孟宪计
岳西县国有水电有限公司 安徽岳西 246600
摘 要 王岭水电站引水隧洞采用光面爆破开挖法施工，通过科学设计开挖流程，合理设定爆破参数并根据地质围岩情况实时动态调整，精准布孔钻眼、装药、分 段微差顺序起爆，有效保障了工程质量和施工安全，显著降低工程造价，取得较好经济技术效果。
关键词 引水隧洞 光面爆破 动态控制 爆破参数 开挖效果
王岭水电站位于岳西县皖河流域支流潜水中上游，王岭水电站改扩建工程为贫困地区水电矿产资源开发资产收益扶贫改革试点项目，发电收益用主要用于扶贫，同时也是环保试点项目。该工程新建1条有压引水隧洞系统，总长约 5478m。隧洞开挖断面25m2，属于中等断面隧道。项目地处大别山腹地，工程地质主要以片麻岩、大理岩为主，地质围岩基本为Ⅰ、Ⅱ类围岩，围岩自稳能力强，无需对开挖断面进行衬砌。为提高电站发电效益，减小沿程水头损失，隧洞采用一次性全断面开挖光面爆破施工。
1 光面爆破原理及其特点
1.1 光面爆破的破岩机理
光面爆破的破岩机理就是根据地质围岩特点，在隧洞断面开挖中科学设定爆破参数，精确布孔钻眼设计掏槽眼、辅助眼、周边眼，合理配置装药量，分段由里向外顺序起爆。利用掏槽眼先爆破后形成的良好临空面，再进行辅助眼和周边眼的起爆，在光爆层中起爆，借以减少光爆孔爆破的夹制作用，减轻炸药对围岩的破坏，使开挖岩面形成光滑平整的开挖轮廓面。
1.2 光面爆破的特点
光面爆破开挖与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少控制超、欠挖，提高工程质量和进度。
2 引水隧洞开挖流程与动态控制
2.1 开挖流程设计
测定围岩参数→爆破参数预设计→试爆破→试爆效果评价→理想→确定爆破参数→钻爆作业。试爆效果评价→不理想→结合围岩特征调整参数→试爆破，直至试爆效果理想。
2.2 动态控制方法
为全面撑握爆破后的质量指标的控制水平，将每一开挖循环所测得的参数数据加以收集整理，根据工程地质围岩类别、钻眼孔位的布置、眼深、眼间距、钻孔角度及装药量大小等数据进行统计、分析研究，根据爆破后的效果及围岩性质动态调整控制爆破参数，指导隧洞光面爆破开挖。
3 引水隧洞开挖技术参数确定
3.1 布孔及钻眼
隧洞开挖布孔分为掏槽眼，辅助眼、周边眼，整个钻孔过程分为准备、定位、开口、拔杆、移位五个步骤。根据隧洞设计断面尺寸，测量员用红铅油准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标准断面尺寸及每一循环爆破炮孔布置及相关参数详见图1。
布孔及钻眼前，合理确定爆破密集系数K，K值为光爆层的厚度W与周边孔的间距E的比值，一般取值0.75～0.85，硬岩取大值，软岩取小值。岩石隧道光面爆破一次开挖进尺一般不宜大于3.5m，本工程隧洞采用利用自制自行式平台车，人工手持YT-28型风钻钻孔，钻孔径φ42mm，中孔与掏槽孔深度为2.5m，周边孔和辅助孔深度为2.0m。
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图1 光面爆破布孔钻眼示意图
（1）掏槽眼的布置
掏槽眼布置在隧洞开挖面的中心，掏槽口尺寸要循环进尺、断面大小和掏槽方式相协调。本工程采用直眼掏槽方式，掏槽眼尺寸选择 0.40m×0.40m 较为合适。
（2） 辅助眼的布置
辅助炮眼应交错均匀布置在光爆层内圈眼与掏槽眼之间，间距应满足爆破岩石块度的需要。辅助眼布置的K值取0.85，一般情况下E=60～70cm,W=70～80cm。
（3） 周边眼的布置
周边眼即布置在轮廓线与岩石接触的一圈孔眼，是决定最终开挖成形质量的关键。周边眼布置的K值取0.85，间距E一般取12d～15d（d=42mm），故有E=55～60cm,W=60～70cm。周边眼间距可适当减小，也可在两炮眼之间增加一个不装药的导向空眼，控制开挖轮廓面平整度。
