水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术

水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术

李雪涛

云南省滇中引水工程有限公司 云南  昆明 650204

摘要：目前，我国的水利水电工程建设有了很大进展，在水利水电施工的过程中，隧洞钻孔爆破技术发挥着重要的作用。对于钻孔爆破技术来讲，其属于水利水电隧洞工程开展施工建设活动时比较常见的一种开挖技术，此项技术的实际运用质量能够对工程的施工安全性以及施工效率、质量产生直接影响。为切实提高技术运用成效，文章就水利水电工程施工中的隧洞钻孔爆破技术进行研究，从而助推水利水电工程不断向好发展。

关键词：水利水电工程；健康发展；施工建设；隧洞钻孔爆破技术

引言

在水利工程的施工建设过程中，隧道开挖是非常关键的一个施工步骤，隧道施工线路一定要与水利工程的施工建设需求相符合，可以在水利工程施工现场的地质、水文环境及地形、地貌等特征的基础上，对隧道进行细化和确定。隧道开挖受地质条件、水文环境及地形地貌特点等因素的影响，成为隧道工程施工作业中的一个重大难点。因此，应重视运用现代施工技术，以此来保证水利工程项目的整体施工质量。

1监测方案

考虑到工程需要,揭示隧洞围岩与支护结构相互作用机理。施工过程中选取典型断面现场监测。监测主要包括拱顶沉降变形,初期支护水平收敛变形、初支拱架内力、二衬混凝土内力等方面；笔者目前所在的滇中引水工程隧洞开挖还采用了对掌子面进行深钻孔（≥15m）来辅助探测前方地质围岩情况，以便提前采取措施来保证隧洞开挖安全。

2水利水电工程施工中的隧洞钻孔爆破技术研究

2.1做好炮孔设置工作

炮孔设置属于隧洞钻孔爆破技术当中的一个重点内容，可以对整个爆破作业成效产生决定性的影响。在开展炮孔设置工作时，需要充分明确爆破孔的具体数量还有布设的区域。常规水工隧洞施工爆破开挖的炮孔主要涉及辅助孔、掏槽孔以及周边孔、底孔4个主要类型。对于掏槽孔主要设置在开挖断面本身的中央位置，这样能够增加临空面，同时可以保证爆破取得理想效果；对于辅助孔本工程主要将其设置在掏槽孔外侧，用来实现岩石爆落，能够为周边孔爆破作业有效提供便利；对于周边孔主要设置在开挖面周边，并且使其尽可能地靠近设计轮廓线，从而对开挖轮廓做出有效控制。在实际开展孔位设置工作时，需要注意尽可能地减少炮孔本身的移动频次，同时还要保证隧洞岩层层里还有岩石裂缝能够和钻孔放线处于垂直状态。实际操作中，必须要结合轮廓图设计开展孔位设置工作，防止出现漏气或者是卡钻等问题。此外需要在断面拐角位置合理地设置炮孔，从而更好地控制实际开挖轮廓线。对于掏槽孔位需要在末道工序完成后进行设置，实际孔深需要控制在崩落孔深度的15%以上。在开展钻孔爆破作业前，还需要做好围岩方面的坚固度、完整度还有超前钻探情况一系列参数的勘测确定工作，切实结合参数明确挖掘方式以及爆破工具，提高炮孔方面的实际利用效率。对于挖掘方式的确定，通常需要参考底板孔、周边孔还有辅助孔的实际点位、孔深还有数目，同时也要对隧洞出口位置的相应围岩级别等各类参数进行充分考虑。此外需要结合施工要求合理地选定炸药填充形式，以此提升起爆模式、工序还有装药结构的合理性及适宜性。案例工程针对三级围岩开展的全断面钻孔爆破工作中，针对孔间距最终设定为400mm，对于辅助控间距最终设定为800～1200mm，掏槽主要依照多排楔形的形式进行布设。

