关键词：地下洞室、光面爆破、开挖精度、控制方法
1、引言
在水利水电工程施工中，尤其在水电站，选择合理的开挖技术方案对工程本质安全、进度、质量及经济水平起着至关重要的作用，光面爆破在不同围岩选择不同的参数和控制措施，在各类工程地下洞室（隧道）开挖爆破施工中最为常用的施工方法之一。质量工艺水平的控制是关键，控制需要精益的现场作业过程中工艺方法和操作能力水平。良好的质量对施工安全及经济成本控制尤为重要。本控制方法在小湾、大华桥水电站地下洞室的开挖过程中较好的进行应用，并取得了较好的经济效益和社会效益。
2.控制方法
对于开挖施工质量影响因素主要取决于测量放样的精度、周边孔钻孔精度、装药量及装药结构适应性等技术指标控制水平。
测量放样是确保开挖成型的重要工序，放样的精度是做好总体质量控制的基础，就开挖质量的先决条件。
掌子面开孔点全部由测量人员根据爆破设计由洞轴线向两侧，按爆破设计间距逐孔放点，每个孔位在轮廓线上的位置事先计算确定好，以准确控制每一循环开孔点的放样位置一致。而后视点一般距掌子面2.0～2.5米，采用隔孔放点方式，用油漆作为标志，以避免混淆。
后视点除测设轮廓线的位置外，还必须标注该点的超挖值，以便钻孔时作业人员参照该超挖值控制钻杆尾端的与设计边线的相对位置，即控制钻孔的外插角度。
3.钻孔工艺控制要点
由于最终开挖面是沿周边孔中心连线破裂成形，所以在保证测量放样精度前提下，周边孔钻孔方向和角度控制则是决定最终开挖成形质量的关键。
（1）钻孔方向控制
沿洞室轮廓线的钻孔方向应与洞室轴线平行，并通过严格控制炮孔间距与方向，爆破后在岩壁上留下分布均匀整齐的半孔，并每排炮半孔沿同一直线连续延伸。
1）开孔精度控制
开孔位置岩面经爆破作用往往都带有倾斜角度，钻头在这种斜面推进时会产生对开孔方向的引导。而且这种偏差钻到孔底时会被放大2倍，难以与下排炮开孔位置很好对接。所以在开孔时由多人配合，从各个方向约束钻头移位，尽量减小偏差。
2）钻孔方向控制
在开孔点位置准确的基础上，钻孔方向则是将钻杆尾部对应在后视点下部，以控制钻孔方向；如为无后视点的孔位则通过与相邻带后视点的孔保持平行来控制方向角度。
（2）钻孔外插角控制
1）工艺标准的确定
钻机上部有消音罩，约10cm。为满足钻机上部所需10cm空间的条件，按每循环进尺3.0m的几何关系，则钻孔时钻杆所需要向断面外倾斜的角度应为：acsin（0.1/3.0）=1.9°，考虑其他因素影响，将两循环错台指标合格标准定为15cm。
现场控制时，将外插角换算成超挖值进行控制更为直观，以在后视点超挖值基础上按3.3cm/m比例（即1.9°）的上倾角度确定钻杆与后视点的竖向距离。
这样能够使钻机上部始终保持有10cm左右的行进空间，钻杆在不受约束和阻碍的条件下顺利推进，避免了过大外插角所造成的超挖。而且在钻进过程中钻机要调整好架钻气腿的横向位置和高度，即钻机、气腿与开孔点三点要与后视点在同一直线上，以保持钻杆在孔轴线的位置钻进。 同时注意控制推进压力不要太大，避免钻杆出现向下或侧向的弯曲。无形中增加外插角度。
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（3）周边孔装药
1）装药参数控制与调整
通过在周边孔中进行药卷直径小于炮孔直径的不耦合装药，为爆轰冲击波提供一定的缓冲空间，使作用到孔壁上的爆轰波得到一定的衰减，降低爆轰时孔壁上的峰值压力，从而在炮孔内形成准静压状态，这是实现光面爆破的必要条件。通常采用不耦合系数（孔径/药卷直径）1.1～3.0，其中以1.5～3.0用得较多。
2）周边孔装药量及装药结构
