论文部分内容阅读
[摘要]本文介绍了云南陇川县南掌河电站引水隧洞围岩(f=6)较为破碎、裂隙发育等特性，通过分析计算和施工现场试验，确定了光爆参数、炮眼布置和炸药用量，提出了隧洞开挖爆破的设计方法和施工情况，提出了全断面光面爆破法在小断面隧洞开挖爆破中的应用及爆破设计中关键参数。
[关键词]爆破设计；全断面光爆；掏槽型式；周边光爆参数
1.前言
南掌河电站位于云南省陇川县勐约乡，电站装机为2×3000KW，为引水式电站。引水隧洞全长2452m，在桩号1+400处设有一施工支洞，支洞长度为110m。隧洞开挖断面型式为城门型，宽×高为2.2m×2.4m。最大单头掘进长度为810m（含施工支洞）位于施工上游工作面，根据施工组织设计要求，隧洞开挖工期为8个月，要求平均月进尺为110m。如何合理进行隧洞开挖爆破的设计，是确保隧洞开挖工程施工安全、优质、按期完成的关键。本工程开工之初，根据工程的一些基本资料，对隧洞的开挖爆破方案进行了详尽的设计并在施工中付之实施。实践证明，本爆破设计方案为隧洞爆破施工提供了正确的技术指导，为创优开挖分部工程打下了基础。现将本工程的开挖爆破的设计及施工情况介绍如下，以供交流。
2.4 爆破器材。炸藥选用2号岩石硝铵炸药，规格为32×200mm（直径×长度）、重量0.15Kg。周边光爆药卷采用光爆药卷的直径为25mm的药卷。富水洞段采用乳化炸药。采用非电塑料导爆管和毫秒微差雷管起爆。
2.5 工期要求。隧洞开挖要求在8个月完成，平均月开挖进度要求105m以上。
3. 爆破设计
3.1 开挖方案的确定。根据隧洞开挖断面小、运输机具规格及工期紧等特点，隧洞开挖采用全断面光面爆破法施工。本开挖方式与一般的导洞开挖、预留光爆层的开挖方式相比，其优点是：高效、快速；增加了施工的安全度；简化了施工工序，便于管理；施工工作面较大，通风、排水、运输方便，利于通风排烟，改善工作条件；便于充分发挥机械效能。其不足之外在于不能为周边光爆提供较大自由面，光面爆破效果会受影响，需要通过调整爆破的掏槽及周边光爆系数减少影响：在全断面一次开挖的情况下，要获得理想的光面爆破效果，就必须在进行光面爆破时，一定要保证周边炮孔在良好的临空面条件下起爆，从合理布置周边炮孔，严格掌握起爆顺序，对整个断面的炮孔数量、孔深、布置形式及掏槽类型都要做到全面考虑。
3.3.2 周边光面爆破设计。洞室周边采用光面爆破法施工。影响光面爆破效果的主要技术参数有：炮眼间距(E)、最小抵抗线(W)、不偶合系数(D)和装药系数(q)。周边孔径(d)为42mm，孔深2.4m，各主要参数的确定依据工程类比法及本工程在施工支洞处的施工试验，在地质围岩f=6(本工程洞段的大部分围岩的坚固系数)情况下确定如下：
炮眼间距：E=(8～15)d。岩石坚硬完整度越好E值可取越大。在中等硬度或在中等硬度以上的岩石，一般取40～55cm，考虑本隧洞的地质情况、几何断面，周边孔距设计为：上拱及边墙为43cm，底边为55cm。
最小抵坑线：一般W=1～1.25E。本工程的最小抵抗线取50cm。
不偶合系数(D): D=药卷直径/炮眼直径。实践证明，在一般地下光爆工程中，不偶合系数选用1.5～2.0光爆效果最好。本工程光爆采用光爆药卷，直径为25mm，炮眼直径为42mm；不偶合系数为1.68。
周边光面爆破的有关技术参数表见表1。
3.3.3 辅助眼布孔设计。辅助眼孔径设计为42mm，孔深2.4m，孔距比周边眼孔距稍大，一般取55-75cm，本工程辅助眼设计孔距为60cm左右。
3.3.4 炮眼布置设计。炮眼布置设计见图3。各炮眼布置参数见表2。
3.4 装药量及装药结构设计。根据工程类比法及工程施工经验，各炮眼的装药系数为：掏槽眼96%、辅助眼83%、周边眼80%。各炮眼均采用反向装药，装药结构为：掏槽眼、辅助眼为偶合连续，周边眼为不偶合连续。各炮眼的爆破顺序、装药量及装药结构见表3。
3.5 起爆及爆破顺序设计。采用非电塑料导爆管和毫秒微差雷管起爆，掏槽孔使用1段，其余孔采用6-15段间隔使用，反向起爆，并联联接，各孔的导爆管分组用黑胶绑在火雷管上引爆。
3.6 爆破综合技术经济指标(见表4)。
4. 施工中技术措施
为保证施工中光爆的效果，施工中注意采用了以下的技术保证措施：
