全断面钻爆法在洞室开挖中的应用

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摘要：全断面钻爆法适用于围岩坚固稳定，采用钻孔爆破方法将洞室开挖断面一次性开挖成型的地下建筑工程洞室开挖掘进方法。文章引用某电站发电引水隧洞的洞室开挖施工程序，取得了较好的技术及经济效益，可供有关工程参考。
关键词：全断面钻爆法；隧洞；水利水电工程

Abstract: The whole section explosion method which is the one for underground construction digging, suitable for stable and strong dam, form a section for one time by drilling explosion. This paper will introduce the construction technique which was applied to Jinping Baoshi in hydropower engineering Yunnan province, and reap the technologic and economic benefit. It is worthful for relevant construction project.
Key words: the whole section explosion method; tunnel; water resources and hydropower engineering

 
1   前言
云南某电站位于云南省**县红河一级支流**河下游河段上，是一个引水式地面厂房电站，主要由碾压砼拱坝、取水塔、发电引水隧洞、调压井、压力钢管、斜井、尾水洞、主厂房、副厂房、升压开关站及生活管理区等部分组成。电站设计水头282米，最大发电流量12立方米/秒，电站装机2×1.25万千瓦（即25MW）。其中发电引水隧洞布置于麻子河滑石板处右岸，全长3878米，比降4.2614‰，设计流量Q＝10.38立方米/秒，为一直径2.4米的圆形压力洞，隧洞开挖洞径为3.1米，洞挖断面面积S=7.548平方米，采用光面爆破全断面开挖，中间设1#、2#两条施工支洞（分别长120米和74米），亦即将主洞划分为进水口，1#洞上、下游，2#洞上、下游，调压井六个施工工作面。
2   水文地质条件
引水隧洞主要位于微风化～新鲜岩体内，围岩岩性为条带状～条痕状混合岩，节理不发育，整体状～块状结构。隧洞位于地下水位以下，地下水类型为基岩裂隙水。由于微风化～新鲜岩体透水率q＝0.2～2Lu，富水性微弱，属微透水（含水）层，故隧洞仅在断层破碎带处，会出现线状流水或涌水现象。基岩裂隙水主要由上部第四系孔隙水、大气降水及邻近山体补给，通过裂隙通道向冲沟及麻子河排泄。片麻理、纵向节理和横向节理三组节理均呈闭合状，，节理不发育，不存在不利于隧洞围岩稳定的结构面组合，节理对隧洞围岩稳定影响小；对隧洞围岩稳定影响较大的是断层破碎带，隧洞沿线断层主要以NW向断层较为发育，由于与隧洞轴线呈大角度相交，故对隧洞围岩稳定影响不大，仅会引起局部掉块、坍方或变形破坏。围岩类别以Ⅱ～Ⅲ类为主，断层破碎带为Ⅳ～Ⅴ类。其中：Ⅱ类围岩整体基本稳定，不会产生塑性变形，约占全洞比例的78％以上，主要为裸洞过流；Ⅲ类围岩局部稳定性差，约占全洞比例的20％，主要采用喷射厚度10公分的挂网喷锚（湿喷）支护；Ⅳ～Ⅴ类围岩极不稳定，变形破坏严重，约占全洞比例不大于2％，主要采取衬砌厚度35公分的马蹄型钢筋砼衬砌。
3   全断面洞挖钻爆
3.1 施工原则
按照新奥法原则组织施工，采取中心掏槽、周边光面爆破、毫秒雷管分段起爆，严格控制装药量，减少爆破对围岩的扰动，杜绝欠挖，控制超挖，严格控制规范起伏差在20厘米以内，糟率在0.025以下。遇到“Ⅳ～Ⅴ”类围岩断层破碎带时采用“短进尺、弱爆破、超前锚杆、早喷护、勤量测、及时封闭”的技术措施。
洞内控制测量采用四等导线测量控制中线，控制标高采用四等水准测量。用全站仪准确绘出开挖轮廓线及周边眼、掏槽眼和辅助眼的位置，并用激光准直仪控制边线。距开挖掌子面50m埋设中线桩，每100m设临时水准点。每次测量放线时，对上次爆破效果检查一次，并及时采用计算机处理测量数据，修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。
本工程隧洞洞室开挖各施工工作面主要采用三台YT28型气腿式风动凿岩机钻孔，人工装药，装碴采用扒渣机，弃碴的洞内运输采用约1.5立方米的中型拖拉机出碴，直接卸于堆渣点弃碴场。
3.2 工艺流程
用全断面钻爆法开挖隧洞，每掘进一次，工作面大致按炮孔深度向前推进，完成一次循环作业。循环作业的主要工序一般有：钻孔准备、钻孔、装药、设备撤离、起爆、通风排烟、安全检查、临时支撑、出碴准备、出碴、延长运输线路和风水电管线等（如右流程图所示）。如此周而复始，直到开挖结束。
3.3 钻孔爆破设计
全断面钻孔爆破法开挖隧洞，应根据设计要求、地质情况、爆破材料及钻孔设备等基本条件，作好爆破设计。
3.3.1 布孔
隧洞开挖前，根据揭露的围岩地质情况编制详细的爆破计划，进行爆破试验，并根据爆破效果，用类比法初选和优化爆破参数。然后，针对各类围岩条件，分别作炮孔布设，炮孔数目可以按照装药平衡原理进行初步计算，钻孔直径（中孔空出外）均为42～48毫米，钻孔位置误差不大于5厘米，且水平方向严禁相互交错通气。
合理的炮孔深度随围岩类别而定：Ⅱ、Ⅲ类为2.0～2.5米，Ⅳ、Ⅴ类为1.8～2.0米；炮眼力求做到“平、直、齐”，严格执行操作规程上的精度要求。
掏槽孔的主要作用是增加爆破的临空面，一般布置于开挖断面中部。本工程中则采用梅花型垂直角柱掏槽方法，掏槽孔比其它炮孔略深15～20厘米，采用连续装药结构，药卷直径32毫米，其装药量应比崩落孔多20％左右。为了增强掏槽效果，可以在正规的掏槽孔中心采用垂直掏槽型式布置2～4个直径为75～100毫米不装药的大直径扩大空心孔。