水利水電工程隧洞鉆孔爆破技術(shù)分析

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【摘要】為促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的公共服務(wù)，我國(guó)廣泛進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。水利水電工程作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其對(duì)于周邊地區(qū)發(fā)展和人們的日常生活具有重要影響。在水利水電工程中，鉆孔爆破是重要的施工環(huán)節(jié)，對(duì)此，需要對(duì)爆破材料、工序等進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證安全。本文首先對(duì)鉆孔爆破技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，其次總結(jié)了水利水電工程中隧洞鉆孔爆破施工技術(shù)要點(diǎn)，然后就施工中的注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】水利水電；爆破用藥量；鉆孔

1引言

在水利水電工程中應(yīng)用鉆孔爆破施工，會(huì)受到外部環(huán)境中多種因素的影響，如地形地貌、地質(zhì)條件等，在這一過(guò)程中，需注重鉆孔爆破設(shè)計(jì)，對(duì)開(kāi)挖斷面爆破鉆孔進(jìn)行合理布設(shè)，保證最終的爆破效果，同時(shí)也需保證爆破施工安全與質(zhì)量。

2鉆孔爆破技術(shù)概述

所謂鉆孔爆破技術(shù)，就是指在掘進(jìn)過(guò)程中通過(guò)鉆孔、裝藥、爆破、開(kāi)挖巖石等完成爆破作業(yè)。在爆破作業(yè)過(guò)程中需要結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，基于地形勘測(cè)、工程設(shè)計(jì)等對(duì)爆破設(shè)備、施工參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。在爆破施工前，需要明確爆破施工作業(yè)要求和任務(wù)，對(duì)開(kāi)挖斷面土層的炮孔進(jìn)行合理布設(shè)，同時(shí)，需對(duì)炮孔種類、爆破材料等進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇。

3水利水電工程施工中隧洞鉆孔爆破技術(shù)的探討

3.1炮孔種類及布置

平洞開(kāi)挖斷面上設(shè)置的炮孔作用有所不同，按照使用途徑的差異可將其分為掏槽孔、周邊孔、崩落孔三種。掏槽孔的應(yīng)用就是擴(kuò)大臨空面的作業(yè)面積，可為鉆孔爆破作業(yè)奠定基礎(chǔ)。掏槽孔一般設(shè)置于開(kāi)挖斷面的中央位置。在施工中，可依據(jù)鉆孔布設(shè)形式和方向的不同將掏槽孔劃分為垂直掏槽以及斜孔掏槽兩類[1]。周邊孔的應(yīng)用功能為控制爆破開(kāi)挖的輪廓，為此，需將其均勻布設(shè)于開(kāi)挖作業(yè)面的四周。崩落孔的應(yīng)用功能是爆落巖體，為上述爆破作業(yè)和爆破孔功能的發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。崩落孔需布置于掏槽孔的周圍，且需和開(kāi)挖作業(yè)面保持垂直關(guān)系。炮孔布置通常如圖1所示，在布設(shè)時(shí)主要工作為分區(qū)和爆破孔布設(shè)。在布設(shè)炮孔前，需要做好以下工作：①在布設(shè)炮孔過(guò)程中，需要對(duì)后期的鉆孔作業(yè)進(jìn)行考量，盡量減少移動(dòng)次數(shù)；②需布置炮孔防線，需要和巖層層理、裂隙面保持垂直，不得出現(xiàn)卡鉆或者是漏氣問(wèn)題，影響最終的爆破施工效果[2]；③對(duì)于周邊孔的布設(shè)，需要依據(jù)設(shè)計(jì)輪廓圖進(jìn)行，但是也許對(duì)作業(yè)的可行性和安全性進(jìn)行分析，為此，可將其布設(shè)于輪廓線10～20m范圍內(nèi)；④掏槽孔布設(shè)，掏槽孔深度應(yīng)大于崩落孔10～15%，可提升爆破質(zhì)量；⑤在斷面的拐角位置，需要保證炮孔分布的均勻性，這樣方可控制開(kāi)挖的輪廓，并控制開(kāi)挖范圍。

