托帕水库临时道路工程交通洞光面爆破技术探讨

李维琴

(江西赣禹工程建设有限公司，南昌 330000)

1 工程背景

托帕水库工程位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，工程坝址位于恰克马克河上，是流域规划推荐恰克马克河上的控制性水利枢纽工程，是一座以灌溉和防洪为主的中型水利枢纽工程。托帕水库工程距恰克马克河拦河引水枢纽45km，距阿图什市92km，现有S212省道从坝址左岸通过。本项目由3条临时道路1条交通洞组成。水库坝址下游临时道路路线起点位于坝址下游左岸1.0km处S212省道，终点位于交通洞进口，路线长0.66km；临时过坝交通洞起于上游临时路桩号K0+654.939，至于下游临时路桩号K0+000，全长480.640m，Ⅳ、Ⅴ类围岩洞宽10.5m，洞高7.25m，Ⅱ、Ⅲ类围岩洞宽8.5m，洞高6.5m，开挖段面积共为59.58m2。考虑到水库临时道路工程交通隧洞施工质量、安全及造价控制要求，拟采用光面爆破开挖技术。

2 光面爆破施工技术应用要点

2.1 爆破参数确定

托帕水库临时道路交通洞光面爆破采用自制钻孔台车及YT-28气腿式凿岩机，炮孔直径45mm，起爆采用电雷管配合导爆索的形式，炸药类型为岩石硝铵炸药及防水乳化炸药，并按照标准药卷连续装药。Ⅳ、Ⅴ类围岩采用台阶式开挖方式楔形掏槽，Ⅱ、Ⅲ类围岩采用全断面开挖方式楔形掏槽。光面爆破施工对隧洞围岩扰动较小，并能维持围岩自身承载力，改善围岩衬砌结构受力状态，为取得良好的光面爆破效果，必须加强爆破参数的合理选择[1]。本工程交通隧洞光面爆破参数主要包括掏槽孔参数，周边孔间距、最小抵抗线、密集系数、装药集中度，炮孔数量、装药量等。

1)掏槽孔参数：托帕水库临时道路交通隧洞光面爆破掏槽孔按垂直楔形掏槽设计，三对掏槽孔水平对称布设，掏槽效果主要取决于炮孔于开挖面夹角α、上下炮孔间距a以及同一开挖爆破面掏槽孔孔底间距b，参数的取值情况详见表1。

表1 掏槽孔设计参数取值

2)周边孔参数：托帕水库临时道路交通隧洞光面爆破周边孔外插斜率应在0.03-0.05范围内取值，周边空间距应控制在335-755mm，根据爆破试验，本工程取周边孔间距为550mm，最小抵抗线为687.5(1.25×550)，密集系数0.8(550/687.5)。

3)装药集中度：按照设计规范，周边孔装药集中度应在0.07-0.35kg/m范围内取值，爆破试验结果显示，周边孔装药集中度为0.2kg/m时，爆破效果最佳。托帕水库临时道路交通隧洞光面爆破周边孔参数取值情况详见表2。在具体爆破施工过程中，还应根据施工环境、地质条件、爆破效果等进行爆破参数的及时修正，以取得最佳的爆破施工效果。

表2 光面爆破周边孔参数取值

4)炮孔数：

本水库工程临时道路交通隧洞光面爆破炮孔数量按照下式确定：

N=KS/ηγ

(1)

式中：N为炮孔数，个，未装药的空孔不考虑；S为围岩开挖段面积，m2；K为炸药耗用量，kg/m3，取1.2-2.5kg/m3；η为装药系数，是装药长度与炮孔长度的比，取0.8；γ为药卷所含炸药质量，kg/m，取0.85。将上述爆破参数带入式(1)可得：N=(1.2×59.58)/(0.8×0.85)=105个，其中掏槽孔5个，周边孔35个，辅助孔50个，底孔15个。

