城门洞型特小断面隧洞光面爆破质量控制措施分析

李海宁

摘要：随着社会的不断进步，国家对基础设施建设的投入力度越来越大，国内的基础设施建设发展越来越迅速，铁路、公路、水利等项目加速建设，但在水利建设中，城门洞型特小断面隧洞常须采用非光面爆破。本文旨在结合湟水北干渠扶贫灌溉二期工程三分干3#隧洞施工的水利工程实践，从技术角度对城门洞型特小断面隧洞的光面爆破质量控制措施分析，保证隧洞开挖质量符合设计要求，隧洞超欠挖在合理范围内，有效减少因超挖导致施工成本增加，且对类似隧洞的光爆开挖控制提供一定的参考价值。

关键词：城门洞型；特小断面；光面爆破；质量控制措施

1工程概况

引大济湟工程在湟水一级支流大通河上游石头峡建库引水，经调水总干渠穿越大坂山入黑泉水库，解决湟水两岸山区和干流资源性缺水问题。该工程分三期实施，一期工程由黑泉水库和北干一期工程组成，其中黑泉水库已建成蓄水，北干一期工程正在建设中；二期工程由石头峡水利枢纽、调水总干渠和北干二期工程组成，其中石头峡水利枢纽、调水总干渠正在建设中；三期工程为西干渠。

北干渠扶贫灌溉二期工程为湟水北干渠的续建配套工程，项目区包括2条分干渠（一、三分干渠）、18条支渠（含一分干1条支渠、三分干5条支渠）、7条干斗、松多水库及田间配套工程。其中三分干渠从北干总干渠末端引水，长41.8km，其中明暗渠0.26km，隧洞20座，长35.0km，倒虹吸1座，长3.6km，渡槽20座，长1.71km。

以三分干渠3#隧洞为例，该隧洞全长2927.08m，开挖断面为城门型，隧洞以Ⅲ类围岩为主，岩性为花岗岩、花岗闪长岩，岩石坚固系数值为6～8，Ⅲ类围岩长度约为2283m，占隧洞总长的78%。Ⅲ类围岩开挖断面为2.7×2.9m，开挖面积7.459m2，衬砌后净尺寸为2.1×2.3m。根据设计要求，隧洞Ⅲ类围岩开挖采用光面爆破施工，设计允许超挖量为15cm。该隧洞采用进出口同时掘进，单口掘进距离约为1500m。

2光面爆破参数的设计、实施

2.1开挖目标

本隧道采用全断面光面爆破开挖（Ⅲ类围岩），每月施工24d，采用2班循环作业，月掘进计划120m，每排炮进尺2.5m。光面爆破轮廓线平整，残空率达到90%及以上，不存在欠挖，超挖量控制在15cm以内。

2.2爆破参数选择

（1）炮孔直径及炸药选择

现场采用TY-28手风钻钻孔，炮孔直径选用42mm。炸药采用2号岩石乳化炸药，直径35mm，每卷质量为200g。

（2）掏槽孔布置

由于隧洞开挖断面小，故采用垂直掏槽。

采用5个掏槽孔，掏槽孔与开挖面的夹角取90°，上下两对掏槽孔间的距离取20cm，同一平面上两炮孔孔底的距离为20cm。掏槽采用φ42mm，孔长度2900mm。

表2-1光面爆破参数表

（3）周边孔光面爆破参数选择

根据围岩情况和隧道断面尺寸，光爆孔间距取500mm，最小抵抗线取600mm，光爆孔密集系数为0.83。周边孔采用φ42mm，长度2700mm。周边孔采用不耦合装药，将炸药在直径方向切割成两半，不耦合系数2.4，炮孔堵塞长度250cm。炮孔采用炮泥封堵。

（4）爆破参数表及炮孔布置图

图2-1隧洞爆破布孔图

隧洞开挖典型断面示意图

共计35个炮孔（不含9个空孔），其中掏槽孔5个，周边孔15个，辅助孔15个（包括底板孔4个，主爆孔11个）。

（5）起爆顺序掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼

（6）装药结构及起爆方式

掏槽眼、辅助眼、底板眼采用不耦合连续装药，毫秒雷管起爆，周边孔采用不耦合隔空装药结构，把导爆索和药卷间隔捆绑在竹片上，成串状结构，采用导爆索引爆。

2.3光面爆破的实施

采用上述光面爆破参数进行施工，通过对开挖的50mⅢ类围岩的光面爆破外观质量进行检查，发现炮孔残空率只有63.3%，且平均超挖200mm，不存在欠挖，具体统计参数详见下表：