3.2炮孔數(shù)量和裝藥量的確定

掘進(jìn)工作面上炮孔數(shù)量以及裝藥量會(huì)受到地質(zhì)條件，如巖層分布、炸藥性能、炸藥使用量等進(jìn)行確認(rèn)。在施工過(guò)程中，可以采用類比法或者是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算，確定具體的施工參數(shù)。一般需先確定單位耗藥量和掘進(jìn)深度，再根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)試驗(yàn)，對(duì)炮孔數(shù)量、炮孔類型、炮孔間距等設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在初步計(jì)算過(guò)程中，可基于裝藥量平衡原理對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所需的炮孔量進(jìn)行計(jì)算，并確定相鄰炮孔的間隔距離。同時(shí)，需確定炮孔數(shù)量，而這里所指的炮孔數(shù)量是指炸藥的一次性爆炸作業(yè)中所需的炸藥量，這樣可保證炸藥可全部填充至炮孔中。在設(shè)計(jì)爆破方案時(shí)，其中最具影響力的參數(shù)是單位耗藥量，但是其他參數(shù)均需基于該數(shù)值進(jìn)行確認(rèn)。因此，先確定單位耗藥量是保證爆破施工參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于每排炮進(jìn)尺總裝藥量，其計(jì)算如下[3]：Q=qV=qLSμ式中：Q為每排炮進(jìn)尺總裝藥量，單位為kg；q為單位耗藥量，單位為kg/m3；V表示的使每進(jìn)尺爆破下巖石的體積，單位為m3；L表示的是實(shí)際鉆孔深度，單位為m；S表示的是開(kāi)挖斷面面積，單位為m2；μ表示的是炮孔利用率，μ=l′/L；l′表示的是爆破后的實(shí)際深度，單位為m。在計(jì)算出每排炮進(jìn)尺總裝藥量之后，需對(duì)爆破材料進(jìn)行合理分配。因?yàn)榕诳追謪^(qū)和地理位置不同，其在爆破作業(yè)過(guò)程中的作用也有所差異，所需的裝藥量也不同。因此，需謹(jǐn)慎對(duì)待。根據(jù)巖石爆破原理，爆破對(duì)巖石破壞的過(guò)程為爆轟氣體壓力、應(yīng)力波等對(duì)巖石共同作用的結(jié)果。①在炸藥爆炸之后，周邊的氣體急速膨脹作用在周圍的巖體上，導(dǎo)致巖體出現(xiàn)剪切破壞；②由于爆炸帶來(lái)的沖擊波，給周邊巖體帶來(lái)了較強(qiáng)的壓縮作用，導(dǎo)致巖體出現(xiàn)破碎；③爆破產(chǎn)生的壓力波在向外傳播的過(guò)程中，自由面會(huì)對(duì)壓力波進(jìn)行一定的反射，在共同的作用下，巖體會(huì)出現(xiàn)拉伸破壞。為此，需對(duì)爆破方案進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。爆破生產(chǎn)和工藝設(shè)計(jì)的合理性需通過(guò)爆破效果、技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。爆破參數(shù)指標(biāo)是定性的，未進(jìn)行量化，但是在實(shí)際生產(chǎn)中爆破參數(shù)難以控制。爆破參數(shù)隨著工程爆破范圍等不同，爆破參數(shù)也所有差異，可在允許范圍內(nèi)控制偏差，保證參數(shù)的有序構(gòu)成，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合。爆破參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)與施工中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于最終的爆破效果有直接影響。在巖石爆破程中，主要涉及巖石炸藥單耗、孔網(wǎng)面積、密集系數(shù)、孔徑與巖石強(qiáng)度。水利水電工程中，因環(huán)境復(fù)雜，需對(duì)炸藥單耗、孔距比、密集系數(shù)、孔徑與巖石強(qiáng)度等進(jìn)行重點(diǎn)研究，選擇最佳爆破效果組合方案，可參考表1。

3.3掘進(jìn)爆破技術(shù)