2.2 炮孔布置

考虑到石渣装运、喷混凝土等施工的方便性，爆渣堆积越集中越好，所以掏槽孔应布置在断面中下方位置，深度应超出其他孔15-25cm。为促进轮廓成型及炮孔保存，根据本工程设计炮孔间距类似工程施工经验，起拱线以上周边孔间距应为30cm，起拱线以下周边孔间距应为40cm，周边孔抵抗线取1.25E(E为周边孔间距)。扩槽孔主要起到扩大槽腔并为光面爆破提供空间条件的作用，扩槽孔应按设计要求加密布置。内圈孔、掘进孔也应适当加密布设，以防止其过于集中或装药量过大而破坏围岩。

2.3 炮孔深度

炮孔深度应依据钻孔机械最大钻深、钻孔工效、设备装运能力、循环作业能力、围岩岩体所承受的震动强度等综合确定，还应考虑岩石夹制作用。本工程交通隧洞光面爆破掏槽孔和底孔深取3.8m，其余炮孔深取3.5m。

2.4 不耦合系数

光面爆破不耦合系数是炮孔直径与药卷直径之比，通过不耦合系数取值的控制应使光面爆破后炮孔壁所作用的压力小于围岩抗压强度，为增强光面爆破效果，并充分发挥缓冲作用，不耦合系数应控制在1.5-2.0之间[2]。本工程所采用的乳化炸药直径25mm，周边孔不耦合系数为1.8(45/25)，符合标准。

2.5 装药量及起爆间隔时间

本工程临时道路交通隧洞光面爆破装药量根据爆破试验及类似工程经验确定，起拱线以上周边孔单孔装药量控制在0.65-0.75kg，起拱线以下周边孔单孔装药量控制在0.75-0.90kg。其余炮孔装药量按照下式确定：

q=KaWLλ

(2)

式中：q为单孔装药量，kg；W为抵抗线，cm；L为炮孔深，cm；λ为炮孔位置系数，掏槽孔取1.5-2.0，扩槽孔取1.2，掘进槽下孔取1.0，掘进槽侧孔取0.95，掘进槽上孔取0.9，内圈孔取0.85，二台孔取1.05，底孔取1.1；其余参数含义同前。

周边孔和辅助孔按照不连续结构装药，周边孔的连接和传爆通过导爆索完成，其余炮孔则通过底部布设毫秒延时雷管并进行装药结构的反向起爆和导爆管传爆。炮孔装药后采用不短于20cm的炮泥堵塞炮孔，为控制光面爆破施工过程，本工程交通隧洞光面爆破起爆间隔时间按50ms确定。

3 爆破效果

若采用普通爆破开挖方式，则超挖量预计达到20%-30%，托帕水库临时道路交通隧道光面爆破成形规整，新形成岩面所残留的半边孔壁痕迹清晰，超挖得到有效控制，且开挖、回填及支护工程量大大节省。爆破开挖后围岩面光滑平整，几乎不见爆破裂隙，原构造裂隙也未因光面爆破施工而出现扩展，最大程度保证了围岩结构的稳定。爆破开挖施工后围岩岩壁平整，且岩面所存在的应力集中现象得到有效缓解，使深埋岩壁岩爆风险大大降低。光面爆破开挖施工配合锚喷支护，能增强开挖面的平整性，有利于锚喷成形和回弹量控制[3]。

4 结 论

光面爆破开挖施工方案设计及参数选择与地质条件、开挖断面形状和尺寸等有关，在托帕水库临时道路交通洞光面爆破施工中，各项爆破参数选择及施工方案设计合理，爆破施工效果良好，爆破后岩面光滑平整，炮孔痕迹留存率不低于90%，围岩自承能力和交通洞安全度显著提升。此外，通过较好的超欠挖控制，炸药耗用量得到有效控制，出渣量也相应减少，混凝土衬砌厚度及喷锚支护质量得到有效控制，混凝土回填量大大减少，施工进度加快，托帕水库临时道路交通隧洞光面爆破施工经济效益和社会效益显著。