表2-2光面爆破检测频率统计表

通过数据分析，具体存在以下问题：

（1）相邻两茬炮之间的接茬明显，且超挖量较大；

（2）岩面不平整，有部分半孔；

（3）由于围岩地质完整性影响，局部节理发育，爆破后形成掉渣掉块，导致超挖；

3光面爆破质量控制措施

3.1掌握围岩地质情况，及时调整装药量

隧洞开挖过程中，将掏槽眼当做超前地质预报的钻孔，通过分析每个掏槽眼的钻孔时间，钻孔后的浆液颜色等情况，并结合常规对围岩掌子面的判断，从而综合分析判断围岩的完整程度、软硬程度。通过记录每个掏槽眼的钻孔持续时间，对每个掏槽孔进行分析比较，以及与周边眼、辅助眼、前一排炮眼的参数进行对比，及时调整各炮孔的装药量，尤其是周边孔的装药量，以保证光面爆破的成孔效果满足要求，从而降低对周围岩体的扰动。

3.2细化起爆顺序，保证光面爆破质量

为了达到理想的爆破质量，在保证原有爆破顺便不变的情况下，通过调整辅助眼、周边眼的起爆顺序，对光面爆破的效果进行观察统计分析，发现再掏槽眼起爆后，依次为辅助（边墙）、辅助（顶部）、底板眼、周边（边墙）、周边（拱顶）的顺序起爆最为合理，爆破出来的轮廓线清晰，成型良好，围岩平整度好。

3.3调整光面爆破周边孔孔距

根据爆破参数可知，拱顶周边孔的间距为50cm，但由于拱顶总长度的影响，个别孔位的距离达到了66cm，虽然通过调整周边孔的实际装药量来满足光面爆破的效果，但是通过试验，对于周边孔孔距较大段落，围岩的平整度还是较差。通过对拱顶的周边孔进行调整，将间距调整为45cm，其余参数不变，并适当减小加密段周边孔的装药量，从而保证爆破质量好。施工过程中还应做到周边孔位“定位准确、钻孔精确、孔深一致”，也是形成好的开挖轮廓线的前提。

3.4调整周边孔炮泥封堵长度

为了探究周边孔封堵长度对光面爆破的影响，另选择450mm、800mm两种封堵长度和原封堵长度进行爆破对比统计分析，发现堵塞长度为450mm时，炮孔明显，且岩面较平整，其余两种炮孔堵塞长度均达不到以上效果，最终将周边孔的封堵长度调整为450mm，并要求现场管理人员每班进行跟班检查，使其封堵质量满足要求，以保证爆炸时在孔内形成高压气体对岩面进行切割，从而提高光面爆破效。

4光面爆破效果评价及效益分析

4.1爆破效果评价

经过不断的努力改进，不断的统计、分析爆破的各项数据，施工单位在三分干3#隧洞Ⅲ类围岩光面爆破中取得了不错的效果，光面爆破残孔率达到89.2%，隧洞超挖控制在15cm以内，不存在欠挖，达到了预期目标，具体数据统计如下：

表4-1光面爆破效果检测情况统计表

4.2效益分析

对于施工特小断面隧洞而言，施工前，应该对采用光爆和非光爆施工进行的开挖钻爆费用、混凝土超填费用、超挖运输费用进行统一计算，确定最大允许超挖值。在实际超挖量大于最大允许超挖值时，就必须采用光面爆破。采用光面爆破不只是对隧洞的超挖、混凝土超填得到了有效控制，而且对于Ⅲ类围岩拱顶的挂钢筋网片也节省了时间；而若采用非光面爆破施工，拱顶岩面不平整，挂钢筋网片不好施工，效率低，人工成本高，导致相应的费用也增加。

5结语

青海省引大济湟工程三分干3#隧洞采用光面爆破施工技术进行开挖，开挖质量较好，月进尺可达到120m，这在整个引大济湟工程隧洞施工中是比较快的，不但确保了隧洞开挖质量，而且保证了施工工期，还有效的降低了施工单位因隧洞超欠挖导致施工成本增加，可在类似特小断面隧洞开挖过程中得到推广，也为了青海省引大济湟工程的施工质量的提高鉴定了基础。

参考文献：

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作者简介：李海宁（1964-），男，青海西宁人，高级工程师，主要从事水利工程管理工作。