摘要：在挖掘隧洞工程当中，爆破是必须采取的技术手段。爆破是为了给工程施工创造突破口，也是打通山体最有效的方式，但是因爆破威力较大，极有可能造成山体滑坡和洞口掩埋的情况。
关键词：水工隧洞开挖；爆破施工；技术；应用实践
1工程概况
湾坞供水隧洞开挖工程位于长江西南分支水源部分，途径2个高新工业区，在水工隧洞设计中要求其日供水规模达到13万t。隧洞全长15．46km，施工时分成4段进行，开挖断面为2．2m×2．5m和2m×2．2m的城门洞口型，断面的面积为4．62～5．05m2，各个标段的主洞长度为4097～5598m。此隧洞沿线属于低山丘陵和海积平原地貌，洞室埋深在50～250m，围岩主要围绕为流纹质晶屑灰熔岩和花岗岩，此阶段岩石较为坚硬，所以地质条件较好。在建造施工当中盘支洞为反坡出渣，坡度更是达到12%，支洞长度约为300m，单头挖掘最大常数为1671m，工程期限为2年。在挖掘过程中因为洞室挖掘断面较小、线路相对长，所以洞内出渣、通风排水等工程存在许多问题。施工团队经过提高挖掘机械精度和结构，增加通风管和抽水泵等多项措施，加快施工进程，让隧洞爆破施工达到预期要求。
2水工隧洞开挖爆破施工技术方案
2.1隧道开挖爆破技术分析
隧洞挖掘断面的爆破效果会因为多种外部因素产生不同的结果，对这方面的爆破炸药用量需要采用中度（q）、最小抵抗线（W）直接影响周围岩石的爆破效果。埋设的炮眼之间距离（E）、密集心数m（m=E/W）和最小抵抗（W）主要是影响着埋设炮眼隧洞周边轮廓的规整程度。还要注意隧洞爆炸半孔率不受其耦合系数D（D=炮眼直径/药卷直径）的影响。这些因素会影响到炮眼的间距、密度、装药集中度和最小抵抗线、不耦合系数等参数，只有这些参数整体处于某一合理的范围才能达到比较理想的光爆效果。装炸药量时需要根据岩层条件和炸药特性、断面形状和大小及钻孔质量等因素影响，由此可知参数取值范围为：炮眼间距E=8～15d，密集系数在m=0．7～1，最小抵抗线W=10～20d或者是W=E/m，不耦合系数D=1．5～2，装药集中度q=0．04～0．4kg/m。
2.2爆破参数
在确定施工参数前，需要预先测定爆破效果、半孔率和轮廓不平整度，然后根据这些参数确定埋设隧洞周边装药量、结构、堵塞长度和炮眼间距等爆破参数。对隧洞实地考核后，在实验完成后采用同等药量、装药结构、堵塞长度，从而计算出相应的炮眼间距，然后再进行试验就可获得隧洞岩层最小抵抗线值。
2.3选择合适和炸药
在进行坚硬岩石的爆破时，尽量选择爆速高、密度大的炸药。炸药的爆轰波速度和密度的乘积就是炸药的波阻抗，因此在选择炸药时要考虑炸药的波阻抗与岩石的波阻抗是否匹配。如果二者能够匹配，那么在同等的条件下炸药就能够传递给岩石更多的能量，从而引起更大的岩石应变，起到更大的岩石粉碎破坏作用。然而由于坚硬的岩石具有很高的波阻抗，因此炸药的波阻抗要与坚硬岩石的波阻抗完全匹配是很难做到的，在实践中炸药的波阻抗往往小于坚硬岩石的波阻抗，因此在选择炸药品种时尽量选择与坚硬岩石的波阻抗相近的炸药品种。例如西安-安康线在建设的过程中需要挖掘秦岭隧道，施工时遇到了深埋秦岭地下的特硬岩，其强度超过了250MPa，波阻抗更是高达15×106kg/（m2•s）。为了完成爆破任务，特意使用了专用的水胶炸药，该炸药的密度达到了1.26g/cm3，爆速超过了4500m/s，爆破速度良好，掘进速度快。
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2.4炮眼布置
在隧洞爆破时需要根据爆破面积大小和岩层坚硬程度设计相应的炮眼，炮眼的多少也会直接影响到凿岩工作量、爆破效果及洞体成型效果、挖掘深度，确定炮眼数目N计算公式如式（1）：
N=q×s/rη（1）
式中，q为炸药次消耗量，一般取1．85kg/m2；S为开挖面积，本工程中开挖面积为5．05m2；r为每m长度炸药的重量，在第一段隧洞岩层采用硝铵炸药，其量为r=0．78kg/m；η为炮眼装药系数0．7。经过实地考察，计算出炮眼数目重量为17个，在挖掘口周围岩层埋设的炮眼有9个，空孔是4个，共计30个。
