鉆孔爆破技術(shù)在水利水電工程中應(yīng)用

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0引言

鉆孔爆破技術(shù)是水利水電工程中土方開挖的主要應(yīng)用技術(shù)，具體施工中，應(yīng)在充分了解工程實(shí)際的基礎(chǔ)上，合理利用鉆孔爆破技術(shù)特性，選擇恰當(dāng)實(shí)用的鉆孔爆破技術(shù)，提高技術(shù)實(shí)施方案科學(xué)性，并嚴(yán)格按照施工工藝規(guī)范施工，以提高鉆孔爆破技術(shù)的應(yīng)用效果[1]。本文針對隧洞鉆孔爆破技術(shù)展開分析，研究隧洞鉆孔爆破技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)，進(jìn)而闡述了鉆孔爆破技術(shù)在水利水電工程隧洞施工的實(shí)際應(yīng)用狀況。

1隧洞鉆孔爆破技術(shù)概述

隧洞鉆孔爆破技術(shù)主要是利用鉆孔洞、填藥、爆破土方挖掘等施工工藝，綜合考慮不同的施工地質(zhì)、斷面尺寸、工時需求、支護(hù)模式、施工機(jī)械等實(shí)施鉆孔爆破[2]。隧洞鉆孔爆破技術(shù)主要包括掏槽鉆孔爆破、輔助鉆孔爆破和周邊鉆孔爆破等，應(yīng)根據(jù)隧洞工程孔洞的尺寸需求，合理選擇鉆孔爆破形式。應(yīng)用鉆孔爆破技術(shù)進(jìn)行水利水電工程隧洞施工，應(yīng)按照設(shè)計圖紙、操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，加強(qiáng)質(zhì)量、安全管控，按照爆破孔洞在安全性、數(shù)量、質(zhì)量和布局的規(guī)范性，并完善相關(guān)安全防護(hù)措施及應(yīng)急處置方案。某水利水電工程隧洞鉆孔爆破施工如圖1所示。

2隧洞鉆孔爆破技術(shù)實(shí)施質(zhì)量控制要素

2.1爆破材料運(yùn)送控制要素

爆破材料是一類特殊材料，應(yīng)對其運(yùn)輸過程加以管控限制。爆破材料在運(yùn)送過程中，應(yīng)進(jìn)行分類保存，加強(qiáng)運(yùn)送管控，保證材料運(yùn)送的安全性。專用運(yùn)輸車輛的行駛速度，需保持在標(biāo)準(zhǔn)安全范圍[3]。爆破材料應(yīng)按照材料的存儲特性進(jìn)行分類保管儲存，運(yùn)輸時應(yīng)進(jìn)行必要隔離，避免與雷管、黑火藥等易爆易燃材料混合運(yùn)輸，以免發(fā)生磕碰，導(dǎo)致危險事故發(fā)生。爆破材料運(yùn)輸路線，應(yīng)盡量避免選擇車輛擁堵、復(fù)雜的路段，并需安排專業(yè)技術(shù)人員完成運(yùn)輸及相關(guān)操作，以保證爆破材料的運(yùn)輸安全。

2.2鉆孔爆破技術(shù)施工控制要素

使用的炸藥量直接影響水利水電工程隧洞爆破的鉆孔效果。在對炸藥使用量進(jìn)行測算時，應(yīng)充分考慮隧洞鉆孔布置模式、隧洞縫隙剛性、巖體材質(zhì)、掘進(jìn)面炮孔數(shù)量等參數(shù)，經(jīng)過以上參數(shù)的詳細(xì)測算，得出隧洞爆破的炸藥用量控制范圍值。同時參考鉆孔爆破技術(shù)設(shè)計方案的孔洞數(shù)量和間距值，科學(xué)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式方法和類比分析方法等手段，根據(jù)掘進(jìn)深度和孔洞間距進(jìn)行藥量調(diào)整。再經(jīng)過一系列試驗(yàn)驗(yàn)證，直到測試結(jié)果滿足隧洞爆破施工需求及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，才能形成爆破炸藥的最終使用方案[4]。水利水電隧洞鉆孔爆破掘進(jìn)施工方面，由于具體工程涵蓋引水洞、交通洞、地方廠房洞及導(dǎo)流洞等不同施工類型，為此針對不同功能隧洞類型的施工，應(yīng)采取對應(yīng)的爆破掘進(jìn)模式。鉆孔爆破掘進(jìn)設(shè)計方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際隧洞爆破掘進(jìn)需求和爆破掘進(jìn)方式確定。水利水電隧洞鉆孔爆破循環(huán)施工方面，其斷面挖掘的面積應(yīng)根據(jù)巖層結(jié)構(gòu)特征完成微調(diào)。如果巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，應(yīng)選擇多臂鉆車配合短臂挖掘機(jī)完成鉆孔，并利用深孔少循環(huán)模式遞進(jìn)循序鉆孔掘進(jìn)，以減少時間成本，使隧洞鉆孔爆破排障順利。

