首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 瓯江引水工程对隧洞施工的爆破公害控制技术

瓯江引水工程对隧洞施工的爆破公害控制技术

2023-06-29 86 上传者：管理员

摘要：：爆破开挖技术因其具有工效高、造价低等优势，在水工隧洞工程开挖中应用极其广泛。然而隧洞的爆破可能会对周边建(构)筑物和环境产生不利的影响及破坏，甚至会危害周围人员的生命安全。以瓯江引水工程一标段的爆破开挖为例，介绍了爆破安全性校核，有效控制爆破振动、爆破飞石、爆破冲击波、有毒气体以及与之对应的控制技术方案。实践检验证明：采取爆破影响控制方案后，能大大降低爆破带来的不利影响，消除安全隐患。

关键词：
控制方案
水工隧洞
爆破公害
爆破工程
爆破开挖
加入收藏

水利水电工程的施工规模庞大、工作条件百般复杂且工期较长，作为水利水电工程施工中重要组成部分的水工隧洞，其规模将不断发生变化，数量将日益增多，施工难度将不断增大，对水工隧洞的施工技术有了更高的要求[1]。

爆破开挖是目前水工隧洞的主流开挖方式[2],具有适应性强、机具简单、工效高、造价低等诸多显著优势[3]。水工隧洞的开挖一般优先考虑钻孔爆破法，这种方法的优点是开挖成本低、对地质地层的适应能力相对较强，对于长度比较短、岩石比较坚硬的洞室施工比较有优势。

在进行爆破施工的时候，施工作业通常会带来地震波、飞石、空气冲击波和有毒气体等负面效应，即爆破公害。若不能通过科学的爆破设计，采用有效的爆破公害控制技术，可能会危害人员、设备及邻近建(构)筑物的安全。

2007年某铁路隧道进口钻爆施工时，发生山体坍塌，造成特大安全事故。经分析，其原因为施工时未能完善地控制好爆破振动的影响，导致边坡岩石与母岩分离，最终失稳滑落。2008年某隧道进行爆破清危作业时，由于未能对爆破产生的公害进行控制，使得岩石受爆破影响而失稳滑落，造成了安全事故。

针对爆破开挖中爆炸荷载对岩体的作用方式及导致岩体破裂的机理，国内外学者展开了大量的研究。汪海波[4]利用了理论分析与现场实测相结合的研究方法，对爆破的机理和规律进行了深入的探讨，根据现场实测数据，分析了爆破地震的规律特性，考虑其对于围岩稳定性能的影响，提出了相应的技术措施。孙箭林[5]针对钻爆法施工时影响既有隧道的问题做出了研究，探讨了爆破碎岩机理和应力波的传播规律，总结了参数变化规律以及对于隧道施工采取的安全措施。

针对爆破公害的防治问题，我国也有许多学者进行了研究。马宗庆[6]针对爆破地震和空气冲击波两大公害问题做出了研究，详细介绍了其形成原理和预防措施。任翔等[7]对爆破公害的类别以及影响因素进行了分析，并提出了相应的防护措施。

以上工程实例与国内外学者的研究均证明了：隧洞爆破开挖时，若对其产生的爆破公害处理不当，将会造成十分严重的后果，甚至危害人员的生命安全。本文以瓯江引水工程一标段的爆破开挖工程为例，对爆破公害的控制技术进行了分析研究，通过工程实践验证了爆破公害控制技术的重要性和可行性。

1、工程背景

1.1工程概况

瓯江引水工程一标段内建设的输水隧洞共两段，分别为渡垟隧洞和垟藤隧洞，总长约13.588 km。

1.1.1渡垟隧洞

渡垟隧洞长1.173 km。包含渡船头泵站后埋管与调压调蓄洞衔接段、缓坡段、陡坡段。缓坡段底部高程由19.5 m降至18.0 m,坡度i=0.164%;陡坡段底部高程由18.0 m降至6.38 m,坡度i=8%。本段隧洞为城门洞型断面，标准断面C30W4F50钢筋混凝土衬后洞径为8.00 m×13.00 m(宽×高),主要工作内容包括隧洞开挖、一次支护、二次支护、回填灌浆和固结灌浆。

渡垟隧洞兼做调压调蓄洞，进洞口设置C25W4F50混凝土挡墙封堵，挡墙顶部设百叶窗进口排气，在调压调蓄隧洞末端设置通气孔；下游段局部设置集水坑，长度26.5 m,深度1.5 m,在本段隧洞末端集水坑部位设置抽排设施，隧洞内预埋外径27.3 cm的304不锈钢管2根，每根长约1.05 km,出口接至渡垟隧洞进洞口。