（1）提高布孔精度。钻孔前采用水平仪、经纬仪定出隧洞中线、拱脚和隧洞底高程，并精确划出整个隧洞轮廓线，并按照设计炮孔图标定出炮孔位置。
（2）开孔准确。钻周边炮孔时，应保证炮孔位于轮廓线上，炮孔纵向保证平行，控制好周边炮孔深度、方向和外插角，确保所有周边孔有一致的最小抵抗线。
（3）严格控制周边眼装药量。采用小直径的光爆药卷，保证足够大的不耦合系数。
（4）全断面爆破必须严格控制好起爆顺序，周边孔应采用最大段别的同段雷管同时起爆。
（5）为提高炮孔利用率，加强岩石破碎，减少大块率，采用反向装药结构。
（6）及时进行爆破效果分析，注意观察地质情况，根据地质情况适当调整爆破参数及施工措施。
5. 全断面光爆开挖施工情况
5.1 进度情况。南掌河电站隧洞工程于2006年4月25日组织进场施工，2006年5月16日开始进入洞室开挖施工。2006年12月25日隧洞开挖全部结束。开挖实际作业历时7.5个月，平均月开挖进度达到110米，比合同开挖工期提前0.5个月。施工中每循环爆破进尺基本可达到2.3m左右，炮眼利用率达92%。
5.2 质量情况
(1)隧洞开挖外观：隧洞开挖在地质条件好的洞段(围岩为Ⅱ、Ⅲ类)成型规则，洞壁开挖平整，平整度不大于10cm，开挖残留孔率＞85%。光面爆破效果理想。
(2)开挖质量评定情况：隧洞开挖每100m作为一个开挖单元，其中洞室开挖共25个单元，经施工单位自检，监理及质监单位核评，优良单元达18个，优良品率达72%，洞室开挖分部质量达优良等级。
6. 结语
南掌电站隧洞开挖爆破方案是在认真分析工程的基本资料基础上，根据工程类比法同类工程施工经验及现场试验进行设计。它成功地应用了全断面光面爆破法，正确指导了隧洞的爆破开挖施工，为隧洞开挖分部创优打下了基础。笔者认为，在小断面隧洞工程爆破开挖施工中，应优先考虑全断面光面爆破法，在隧洞的不同施工条件下进行认真分析，制定合理的爆破方案，选择适当的爆破参数，为开挖施工提供前提条件。
参考文献
［1]汤瑞良，朱三雁.光面爆破快速掘进法在某电站引水隧洞施工中的应用［J］.浙江水利科技，2005，3:78～79.
［2]王道平，周科平.光面爆破在某水电站引水隧洞开挖中的应用［J］. 研究与开发，2004，1: 51～52.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
[关键词]爆破设计；全断面光爆；掏槽型式；周边光爆参数
1.前言
南掌河电站位于云南省陇川县勐约乡，电站装机为2×3000KW，为引水式电站。引水隧洞全长2452m，在桩号1+400处设有一施工支洞，支洞长度为110m。隧洞开挖断面型式为城门型，宽×高为2.2m×2.4m。最大单头掘进长度为810m（含施工支洞）位于施工上游工作面，根据施工组织设计要求，隧洞开挖工期为8个月，要求平均月进尺为110m。如何合理进行隧洞开挖爆破的设计，是确保隧洞开挖工程施工安全、优质、按期完成的关键。本工程开工之初，根据工程的一些基本资料，对隧洞的开挖爆破方案进行了详尽的设计并在施工中付之实施。实践证明，本爆破设计方案为隧洞爆破施工提供了正确的技术指导，为创优开挖分部工程打下了基础。现将本工程的开挖爆破的设计及施工情况介绍如下，以供交流。
2.4 爆破器材。炸藥选用2号岩石硝铵炸药，规格为32×200mm（直径×长度）、重量0.15Kg。周边光爆药卷采用光爆药卷的直径为25mm的药卷。富水洞段采用乳化炸药。采用非电塑料导爆管和毫秒微差雷管起爆。
2.5 工期要求。隧洞开挖要求在8个月完成，平均月开挖进度要求105m以上。
3. 爆破设计
3.1 开挖方案的确定。根据隧洞开挖断面小、运输机具规格及工期紧等特点，隧洞开挖采用全断面光面爆破法施工。本开挖方式与一般的导洞开挖、预留光爆层的开挖方式相比，其优点是：高效、快速；增加了施工的安全度；简化了施工工序，便于管理；施工工作面较大，通风、排水、运输方便，利于通风排烟，改善工作条件；便于充分发挥机械效能。其不足之外在于不能为周边光爆提供较大自由面，光面爆破效果会受影响，需要通过调整爆破的掏槽及周边光爆系数减少影响：在全断面一次开挖的情况下，要获得理想的光面爆破效果，就必须在进行光面爆破时，一定要保证周边炮孔在良好的临空面条件下起爆，从合理布置周边炮孔，严格掌握起爆顺序，对整个断面的炮孔数量、孔深、布置形式及掏槽类型都要做到全面考虑。