2.2爆轰作用过程及应力波传播规律

爆轰本质上来说是强冲击波在炸药中传播，并伴随有强烈的化学反应。与普通冲击波的区别在于爆轰波所产生的强冲击波与其紧随其后的强烈化学反应是一个不可分割的整体，并且在炸药中具有相同的速度。此外，爆轰中的化学反应区会产生能量，使得能量在传播过程中得到补充从而在实际中衰减的更慢。而强冲击波只是一个强间断面，不存在能量补充，因而会在波阵面的传播过程中快速衰减为以声波速度传播。在爆炸点附近产生的冲击波能量大、衰减快，岩石的各项状态参数都会发生突跃变化，波形上具有陡峭的波头。衰减为弹塑性压缩波后以声波速度传播，能量损伤和衰减速度都比冲击波慢。随着距离的增大，继续衰减为周期性的地震波，波以声速传播，衰减速度很慢。在爆炸应力波的作用中，纵波得能量大于横波，传播速度也更快。岩石首先形成压缩或者拉伸破坏，再出现剪切破坏。实际工程中，炮孔起爆可以采用同时起爆或微差毫秒爆破技术。微差爆破也称为延时爆破，一般是按照一定顺序延迟几毫秒至几十毫秒起爆。利用该技术起爆后，由于前后药包爆炸间隔极短，应力场不会消弭而是叠加。应力场的叠加会使损伤演化情况更为复杂，应力波在自由面之间反射并拉伸岩石，从而产生更多的爆破裂隙。延时爆破能够降低爆破地震波的影响、减少大块率、增加爆破药量，从而减少爆破次数、提高大型设备利用率等。延迟爆破孔的应力对已爆孔的裂隙区发展也有破坏作用，应力波的叠加与反复拉伸使两孔间的裂隙更早“牵手”，裂隙区范围扩大，裂隙延展更长。

2.3悬臂掘进机施工工艺

1）开挖。采用阶梯法，使用悬臂掘进机开挖巷道。在挖掘时悬臂掘进机需要确保履带距离掌子面至少6.0m，掘进机的落脚至少5.0m。在挖掘工作中，由于受场地的约束，梯级基坑的长度、高度及芯土的剖面大小要视具体的工程情况而定。在使用全断面掘进时，通常应遵循自下而上，先软后硬的原则。对于拱底、侧壁等部分，不能用挖掘机直接铣削，必须用风镐手工打磨。因铣削是一种对小型岩石（或围岩）进行逐级切割的掘进方法，因此，在铣削过程中，掘进器的截割头仅对岩石进行切割，通过转动切割来完成对工作面的部分挖掘。在整个（或部分）区间内，按照切割剖面内岩石块体的顺序及循环线进行巷道整体（或部分）的施工。悬臂掘进机的铣削工作主要是磨削和切割，在其截割头上布置的截齿类似于镐，就是机器设备与岩石体之间的最大接触点，通过转动截割头朝着各个方位摆动，可将机械裁割力传递到岩石表面，以此剥离岩石。2）出渣。由于悬空掘进排渣能力比较受限，只能在刀尖作用区域才能达到排渣效果，所以在施工过程中，需要配套1台铲运机来协助排渣。在悬臂式掘进机作业中，由于卸碴的作用，在局部地区只能使用切割滚筒将卸碴卸到其他地区，所以，在支护作业时，必须采用挖土机与支护作业相结合的方法。在进行作业之前，用挖掘机把采煤面上的弃碴扒出，这样便于吊杆掘进机的定位和挖掘。3）支护。在挖方结束后，应立即对其进行支护，支护中应遵守“少扰动，强支护，早封闭”的原则；“严密”的设计理念，旨在避免裸露在外的岩石因风化而导致不稳定。4）开挖循环。在挖完一个工区之后，要将吊车从工作面上拉下来，停在巷道的一边，并对吊车进行检修；然后进行排渣和支护等工作。隧道在这个过程结束后再进入下一个周期。针对悬臂掘进机施工工艺特别是在水工隧洞开挖过程中涉及到与原有铁路线路有交叉的情况下，为了保障铁路系统在隧洞开挖过程中的正常运行，此工艺是在不允许使用爆破开挖方式下的首选，实践证明悬臂掘进机施工工艺在笔者所在的滇中引水工程涉铁段取得了很好实际效果。

结语

在水利水电工程中，隧道的开挖是一个复杂而繁重的过程，受多种因素影响，一丝疏忽都可能导致发生严重的安全问题。因此，在隧道工程施工之前，必须做好各项准备工作，并结合工程实际情况，制定合理的施工计划，以确保隧道工程施工的质量和效率，降低安全事故发生的可能性，从而提升水利工程施工的安全性和稳定性。深孔爆破会造成上覆岩层部分损伤或形成离层空间，爆破后上覆岩层形成台阶型垮落，采空区充填更为充分。深孔爆破能有效弱化煤层顶板厚硬岩层，切断应力传递路径，降低发生大能量矿震的风险。

参考文献

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[2]张国庆.水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术分析[J].建材发展导向（下）,2022,20（8）:157-159.

[3]廖彬.小断面特长引水隧洞的快速开挖施工技术分析[J].河南科技,2021,40（32）:62-66.