全斷面鉆爆法在洞室開挖中的應(yīng)用

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摘要：全斷面鉆爆法適用于圍巖堅固穩(wěn)定，采用鉆孔爆破方法將洞室開挖斷面一次性開挖成型的地下建筑工程洞室開挖掘進方法。文章引用某電站發(fā)電引水隧洞的洞室開挖施工程序，取得了較好的技術(shù)及經(jīng)濟效益，可供有關(guān)工程參考。
關(guān)鍵詞：全斷面鉆爆法；隧洞；水利水電工程

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
云南某電站位于云南省**縣紅河一級支流**河下游河段上，是一個引水式地面廠房電站，主要由碾壓砼拱壩、取水塔、發(fā)電引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管、斜井、尾水洞、主廠房、副廠房、升壓開關(guān)站及生活管理區(qū)等部分組成。電站設(shè)計水頭282米，最大發(fā)電流量12立方米/秒，電站裝機2×1.25萬千瓦（即25MW）。其中發(fā)電引水隧洞布置于麻子河滑石板處右岸，全長3878米，比降4.2614‰，設(shè)計流量Q＝10.38立方米/秒，為一直徑2.4米的圓形壓力洞，隧洞開挖洞徑為3.1米，洞挖斷面面積S=7.548平方米，采用光面爆破全斷面開挖，中間設(shè)1#、2#兩條施工支洞（分別長120米和74米），亦即將主洞劃分為進水口，1#洞上、下游，2#洞上、下游，調(diào)壓井六個施工工作面。
2   水文地質(zhì)條件
引水隧洞主要位于微風(fēng)化～新鮮巖體內(nèi)，圍巖巖性為條帶狀～條痕狀混合巖，節(jié)理不發(fā)育，整體狀～塊狀結(jié)構(gòu)。隧洞位于地下水位以下，地下水類型為基巖裂隙水。由于微風(fēng)化～新鮮巖體透水率q＝0.2～2Lu，富水性微弱，屬微透水（含水）層，故隧洞僅在斷層破碎帶處，會出現(xiàn)線狀流水或涌水現(xiàn)象。基巖裂隙水主要由上部第四系孔隙水、大氣降水及鄰近山體補給，通過裂隙通道向沖溝及麻子河排泄。片麻理、縱向節(jié)理和橫向節(jié)理三組節(jié)理均呈閉合狀，，節(jié)理不發(fā)育，不存在不利于隧洞圍巖穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面組合，節(jié)理對隧洞圍巖穩(wěn)定影響??；對隧洞圍巖穩(wěn)定影響較大的是斷層破碎帶，隧洞沿線斷層主要以NW向斷層較為發(fā)育，由于與隧洞軸線呈大角度相交，故對隧洞圍巖穩(wěn)定影響不大，僅會引起局部掉塊、坍方或變形破壞。圍巖類別以Ⅱ～Ⅲ類為主，斷層破碎帶為Ⅳ～Ⅴ類。其中：Ⅱ類圍巖整體基本穩(wěn)定，不會產(chǎn)生塑性變形，約占全洞比例的78％以上，主要為裸洞過流；Ⅲ類圍巖局部穩(wěn)定性差，約占全洞比例的20％，主要采用噴射厚度10公分的掛網(wǎng)噴錨（濕噴）支護；Ⅳ～Ⅴ類圍巖極不穩(wěn)定，變形破壞嚴(yán)重，約占全洞比例不大于2％，主要采取襯砌厚度35公分的馬蹄型鋼筋砼襯砌。
3   全斷面洞挖鉆爆
3.1 施工原則
按照新奧法原則組織施工，采取中心掏槽、周邊光面爆破、毫秒雷管分段起爆，嚴(yán)格控制裝藥量，減少爆破對圍巖的擾動，杜絕欠挖，控制超挖，嚴(yán)格控制規(guī)范起伏差在20厘米以內(nèi)，糟率在0.025以下。遇到“Ⅳ～Ⅴ”類圍巖斷層破碎帶時采用“短進尺、弱爆破、超前錨桿、早噴護、勤量測、及時封閉”的技術(shù)措施。
洞內(nèi)控制測量采用四等導(dǎo)線測量控制中線，控制標(biāo)高采用四等水準(zhǔn)測量。用全站儀準(zhǔn)確繪出開挖輪廓線及周邊眼、掏槽眼和輔助眼的位置，并用激光準(zhǔn)直儀控制邊線。距開挖掌子面50m埋設(shè)中線樁，每100m設(shè)臨時水準(zhǔn)點。每次測量放線時，對上次爆破效果檢查一次，并及時采用計算機處理測量數(shù)據(jù)，修正爆破參數(shù)，以達到最佳爆破效果。
本工程隧洞洞室開挖各施工工作面主要采用三臺YT28型氣腿式風(fēng)動鑿巖機鉆孔，人工裝藥，裝碴采用扒渣機，棄碴的洞內(nèi)運輸采用約1.5立方米的中型拖拉機出碴，直接卸于堆渣點棄碴場。
3.2 工藝流程
用全斷面鉆爆法開挖隧洞，每掘進一次，工作面大致按炮孔深度向前推進，完成一次循環(huán)作業(yè)。循環(huán)作業(yè)的主要工序一般有：鉆孔準(zhǔn)備、鉆孔、裝藥、設(shè)備撤離、起爆、通風(fēng)排煙、安全檢查、臨時支撐、出碴準(zhǔn)備、出碴、延長運輸線路和風(fēng)水電管線等（如右流程圖所示）。如此周而復(fù)始，直到開挖結(jié)束。
3.3 鉆孔爆破設(shè)計
全斷面鉆孔爆破法開挖隧洞，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求、地質(zhì)情況、爆破材料及鉆孔設(shè)備等基本條件，作好爆破設(shè)計。
3.3.1 布孔
隧洞開挖前，根據(jù)揭露的圍巖地質(zhì)情況編制詳細的爆破計劃，進行爆破試驗，并根據(jù)爆破效果，用類比法初選和優(yōu)化爆破參數(shù)。然后，針對各類圍巖條件，分別作炮孔布設(shè)，炮孔數(shù)目可以按照裝藥平衡原理進行初步計算，鉆孔直徑（中孔空出外）均為42～48毫米，鉆孔位置誤差不大于5厘米，且水平方向嚴(yán)禁相互交錯通氣。
合理的炮孔深度隨圍巖類別而定：Ⅱ、Ⅲ類為2.0～2.5米，Ⅳ、Ⅴ類為1.8～2.0米；炮眼力求做到“平、直、齊”，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程上的精度要求。
掏槽孔的主要作用是增加爆破的臨空面，一般布置于開挖斷面中部。本工程中則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，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，藥卷直徑32毫米，其裝藥量應(yīng)比崩落孔多20％左右。為了增強掏槽效果，可以在正規(guī)的掏槽孔中心采用垂直掏槽型式布置2～4個直徑為75～100毫米不裝藥的大直徑擴大空心孔。