1.1.2垟藤隧洞

垟藤隧洞长12.415 km。除茅垟、呈岸浅埋段设置倒虹吸外，采用全线顺坡或平坡。隧洞底部高程7.0～5.5 m。隧洞坡降i=0～0.7%。

1)混凝土衬砌段。

垟藤输水隧洞混凝土衬砌段共5段，合计11.745 km。隧洞采用城门洞型断面，Ⅱ类围岩开挖断面尺寸7.90 m×7.45 m(宽×高),C25混凝土喷护衬后断面尺寸为7.50 m×6.95 m(宽×高),Ⅲ～V类围岩开挖断面尺寸均为7.90 m×7.65 m(宽×高),C30W6F50钢筋混凝土衬后洞径均为6.4 m×6.4 m(宽×高)。输水隧洞混凝土衬砌段主要工作内容包括隧洞开挖、一次支护，Ⅲ～V类围岩的二次支护、回填灌浆和固结灌浆。

2)浅埋钢衬段。

垟藤输水隧洞浅埋钢衬段共4段，合计670 m。浅埋钢衬段开挖断面尺寸6.80 m×6.60 m(宽×高),Q345R钢管内径5.0 m,壁厚20 mm,外包C25混凝土。

1.2爆破施工方案

本工程隧洞爆破开挖采用钻爆法施工，施工工艺流程如图1所示。

图1钻爆法施工工艺流程

本工程在爆破施工过程中，关键在于爆破施工的方案设计和相应的施工工序，其中包括：爆破方案设计、爆破施工时的措施以及爆破后的支护处理。本工程的爆破方案设计主要是对爆破参数和施工的设计。

爆破施工前，预先进行爆破试验，得到爆破参数，再根据爆破试验的效果对参数进行适当的调整，完善爆破施工的方案，并记录总结。

在爆破试验中，选取的爆破参数为：不耦合系数1.5,光面炮孔间距取50 cm,最小抵抗线60 cm,线装药量300 g/m。经过爆破试验的效果分析，施工时不耦合系数选用1.31,光爆孔间距取aⅡ类63 cm, aⅢ类60 cm, aⅣ类50 cm, aⅤ类40 cm,线装药量250 g/m。

1.3重难点分析

本工程爆破施工主要是在山体内进行的，局部隧洞上方覆盖的岩石较薄且风化严重，爆破时可能会存在一定的安全隐患。除此之外，渡垟隧洞的开挖断面大、竖井等入口的位置过于靠近居民区等因素也可能会导致安全事故的发生。爆破施工前期，产生的爆破公害主要是爆破飞石和振动，而在距洞口10～20 m后的部位爆破施工时，产生的爆破公害则只有爆破振动。这是因为一般在距洞口10～20 m后的部位爆破施工时，爆破所用的药量会远小于洞口，其产生的爆破飞石的影响也不难进行控制。

本工程的爆破施工是在多个山体内进行，施工地点的地质条件与地理环境是复杂多变的，而且施工的总线路较长。因此在实际的爆破施工时，各种爆破参数需根据现场的情况进行一定的调整。尽管本工程的爆破施工大部分在山体内进行，但是在洞口处施工时爆破仍然会对周围环境及建筑物产生一定程度的公害。因此，设计合理的爆破公害控制方案是很有必要的。

2、爆破公害控制方案

2.1爆破安全性校核及有效控制

本工程的爆破开挖大部分在山体内进行，但部分隧洞口的附近存在一些公用或民用建筑物，且爆破的环境条件较为复杂。因此在进行爆破施工时，必须进行爆破的安全性校核并制定有效的控制方案。

在本工程的爆破施工中，所有断面的最大单响药量不得超过27 kg,爆破振速须控制在爆破安全允许振速范围内。爆破飞石对人员的安全距离不少于200 m,对设备的安全距离不低于100 m。爆破冲击波对人员的安全距离不低于75 m。

2.2爆破地震及控制方案

2.2.1爆破地震

在岩石爆破的过程中，除了对炮孔周围的岩石产生破碎、抛掷以外，爆破能量的很大一部分会以地震波的形式向四周传播，导致地面振动。这种振动即为爆破地震。爆破地震达到一定强度后，可以引起地面建筑物破坏、边坡失稳等现象。通常情况下，爆破地震被认为是影响最大的爆破公害。

衡量爆破地震强度的参数有很多，例如位移、速度和加速度等。实践表明质点峰值振动速度可以比较好地体现建筑物的破坏程度，因此国内外普遍采用质点峰值振动速度作为爆破地震的安全判据。质点峰值振动速度如式(1):

V=K(QnR)α (1)

式中：V为质点峰值振动速度，cm/s;n为药包形状系数，我国一般取1/3;Q为最大单响药量，kg;R为爆心距，即测点至爆源中心距离，m;K、α为与地质条件、爆破类型及爆破参数有关的系数。

