小断面引水隧洞光面爆破设计

小断面引水隧洞光面爆破设计
李艳锋
【摘要】根据实验和前期开挖经验,具体阐述了光面爆破设计中炮眼布置、装药结构、起爆方法,得出了科学合理的爆破设计参数,形成了小断面引水隧洞开挖的光面爆破施工方案.
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2013(029)016
【总页数】3页(P102-104)
【关键词】引水隧洞;光面爆破;设计
【作者】李艳锋
【作者单位】陕西引红济石工程建设有限公司,陕西太白721600
【正文语种】中文
【中图分类】TQ085
1 工程简介
引红济石调水工程位于陕西省宝鸡市太白县，是把汉江北岸褒河支流红岩河水通过穿越秦岭的隧洞自流调入渭河南岸支流石头河中的跨流域调水工程。

工程受益区为陕西省关中地区的宝鸡、咸阳、杨凌、西安四个市区。

输水隧洞洞身长度
19.76km，为特长水工隧洞，纵坡1/890，隧洞进口段8.7 km采用钻爆法施工，断面为圆拱直墙型，成洞尺寸2.8m×3.0m(宽×高)。

陕西省引红济石调水工程引水隧洞Ⅰ标项工程输水隧洞桩号0+009.56 ～3+000，全长2990.44m。

设计以Ⅲ类围岩为主，次为Ⅳ类和Ⅴ类围岩，总体上围岩稳定性较好，洞室分布的大理岩及断层破碎带地段地下水较丰富。

根据工程实际情况，以进口单方向掘进，全断面开挖方案。

2 光面爆破设计
2.1 光面爆破方案选择
为了使放炮后形成的断面轮廓基本符合设计要求，表面光滑，成型规整，减少对顶板的破坏，便于进行锚喷支护，本隧洞采用光面爆破开挖。

针对不同的岩性、不同的断面形状与尺寸，通过选择合适的炸药品种与规格、合理的炮眼布置、装药量控制、装药结构等，可以达到较好的爆破效果。

现以Ⅲ类围岩为例进行钻爆设计，其开挖断面的面积为11.93m2。

根据围岩情况及施工任务要求，确定循环进尺为
2.0m，采用乳化炸药，周边眼采用空气间隔装药结构，其它炮眼采用连续柱状装
药结构。

采用火雷管和非电毫秒导爆管雷管起爆。

2.2 爆破参数确定
2.2.1 炸药单耗的确定
根据修正的普氏公式：
式中：f——岩石的坚固系数(结合工程实际围岩类别，取岩石坚固性系数8～20); s——巷道断面积。

算出 q=1.15～1.81kg/m3，由于隧洞断面小，所受岩石作用大，结合同类工程及现场试验进行计算，本工程炸药单耗q调整后取1.56kg/m3。

2.2.2 每循环炸药用量
Q=qV=1.56 ×11.93 ×2=37.2kg(III类围岩)
2.2.3 光面爆破参数确定
1)周边眼的不偶合系数。

炮眼直径D与药卷直径d之比称为不偶合系数。

合适的周边眼不偶合系数应使爆
炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度。

理论与实践证明，当不偶合系数在1.5～3.43时，缓冲作用最佳，光爆效果最好。

本隧洞采用YT-28风动凿岩机造孔，炮眼直径为42mm，为了达到良好的光爆效果，采用25mm的小药卷，此时不偶合系数为1.7效果较好。

2)线装药密度q。

线装药密度q是指单位长度孔眼中的装药量(g/m)。

适当的q值应该保证沿孔眼连线形成贯穿裂缝而保持新壁面的完整稳固。

q值参照类似工程现场经验数据选取见表1。

表1 光面爆破周边眼参数?
参照表1，选取Ⅲ类围岩q值为120g/m。

3)周边眼距E、最小抵抗线W。

参照表1，选择Ⅲ类围岩E为480mm，W为
500mm。

2.2.4 底板眼、辅助眼孔距
根据试验段工程爆破经验，底板眼孔距取45cm，辅助眼孔距取75cm。

2.3 掏槽方式
由于隧洞断面小，为了取得更好的掏槽效果，本设计采用直眼掏槽爆破。

其优点是实施操作方便，容易被工人掌握，适用于软岩、中硬岩。

2.4 开挖爆破装药量
2.4.1 炮眼数目
炮眼数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、隧洞成型的好坏。

