将周边孔孔距调整至30～40cm）。初次选用的参数见《IV类围岩隧洞全断面开挖爆破参数表》（见表1）、《隧洞爆破参数表》（见表2）、《隧洞爆破炮孔布置示意图》（见图1）。

图1隧洞炮孔布置示意图

2.6装药方案

隧洞IV类围岩周边孔用间隔装药的方案，底板孔也采用间隔装药的方案，掏槽孔采用连续装药的方案，辅助孔也采用连续装药的方案，装药形式如图2所示。

图2装药形式

注：A为连续装药结构；B为间隔装药结构；1为毫秒导爆管雷管；2为药卷；3为堵塞段。

表1IV类围岩隧洞全断面开挖爆破参数

注：1.预计每循环进尺2.0m，循环方量27.16m2，预计炮眼利用率80%～90%;2.炸药单耗0.99kg/m3（以IV类围岩为准）；3.炮眼采用φ32*200药卷，有水炮眼采用乳化炸药。

表2隧洞爆破参数

经计算，该断面单位岩体炸药消耗量为0.995kg/m3，每循环炸药消耗量为27.03kg，钻孔数量为47孔。但在前期施工过程中发现花岗岩岩质较硬，使用该爆破参数效果不理想，经试验和改进，目前将周边孔增加4个（即30个）；其他孔数不变，增加的周边孔根据围岩情况少装药或不予装药，即可保证爆破切割平整度，每循环（2m）炸药消耗量控制在28～32kg范围爆破效果较为理想。

就目前施工情况来看，超挖量基本控制在17～20cm以内。在后期的施工过程中将根据实际围岩情况不断优化爆破参数，将超挖量控制在最小范围内。

3、目标控制措施

3.1控制目标

要求主洞开挖工作不出现欠挖现象，超挖控制在10cm以内。

3.2控制措施

3.2.1根据围岩变化及时调整各类爆破数据

在隧洞洞挖的施工中，围岩是随时变化的，对现场管理人员及作业人员是一个极大的考验，不仅需要专业的地质知识，还需要施工经验，在两者结合的情况下，根据上次爆破的效果，变化下次爆破的数据，保证下次的断面形状、超挖和欠挖符合目标要求。

爆破后发现较大超挖，残留炮孔痕迹分布不均匀，两茬炮之间的台阶大于10cm，说明药量偏高，需要降低药量。

3.2.2提高钻孔精度

在爆破中，钻孔应严格按照爆破方案进行，但受到外界影响较大，作业人员的水平和经验、机械设备的效率和使用方法都会使爆破效果与方案形成一定的差距。根据施工过程中的方法和效果，采用以下办法降低超挖和欠挖的现象，并保证开挖断面符合设计要求。

3.2.2.1对钻孔作业人员进行技术交底，使其明白操作的原理及重点应该控制的参数，按照技术交底的内容进行钻孔；选用有经验的作业人员进行钻孔，提高钻孔的准确率；在提前钻好的孔内放入导向管，作为后续的打孔方向，提高后续孔的精度。

3.2.2.2周边孔打眼时，稍微向掌子面轮廓线的内侧移动，提高断面形状的保证率，使断面符合设计和目标控制要求。

3.2.3提高测量放线的精度

洞挖施工过程中，首先进行的工作就是测量放线，测量放线的精确度直接影响断面的成型，所以要求测量人员熟悉设计图纸和开挖断面的尺寸，在此基础上，适当考虑开挖后断面的变形和沉降，以提高断面的精确度。

测量人员由熟练、技术过硬的人员担任，测量数据换手复核。测量仪器选用较先进仪器操作，定期到技术鉴定部门进行仪器标定。

3.2.4选用适合本标段地质条件和断面成型形状的爆破技术

根据本标段的地质条件和开挖断面形状进行爆破试验，选取合适的爆破方法和参数，通过现场试验结合工程实际经验，不断调整参数，使爆破参数更适用，按照此参数，严格控制每个孔的装药量和爆破质量，选取使用的爆破方案。

3.2.5落实各方责任

技术人员按照总工根据实际围岩确定的光爆布置图将炮孔布设完毕后，移交至施工员及工长，由施工员进行跟班，负责检查钻眼的走向及装药量，确保严格按照爆破参数执行。

在施工前加强组织保障，根据每个钻孔人员的熟练度和操作经验，将孔眼分别固定给个人，各司其职；在作业前，对钻孔人员进行技术交底和培训，使其熟练掌握炮孔的参数。在实际操作过程中，结合自身经验，使爆破效果符合要求；由爆破班组长负责整个钻爆工作，及时观察围岩情况，发现问题及时向技术人员反应，保证爆破工作各个环节的搭接和质量。

4、结语

通过对爆破参数等的控制，项目部全体技术人员认识到隧洞质量控制对生产经营效果的重要性，施工人员从思想上高度重视，切实负起主体责任，层层把关，各司其职，责任到人。在开挖过程中，由技术人员观察围岩情况的变化，根据围岩情况调整爆破参数，实行动态交底，使超挖降低到最低程度。

参考文献：

[1]GB6722-2014，爆破安全规程[S].

文章来源：李小燕.浅谈隧洞爆破施工[J].农业科技与信息,2021(14):126-128.