2.3鉆孔爆破技術(shù)輔助控制要素

水利水電隧洞鉆孔爆破時，應(yīng)對臨時支護(hù)進(jìn)行控制保護(hù)。技術(shù)操作人員應(yīng)關(guān)注隧洞巖石質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、密實(shí)度等參數(shù)，以保證施工始終處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)[5]。同時應(yīng)合理控制隧洞施工場地的排水、除塵、排煙、通風(fēng)等。應(yīng)控制孔口的堵塞質(zhì)量，保證孔口的密封度符合要求，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的鉆孔爆破效果。在合理利用鉆孔效率、提高孔口使用頻次的同時，嚴(yán)格檢測孔口的密封參數(shù)值，避免發(fā)生堵塞不密實(shí)的狀況?？刂茝U渣的排出效率，保證施工環(huán)境整潔，提高水利水電隧洞鉆孔爆破施工效率。通過控制減少廢渣出渣時間，保證出渣時效。合理利用出渣工具，設(shè)計出渣路線，建立科學(xué)的出渣方案，保證出渣的效率和質(zhì)量。

3隧洞鉆孔爆破技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

3.1鉆孔孔位布施要點(diǎn)

布施鉆孔爆破孔位應(yīng)確定鉆孔區(qū)域，形成孔位設(shè)計方案。平洞開挖斷面炮孔通常包括崩落孔、掏槽孔和周邊孔3類。掏槽孔應(yīng)布施在開挖斷面中間位置，以增加臨空面并確保爆破效果；崩落孔主要布施在掏槽孔外側(cè)，以實(shí)現(xiàn)巖石爆落，為周邊孔爆破提供便利；周邊孔通常布施在開挖面周邊，盡量靠近設(shè)計輪廓線，以實(shí)現(xiàn)開挖輪廓的控制。實(shí)際實(shí)施過程中，應(yīng)減少炮孔移動頻次，保證水利水電工程隧洞巖層層里、巖層裂縫與鉆孔放線垂直。根據(jù)輪廓圖設(shè)計進(jìn)行口孔位布施，以免造成漏氣和卡鉆現(xiàn)象。在斷面拐角處位置布施炮孔，以實(shí)現(xiàn)開挖輪廓線控制。掏槽孔位應(yīng)安排在末道工序完成后，并保證孔深不小于崩落孔深的15%。鉆孔爆破實(shí)施前，應(yīng)充分勘測圍巖堅固度、完整度及超前鉆探情況等參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)參數(shù)確定挖掘方式和爆破工具，保證炮孔利用效率。挖掘方式確定主要參考底板眼、周邊眼、輔助眼及對掏槽眼的點(diǎn)位、孔深、數(shù)目，隧洞出口位置的圍巖級別等參數(shù)。根據(jù)施工要求設(shè)計填充炸藥形式，確保起爆模式、工序及裝藥結(jié)構(gòu)的科學(xué)性。針對三級圍巖全斷面鉆孔爆破孔位方案，可將周邊孔間距設(shè)計為400mm，輔助孔間距控制在800~1200mm，掏槽按照多排楔形完成布控。三級圍巖全斷面掘進(jìn)炮孔布施示意圖如圖2所示。

3.2確定炸藥用藥數(shù)量實(shí)施要點(diǎn)

炸藥用量設(shè)計是水利水電工程隧洞鉆孔爆破施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際，重點(diǎn)參考隧洞縫隙的硬度和鉆孔的布施方案等進(jìn)行方案確定。針對隧洞鉆孔爆破施工，主要使用經(jīng)驗(yàn)公式法和類比分析法，測算挖掘工作面的炮孔數(shù)目和間隔距離。測算后估算鉆孔爆破深度和炸藥用藥量，根據(jù)施工現(xiàn)場情況加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并做適當(dāng)調(diào)整，最終確定科學(xué)的炸藥用藥量。

3.3鉆孔爆破技術(shù)事故預(yù)防要點(diǎn)

鉆孔爆破引發(fā)的隧洞塌方事故，在水利水電工程隧洞鉆孔爆破施工時較常見。在施工方案設(shè)計時，應(yīng)對可能應(yīng)鉆孔爆破引發(fā)的塌方位置、程度和幾率等加以分析和預(yù)測，制定對應(yīng)防控和應(yīng)急處置策略。其實(shí)現(xiàn)主要通過使用Project、Revit等工具，輸入鉆孔爆破工程實(shí)際參數(shù)，建立模擬塌方案例模型。施工階段，操作技術(shù)人員應(yīng)充分了解炮孔布施的鉆桿垂度，控制鉆頭在孔洞內(nèi)部的速度升降，避免因負(fù)壓或鉆漿沖刷孔壁造成塌方。此外，還應(yīng)充分掌控鉆進(jìn)成孔孔深和地層變化，調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，及時清除鉆渣廢料。通過建立應(yīng)急處置方案和應(yīng)急小組，保證可以應(yīng)對突發(fā)塌方事故，最大限度減少事故損失。