3.3.2 周边光面爆破设计。洞室周边采用光面爆破法施工。影响光面爆破效果的主要技术参数有：炮眼间距(E)、最小抵抗线(W)、不偶合系数(D)和装药系数(q)。周边孔径(d)为42mm，孔深2.4m，各主要参数的确定依据工程类比法及本工程在施工支洞处的施工试验，在地质围岩f=6(本工程洞段的大部分围岩的坚固系数)情况下确定如下：
炮眼间距：E=(8～15)d。岩石坚硬完整度越好E值可取越大。在中等硬度或在中等硬度以上的岩石，一般取40～55cm，考虑本隧洞的地质情况、几何断面，周边孔距设计为：上拱及边墙为43cm，底边为55cm。
最小抵坑线：一般W=1～1.25E。本工程的最小抵抗线取50cm。
不偶合系数(D): D=药卷直径/炮眼直径。实践证明，在一般地下光爆工程中，不偶合系数选用1.5～2.0光爆效果最好。本工程光爆采用光爆药卷，直径为25mm，炮眼直径为42mm；不偶合系数为1.68。
周边光面爆破的有关技术参数表见表1。
3.3.3 辅助眼布孔设计。辅助眼孔径设计为42mm，孔深2.4m，孔距比周边眼孔距稍大，一般取55-75cm，本工程辅助眼设计孔距为60cm左右。
3.3.4 炮眼布置设计。炮眼布置设计见图3。各炮眼布置参数见表2。
3.4 装药量及装药结构设计。根据工程类比法及工程施工经验，各炮眼的装药系数为：掏槽眼96%、辅助眼83%、周边眼80%。各炮眼均采用反向装药，装药结构为：掏槽眼、辅助眼为偶合连续，周边眼为不偶合连续。各炮眼的爆破顺序、装药量及装药结构见表3。
3.5 起爆及爆破顺序设计。采用非电塑料导爆管和毫秒微差雷管起爆，掏槽孔使用1段，其余孔采用6-15段间隔使用，反向起爆，并联联接，各孔的导爆管分组用黑胶绑在火雷管上引爆。
3.6 爆破综合技术经济指标(见表4)。
4. 施工中技术措施
为保证施工中光爆的效果，施工中注意采用了以下的技术保证措施：
（1）提高布孔精度。钻孔前采用水平仪、经纬仪定出隧洞中线、拱脚和隧洞底高程，并精确划出整个隧洞轮廓线，并按照设计炮孔图标定出炮孔位置。
（2）开孔准确。钻周边炮孔时，应保证炮孔位于轮廓线上，炮孔纵向保证平行，控制好周边炮孔深度、方向和外插角，确保所有周边孔有一致的最小抵抗线。
（3）严格控制周边眼装药量。采用小直径的光爆药卷，保证足够大的不耦合系数。
（4）全断面爆破必须严格控制好起爆顺序，周边孔应采用最大段别的同段雷管同时起爆。
（5）为提高炮孔利用率，加强岩石破碎，减少大块率，采用反向装药结构。
（6）及时进行爆破效果分析，注意观察地质情况，根据地质情况适当调整爆破参数及施工措施。
5. 全断面光爆开挖施工情况
5.1 进度情况。南掌河电站隧洞工程于2006年4月25日组织进场施工，2006年5月16日开始进入洞室开挖施工。2006年12月25日隧洞开挖全部结束。开挖实际作业历时7.5个月，平均月开挖进度达到110米，比合同开挖工期提前0.5个月。施工中每循环爆破进尺基本可达到2.3m左右，炮眼利用率达92%。
5.2 质量情况
(1)隧洞开挖外观：隧洞开挖在地质条件好的洞段(围岩为Ⅱ、Ⅲ类)成型规则，洞壁开挖平整，平整度不大于10cm，开挖残留孔率＞85%。光面爆破效果理想。
(2)开挖质量评定情况：隧洞开挖每100m作为一个开挖单元，其中洞室开挖共25个单元，经施工单位自检，监理及质监单位核评，优良单元达18个，优良品率达72%，洞室开挖分部质量达优良等级。
6. 结语
南掌电站隧洞开挖爆破方案是在认真分析工程的基本资料基础上，根据工程类比法同类工程施工经验及现场试验进行设计。它成功地应用了全断面光面爆破法，正确指导了隧洞的爆破开挖施工，为隧洞开挖分部创优打下了基础。笔者认为，在小断面隧洞工程爆破开挖施工中，应优先考虑全断面光面爆破法，在隧洞的不同施工条件下进行认真分析，制定合理的爆破方案，选择适当的爆破参数，为开挖施工提供前提条件。
参考文献
［1]汤瑞良，朱三雁.光面爆破快速掘进法在某电站引水隧洞施工中的应用［J］.浙江水利科技，2005，3:78～79.
［2]王道平，周科平.光面爆破在某水电站引水隧洞开挖中的应用［J］. 研究与开发，2004，1: 51～52.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”