按下式计算炮眼数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳效果。

式中：q——炸药单耗量，取 q=1.56kg/m3;
s——开挖面积，s=11.93m2;
r——每米长度炸药的药量，乳化炸药 r=0.75kg/m
η——炮眼装药系数，取η =0.7;经计算，N=35，根据以往施工经验，Ⅲ类围岩炮眼数在50个左右，本设计取 N=50个。

2.4.2 炮眼布置
初步设计炮眼布置如图1所示，共钻设50个炮眼。

并在开挖过程中，根据岩性坚硬程度、岩层产状、岩体整体性的变化，对炮眼布置进行适当的调整。

图1 炮眼布置(cm)
2.4.3 开挖爆破装药量
根据炮眼布置图、炮眼总数、每循环炸药用量、周边孔装药量、同类工程及现场试验，确定各眼装药量见表2。

表2 开挖爆破装药量?
3 装药结构及起爆方法
本设计采用非电毫秒导爆管雷管起爆系统，导爆管与药卷捆扎在一起使其固定在预定位置实现分段间隔装药，有利于缓冲对岩壁的破坏。

3.1 周边眼
周边眼采用空气间隔、不耦合装药，采用导爆索起爆，将导爆索插入空底药卷内，炸药均匀分布装入炮孔内。

3.2 掏槽眼
掏槽眼、辅助眼、底边眼等采用连续耦合装药，雷管埋入孔底药卷，聚能穴朝孔口方向，其结构见表3。

表3 装药结构?
3.3 起爆方法
3.3.1 引爆
引爆方式采用孔内延期，孔外用顺发雷管分组连接后再用火雷管一次引爆。

3.3.2 起爆顺序
为提高爆破效果，掘进炮孔必须有合理的起爆顺序。

合理的起爆顺序，应使后起爆炮孔充分利用先起爆炮孔所创造的自由面。

本设计起爆顺序为：先起爆掏槽眼，再起爆辅助眼、底板眼，最后起爆周边眼。

为了保证各类炮眼之间的起爆时差，增强起爆效果，隔段选用毫秒雷管。

4 施工控制
4.1 测量控制
用全站仪、水准仪配合将激光导向仪固定安装在洞顶的适宜位置，并定期对激光导向仪的方向、高程进行校测，确保其导向正确。

根据激光导向仪的指向位置划出开挖轮廓线，用红色油漆标识出掏槽孔，辅助孔、周边孔的准确位置，测设控制点，并将临时水准点和隧洞中心线控制点引至靠近掌子面不至于被破坏的地方，同时加强保护，每次测量放线时，都要对上一循环的开挖轮廓进行检查，并对检查结果及时进行分析，以作为调整爆破参数的实验依据。

4.2 定位与钻孔
炮眼布置好后，就可进行钻孔作业，钻孔采用YT-28气腿式风钻。

钻孔时采用造
孔台车，分层作业，由上而下进行钻孔。

造孔台车又可作为喷锚支护和测量放线的操作平台。

钻孔时每一钻孔深度必须符合设计要求，掏槽眼造孔应严格按爆破设计图控制位置、倾角和孔深，其孔位偏差不应大于5cm，周边眼沿轮廓线调整误差
不大于5cm，外插角控制在2°～3°，眼底控制不超出开挖轮廓线10㎝。

4.3 清孔、装药
炮眼钻好后，用高压风进行清孔，将孔中的小石渣等清除干净，经检查深度和位置、倾角符合设计要求后，便可开始装药，装药必须按设计的段位进行，装药时，先用
炮棍轻轻送入装有雷管的药卷，然后依次装入其它药卷，每孔药装完后，用炮泥封堵。

4.4 爆破
当装药完成后，经检查每孔段位准确无误后，将各非电毫秒雷管捆绑在起爆药包上，设备、人员撤离到安全地点后，火雷管起爆。

5 结语
光面爆破中要达到最佳的爆破效果，选择合理的爆破参数和严格的现场管理是至关重要的，在施工中应严密关注地质条件的变化，并对开挖轮廓进行检查，及时对检查结果进行分析，以便及时调整各项参数。

由于作者经验不足，设计中难免有所纰漏，敬请读者提出宝贵意见。

【相关文献】
［1］王宇锋，梅甫定，林增勇，等.光爆技术在小断面巷道掘进中的应用［J］.爆破，2007，
24(103))：39-41.
［2］何广沂.工程爆破技术［M］.北京：中国铁道出版社，2000.
［3］田旭东.浅谈水工隧洞施工光面爆破新技术［J］.山西建筑，2008，34(35)：261-262.
［4］李洪良，穆如意.引红济石引水隧洞主洞光面爆破设计［J］.山西建筑，2010，36(9)：360-361.。