但线装药密度只是装药量与装药长度的比值，相同的线装药密度在不同装药结构的条件下，其爆破效果是不同的。如果孔内单个药包药量过大，爆轰能量过于集中，则会对孔壁围岩造成有害的拉伸裂隙；而单个药包的药量过小，势必增加加工难度，费工费时，这就要求选择一个较为合理的装药量和装药结构。
通过现场进行反复调整改进，最终选定装药结构为：孔底加强药卷为1/2卷，每根光爆药卷分为4节，从中部剖切两瓣（1/8卷，每节25g），根据围岩条件间隔20~25cm，与导爆索均匀固定在竹片上，以保证药卷在孔内的位置均匀准确，竹片靠近岩体一侧放置，以增加对孔壁的保护。
多分节可以降低单点起爆药量，避免药量集中；每节剖为2瓣，可进一步增大不耦合系数，增加起爆时爆轰峰值压力的衰减作用，有效降低爆轰波对岩体的扰动和孔壁的损伤。
4.以统计方法促进改进与提高
统计过程控制是通过搜集过程中关键质量指标检测数据，运用数理统计和控制图技术，考察分析事物以往发展变化的规律，评价当前，预测未来，是一种基于过程的动态分析管理方法。
为全面监控超挖值这一关键质量指标的控制水平，将每一开挖循环所测得的上循环超挖数据加以收集整理，并统计平均超挖值、标准差、测点合格率等指标。通过一段时间积累则可以统计出总体的平均值和标准差，根据统计3δ原理计算控制界限，绘制控制图，然后将每一循环的平均超挖值和标准差按时间顺序依次绘制到控制图上,这种管理方法有如下几方面优点;
1)统计描述
在控制图上以数据点量化模拟超挖值及其标准差波动情况，可以更加直观地显示工艺指标控制水平。
2)统计预防
将所测断面的平均超挖值和标准差与3δ控制界限相比较（出界即异常），可对发现的异常波动及时发出“预警”，进而及时开展原因调查分析、采取纠正与预防措施等过程维护活动，贯彻预防原则是质量管理的核心与精髓。
3)统计评价
根据平均值和标准差与规范界限之间关系的工序能力指数、δ水平等统计成果，可以更深层次描述过程质量满足要求的水平和保证能力。平均值（集中位置）越接近目标值，标准差越小（集中程度），过程保证能力越强。
4)统计预测
运用统计方法进行过程监控、维护和改进，不断消除异常因素的影响，使工艺指标波动逐渐降低并趋于稳定。根据统计分析所揭示的数据分布状态、波动形式和规律，可以对稳定过程的长期成果进行预测，建立有效的工艺过程信息体系。
应用统计分析，可以正确揭示和认识事物的本质和客观规律，使管理与决策建立在数据分析的基础上，更加准确科学。
上述这些数据计算过程均可以借助电子表格设计标准的计算模板，只需将所收集到的数据录入，即可实现自动计算和绘图，现场使用也极其方便。
5.应用成果：
在小湾水电站及大华桥水电站地下洞室开挖过程均较好的应用了,对洞室围岩稳定，降低因过度超挖引起的超填混凝土费用等都具有十分显著效果。
小湾泄洪洞开挖实行以工序控制为基础，过程检查验收为依托的“防、检结合”的方式进行施工过程质量控制。通过不断优化调整光面爆破工艺参数，加强钻孔工艺精度控制，泄洪洞在地质条件相对较差的条件下，总体开挖平均超挖值控制在17cm。而在在有压段上层0+325～0+360围岩相对较好洞段，由于总体平均超挖值9.2cm，大华桥水电站地下厂房、尾调室及主变室等主体洞室开挖质量取得了良好的控制效果。经对各主要洞室顶拱开挖断面超挖情况检查数据统计，洞室顶拱光面爆破平均超挖值控制在6～8cm，半孔率均在96%以上。
论文作者:刘,迎,,,刘旭辉,,,朱立涛
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷20期
论文发表时间:2019/12/2
标签：钻孔论文; 药量论文; 钻杆论文; 光面论文; 方法论文; 过程论文; 位置论文; 《工程管理前沿》2019年5卷20期论文;