在掘進(jìn)爆破之前，需對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行勘察，依據(jù)實(shí)際情況編制施工計(jì)劃，確定爆破參數(shù)。在實(shí)際施工中，需就施工設(shè)備、環(huán)境因素對(duì)于作業(yè)效果的影響進(jìn)行考量。因?yàn)楸剖┕ぶ?，支護(hù)、出渣、運(yùn)輸工作可能需同時(shí)進(jìn)行方可保證整體工程的施工進(jìn)度，同時(shí)因?yàn)楸剖┕ぜ夹g(shù)要求高，所以施工控制難度較高。除此之外，因?yàn)楸频淖杂擅嬗邢蓿瑤r石的存在也會(huì)對(duì)爆破產(chǎn)生負(fù)面影響，破碎單位體積巖石耗藥量的增加為爆破作業(yè)質(zhì)量的提高提供了有利條件。爆破施工需保證爆破后的洞室斷面符合設(shè)計(jì)要求，且不能出現(xiàn)超挖、欠挖的問(wèn)題，還需注意支架、風(fēng)管、水管、電線等設(shè)備的損壞問(wèn)題。在施工中，應(yīng)盡量控制爆破作業(yè)范圍，弱化其對(duì)于周邊巖土結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，從而保證爆破作業(yè)后周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3.4嚴(yán)格控制填孔質(zhì)量

填孔質(zhì)量是影響鉆孔爆破效果的重要因素，若鉆孔沒(méi)有進(jìn)行封口，則不能進(jìn)行爆破。經(jīng)檢查若炮孔的深度不超過(guò)0.9m，那么裝藥深度的控制應(yīng)將炮孔深度的1/2作為標(biāo)準(zhǔn)。若炮孔的深度不小于0.9m，那么裝藥深度的控制應(yīng)將炮孔深度2/3作為標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行鉆孔封口時(shí)，不能使用易燃性材料或者是現(xiàn)場(chǎng)的巖石塊，也不能肆意改變起爆網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方案。

4施工注意事項(xiàng)

4.1關(guān)于爆破材料的管理

爆破材料對(duì)于最終的爆破效果有直接影響，需注重爆破材料的管理，如爆破材料運(yùn)輸、裝卸和堆放。爆破材料運(yùn)輸車輛需要標(biāo)識(shí)危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)，并對(duì)爆破材料進(jìn)行報(bào)裝，保證運(yùn)輸安全。倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)，應(yīng)將爆破材料放于陰涼干燥處，不得暴曬。

4.2炸藥的使用量

若炸藥用量較大，則會(huì)埋下安全隱患，不利于現(xiàn)場(chǎng)的安全管控。所以，需對(duì)炸藥的使用量進(jìn)行控制。在確定具體數(shù)值時(shí)，需要對(duì)各類因素進(jìn)行考量，如鉆孔的合理布設(shè)、鉆孔深度、地質(zhì)條件。

4.3其他事項(xiàng)

在做好上述工作的同時(shí)，需注意以下內(nèi)容：①出渣運(yùn)輸和臨時(shí)支護(hù)需嚴(yán)格按照工程治療要求和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，并合理選擇運(yùn)輸設(shè)備和單位運(yùn)輸量；②需合理選擇運(yùn)輸線路和棄渣場(chǎng)的位置；③需建立專業(yè)的管理組織，就施工組織和安全運(yùn)行建立相應(yīng)的管理制度；④隧洞洞室開(kāi)挖結(jié)束后，應(yīng)做好支護(hù)工作，選擇適宜的支護(hù)形式，否則易發(fā)生坍塌。當(dāng)前水利水電工程施工中多綜合應(yīng)用臨時(shí)性支護(hù)與永久性支護(hù)技術(shù)。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在水利水電工程隧洞施工中，鉆孔爆破是最為常見(jiàn)的爆破施工工藝，而該工藝的應(yīng)用研究有利于實(shí)際工程爆破效果的控制。在工程建設(shè)中，需謹(jǐn)慎選擇爆破材料和支護(hù)形式，并對(duì)炸藥用量、掘進(jìn)爆破和出渣運(yùn)輸?shù)冗M(jìn)行合理設(shè)置，保證爆破質(zhì)量，為水利水電工程隧洞施工任務(wù)的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]秦晉，周賀達(dá).小斷面長(zhǎng)引水隧洞開(kāi)挖爆破與供風(fēng)設(shè)計(jì)[J].東北水利水電，2011，29（10）：1~4.

[2]趙根，吳新霞，周先平，等.深水條件下巖塞鉆孔爆破關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].工程爆破，2016，22（5）：13~17.

[3]陳蕾，袁媛.布侖口-公格爾水電站發(fā)電引水隧洞高地溫洞段爆破技術(shù)研究[J].黑龍江水利科技，2012，40（9）：107~108.

作者:王立東 單位:中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司廈門分公司