2.2.2控制方案

1)使用威力和爆速都不高的炸药，减少单响药量及单次起爆的药量；

2)使用毫秒延期爆破的方法，优化降震的效果；

3)增加爆破的次数，缩短循环进尺；

4)根据不同的爆破环境，编制相对应的起爆网络。

2.3爆破飞石及控制方案

2.3.1爆破飞石

爆破飞石指的是在爆破施工中，部分飞离爆堆的石块或碎块。在爆破施工中，爆破飞石也是影响比较大的一种爆破公害，其往往是造成人员伤亡的主要原因。因此，控制爆破飞石是爆破施工过程中很重要的一个环节。

洞室爆破飞石的安全距离如式(2)计算：

RF=20KFn2W (2)

式中：RF为洞室爆破的飞石安全距离，m;W为最小抵抗线，m;n为爆破作用指数；KF为与地形、风向、风速和爆破类型有关的安全系数，一般取1.0～1.5。

2.3.2控制方案

1)合理设计、严格验收炮孔的位置，清理爆破面上松动的、零散的石块；

2)施工过程中对地质构造及节理裂隙较发育的地区谨慎处理对待，调整孔网参数和炸药用量、间隔堵塞等；

3)装药前仔细校核各药包的最小抵抗线，避免出现超装药量的情况；

4)堵塞长度必须大于最小抵抗线，确保堵塞密实且堵塞物中没有零碎的石块；

5)使用爆破速度低的炸药、采用不耦合装药以及毫秒延期爆破等措施。

2.4爆破冲击波及控制方案

2.4.1爆破冲击波

爆破施工时，炸药爆炸产生的高温高压气体，或直接压缩周围空气，或通过岩体裂缝及药室通道高速冲入大气并对其压缩形成冲击波。冲击波超压达到一定量值后，就可能导致建筑物破坏以及人体器官的损伤。因此在爆破作业中，需要对爆破冲击波进行控制。

爆破冲击波对掩体内人员的最小安全距离如式(3):

RF=25Q−−√3 (3)

式中：RF为爆破冲击波对掩体内人员的最小安全距离，m; Q为一次爆破装药量，kg。

2.4.2控制方案

1)单次爆破时炮孔延期时间不要太长，避免后响的炮孔抵抗线变小或裸露爆破；

2)严格控制好单次起爆用药量，最大程度地利用好爆破的能量，减小转化成冲击波的无效能量；

3)爆破前仔细校核最小抵抗线，确保堵塞的长度和质量满足要求；

4)内部有水的炮孔不用黄泥堵塞，用钻孔时产生的岩屑；

5)使用毫秒延期爆破的措施，可以有效降低爆破冲击波的影响。

2.5有毒气体及控制方案

2.5.1有毒气体

在爆破施工中，炸药分解会产生大量的热量和有害气体，如CO、SO2、NH3等，并使爆破点周围空气中的氧含量急速下降。若不采取合理的控制措施，很可能会对作业人员造成严重的危害。

2.5.2控制方案

1)严格控制爆破所使用炸药的质量；

2)爆破前检查堵塞的长度和质量是否符合标准，避免不完全爆破；

3)爆破后15 min内，任何人员不得进入爆破点，且及时通风排尘，尽快降低爆破区域有毒气体的浓度，避免中毒。

3、结语

瓯江引水工程一标段的渡垟隧洞、垟藤隧洞及施工支洞、分水隧洞等爆破开挖采用的钻爆法施工，在爆破施工前后，通过采取爆破安全性校核、有效控制爆破地震、爆破飞石、爆破冲击波以及有毒气体等措施，大大降低了山体内隧洞爆破公害对周围工程及人员造成的不利影响，消除了施工的安全隐患，其爆破公害控制方案为同类型工程施工提供了参考。

参考文献:

[1]鲁琛.水工隧洞爆破参数及对相邻隧洞的影响研究[D].昆明:昆明理工大学,2021

[2]周强,徐建军,严鹏,等.杨房沟水电站建基面先锋槽爆破开挖实验研究[J].水电与新能源,2020,34(3):9-12

[3]王爱东.水工隧洞爆破开挖超挖的影响因素及控制举措[J].绿色环保建材,2020(3):122-123

[4]汪海波.岩巷掘进爆破地震效应及围岩稳定性影响研究[D].淮南:安徽理工大学,2008

[5]孙箭林.钻爆法施工下穿既有隧道的影响研究[D].长沙:中南大学,2014

[6]马宗庆.工程爆破公害及安全措施的分析[J].企业技术开发,2011,30(18):138-139[7]任翔,许华东,朱汉蓉,等.工程爆破公害及控制[J].采矿技术,2005(3):61-62

文章来源:张伟.瓯江引水工程隧洞施工的爆破公害控制技术[J].水电与新能源,2023,37(06):11-14.