4在水利水電工程隧洞施工的實(shí)際應(yīng)用

4.1在鉆孔爆破循環(huán)工程應(yīng)用

針對地下建筑掘進(jìn)操作，主要施工工序?yàn)殂@孔前準(zhǔn)備、鉆孔實(shí)施、確定炸藥用量并填裝、爆破實(shí)施、排煙通風(fēng)、安全質(zhì)檢、廢料清排、增加電水風(fēng)管線及運(yùn)裝路線等。每次掘進(jìn)施工進(jìn)行循環(huán)操作，并保證24h施工循環(huán)次數(shù)為整數(shù)次。根據(jù)圍巖硬度及廢料清排能力，確定斷面開挖大小。通常將掘進(jìn)時間設(shè)置為可被24整除的時間點(diǎn)。如果圍巖硬度較高，應(yīng)選擇多臂鉆車或鉆架臺車實(shí)施鉆孔，并利用深孔少循環(huán)的操作模式。選擇裝載機(jī)配自卸汽車或短尾挖掘機(jī)進(jìn)行廢料清排，以節(jié)省鉆孔爆破輔助工作時長，提高效率。如果圍巖硬度較低，應(yīng)使用封孔實(shí)施鉆孔，利用淺孔多循環(huán)的操作模式。選擇礦車或斗車完成廢料清排，以保證鉆孔爆破操作不影響圍巖的堅固性。針對面積較小的斷面隧洞掘進(jìn)施工，通常利用多臂鉆車或鉆架臺完成循環(huán)掘進(jìn)，并控制單次掘進(jìn)深度小于35m，每個施工隊完成一次循環(huán)。掘進(jìn)循環(huán)施工的依據(jù)主要是圍巖狀況和廢料清排施工能力，其具體施工工序如下：先分析計算掘進(jìn)深度；再測算鉆孔、裝藥爆破、廢料清排、支護(hù)保護(hù)的工時，根據(jù)爆破循環(huán)工程整數(shù)循環(huán)編排次數(shù)原則編排施工方案；最后調(diào)整掘進(jìn)隧洞深度，直到滿足實(shí)際作業(yè)施工需求。

4.2在隧洞掘進(jìn)鉆孔爆破工程應(yīng)用

隧洞鉆孔爆破施工主要針對引水隧洞、導(dǎo)流隧洞、地下廠房隧洞和交通隧洞實(shí)施掘進(jìn)鉆孔爆破。爆破開挖作為隧道施工的首道環(huán)節(jié)，其掘進(jìn)開挖的實(shí)施效果，將影響整個隧道工程質(zhì)量。鉆孔爆破作為平隧洞掘進(jìn)的關(guān)鍵工序，影響著隧洞挖掘施工安全、規(guī)格和爆破的效果，引水隧洞鉆孔爆破如圖3所示。鉆孔爆破施工主要采用鑿巖臺車、風(fēng)鉆等高效鉆孔機(jī)械。操作施工前應(yīng)對操作面進(jìn)行清理，保證操作面的清潔。進(jìn)行勘測放線孔洞布施時，應(yīng)保證孔洞的清潔度，同時及時清理殘留巖石廢料，以提升隧洞掘進(jìn)效率。根據(jù)鉆孔爆破施工設(shè)計方案及施工標(biāo)準(zhǔn)，完成炸藥填充、堵塞和引爆線連接等操作。對操作進(jìn)行檢測驗(yàn)證，待相關(guān)人員和相應(yīng)設(shè)備進(jìn)入到安全引爆區(qū)后方可實(shí)施爆破操作。

4.3在鉆孔爆破清排及支護(hù)保護(hù)工程應(yīng)用

廢料殘渣清排施工的時長控制與鉆孔作業(yè)速度控制同樣重要。應(yīng)科學(xué)選配裝運(yùn)清排設(shè)備種類、型號和數(shù)量，準(zhǔn)確計算隧洞內(nèi)外清運(yùn)路線和清排安置場所，設(shè)計完整的清排、通風(fēng)、除塵、排煙、排水和照明等工序的施工方案。在隧洞穩(wěn)定性不確定情形下，極易引起巖石脫落或坍塌事故，所以應(yīng)事前勘察隧洞斷面及地層狀況，選擇合理方式，實(shí)施必要的支護(hù)保護(hù)。保護(hù)措施主要包括錨噴支護(hù)和構(gòu)架式支護(hù)技術(shù)，錨噴支護(hù)技術(shù)主要通過永久和臨時相結(jié)合的模式，此模式通常優(yōu)先考慮使用。保證孔口的填蓋密封度及水平度，選擇軟硬適中的填塞材料，同樣有利于提高鉆孔利用率。

5結(jié)語

隨著水利水電工程隧洞工程建設(shè)規(guī)模增大和數(shù)量的增加，以及施工環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，人們對鉆孔爆破技術(shù)也出了新的要求。只有充分了解鉆孔爆破技術(shù)特征，科學(xué)選擇適合工程實(shí)際的鉆孔爆破技術(shù)類型，制定技術(shù)實(shí)施方案，控制施工工藝規(guī)范，才能切實(shí)提高鉆孔爆破技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

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作者:李智勇 單位:中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司