确定炮眼后还要确定每个炮眼的装药量，首先为炮眼炮槽，炮槽尺寸计算见式（2）：
Q1=η×L×r（2）
式中，η为每个炮眼装药系数，取值为0．8；L为槽深度，取值2．5m；r为每m长度炸药量，为0．78kg/m。将以上数据带入式（2）中可以计算出：Q1为1．56时，药量为1．5kg。除了主要炮眼外，还要在其周围做辅助炮眼设计，辅助眼的尺寸计算和主炮眼相同，所以Q2=0．7×2．4×0．78=1．31kg，加上安全系数，最终取值为1．35kg。隧洞爆破岩层周边的炮眼需要采用小直径的药卷不耦合间隔装药，这样在引爆时其余炮眼才有通视作用，在爆破时需要采用炮泥对炮眼进行堵塞，堵塞长度约为30cm。
2.5爆破施工工艺与方式
在进行隧洞爆破前，需要进行测量、放线、布眼。施工技术人员需要采用仪器确定爆破隧洞中线，确定隧洞爆破断面轮廓线，应该用色彩明艳的油漆标明出来。在对相应位置参数进行复核后，准确标识出炮眼位置，严格控制误差范围（≤5cm）。确定参数后就可以进行钻孔，本工程采用的是国产钻孔机和手持小型风动掏槽机，采用Φ25mm钻杆和42mm一字型合金钻头进行炮眼钻孔，深度需要达到2．4m。装药前需要清理炮孔，因炮孔中岩石和泥土需要采用高压风清除，按照设定区域装药连线，装药需要从掌子面自上而下，然后再两侧后中间，炮眼堵塞炮泥长度为25～30cm，没有装药的炮眼堵塞长度是35～40cm。爆破作业时需要按照连接的顺序，先掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再进行底孔起爆，最后是周边孔。起爆前隧洞施工人员全部撤离，距离掌子面220m，不能受到爆破产生有害气体、爆破振动和飞石的伤害。
3爆破开挖实施
隧洞挖掘爆破工程当中采用2台钻动机，1台施工，1台备用，每台钻动机的风量需要达到2．4m3/min，马力达到75kW10m3/min，压力8．5kg/cm2，在爆破后产生的隧洞岩渣要及时运出，所以需要在隧洞内建设运输轨道。因为隧洞断面较小，所以选用的运渣机其规格为长3．5m、宽1．5m、高1．8m，每隔400m范围准备2辆运输车，每隔150m开挖避车道。隧洞排气通风和排水布置，需要按照隧洞长度来设定。在本工程挖掘当中，因为是按照支洞分段挖掘，比如第一段隧洞长度为3022m，施工钻进钻头掘进长度为1671m，并且设定的洞中线较长，为了快速排气使得隧洞内空气及时循环清洁。在挖掘到1000m范围时直接采用双管排气方式，所以要在隧洞内布置2根直径为300mm的塑料排气管，增加1台5．5kW的通风机。通风管上下间距为60cm，上部分进风，下半部分排风，让洞内空气形成对流。针对隧洞排水布置，因为洞内空间窄且支洞结构为反坡，且坡度达到12%，洞内积水无法自行排流出。所以需要在支洞口建立1个蓄水池，容量需要达到30m3以上，再通过抽水泵将蓄水池内经过沉淀过的水排放至河道。
结论
在水工隧洞开挖爆破施工当中，需要根据岩层坚硬度和要求设置相应的炮眼数量和药量，以便达到爆破要求，为施工活动打下基础。
参考文献：
[1]黄诗渊.水工隧洞爆破施工振动对邻近边坡的影响研究[D].重庆交通大学，2016.
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[3]蔡书生.隧洞开挖爆破专家系统的研究与开发[D].西安理工大学，2015.
[4]王治明.深孔微差爆破在大型水工隧洞开挖中的应用[J].四川水力发电，2016（01）：46-50.
论文作者:袁福
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/26
标签：隧洞论文; 炮眼论文; 炸药论文; 阻抗论文; 岩石论文; 岩层论文; 断面论文; 《基层建设》2018年第29期论文;