（4） 测量放样
测量放样是确保隧洞开挖成型的重要工序，提高放样精度是做好总体质量控制的基础和先决条件。隧洞中轴线放样主要采用全站仪，高程采用水准仪测量控制，每一个施工班组作业前都由测量员到施工现场测量放样，对局部偏差部分及时予以调整，以准确控制每一循环开孔点的放样位置一致。同时用红色油漆作为标志，以避免混淆。
（5）钻眼方向控制
①开眼精度控制。在直线段，可用激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。在开眼时由多人配合，从各个方向约束钻头移位，尽量减小偏差，使之与下排炮开眼位置很好对接。。
②钻眼方向控制。在开眼点位置准确的基础上，钻眼方向则是将钻杆尾部对应在后视点下部，以控制钻眼方向；如为无后视点的孔眼则通过与相邻带后视点的孔保持平行来控制方向角度。
③钻眼外插角控制。钻孔作业时要特别注意钻杆方向与隧道中线的夹角要否符合设计要求，始终保持有10cm左右的行进空间。在钻进过程中钻机要调整好架钻气腿的横向位置和高度，即钻机、气腿与开眼点三点要与后视点在同一直线上，以保持钻杆在眼轴线的位置钻进。 同时注意控制推进压力不要太大，避免钻杆出现向下或侧向的弯曲，无形中增加外插角度。
3.2 装药设计
（1） 装药方式
装药前，必须用木制炮钩和专制钢管连接高压风管输入高压风将孔眼中石屑掏出和吹净。炸药采用2#岩石乳化炸药，毫秒非电雷管起爆，装药前，首先认真检查电雷管的外观质量与批次，外观质量不合格的电雷管严禁使用，同排炮所使用的电雷管必须是统一批次的。其次用专用雷管电阻仪（严禁使用非专用电阻仪）检测电雷管的电阻，发现电雷管电阻异常后，不能使用。
装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行、分片分组进行，雷管要“对号入座”。所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞长度不小于20㎝。
（2）装药量计算
掏槽眼的装药系数根据施工经验取0.9，装药密度取0.8kg/m，掏槽眼单孔装药量为1.76kg。辅助眼线装药密度取0.65kg/m，辅助眼单孔装药量为1.3kg。周边眼线装药密度取0.33kg/m，周边眼单孔装药量为0.66kg。
3.3 起爆方式
（1） 起爆簇联网路
选用非电毫秒塑料导爆管起爆系统,为减小爆破震动,将相邻段别之间的间隔时间定为50ms。选用1～13段的非电毫秒雷管,跳段使用,可以将工作面炮眼分成七个区域,按先后顺序微差起爆。将工作面上各炮孔的导爆管分片集中成束,装入联接块。各联接块外接的导爆管再集中成束装入上一级联接块依次簇联,最后采用电雷管用专用导线连接至隧洞外起爆器引爆。
（2）起爆顺序
爆破材料采用1～13段非电毫秒雷管和塑料导爆管，分七个区域先后起爆，按掏槽眼→辅助眼（分三区）→周边眼（下部）→底板眼→周边眼（上顶部），由里向外顺序起爆。
4 光面爆破开挖效果分析
4.1 质量控制效果好
光面爆破开挖面光洁平整，通常在新形成的壁面上残留清晰可见的半边孔壁痕迹，可保证隧洞断面尺寸符合设计要求。岩体完整，爆破裂隙不发育，不影响围岩安全稳定。光面爆破对控制和提高工程质量效果较好。
4.2 施工进度快
光面爆破后炮眼痕迹率达80%～90％，两茬炮衔接台阶尺寸仅为10cm，超欠挖量不超3%，比非光面爆破超欠挖量（达20％）要低得多，同时危石清理和局部修整处理工作量小。岩碴块度较小且均匀，利于装碴，节省运输时间。因此隧洞光面爆破开挖可缩短工期，加快工程施工进度。
4.3 经济效益显著
光面爆破比非光面爆破超欠挖量要低17％左右，岩碴块度较小且均匀，利于装碴，局部危石清理工作量小，减少支护投入，隧洞光面爆破开挖可显著降低工程造价。同时隧洞围岩表面平整，减小了水流的阻力，降低了沿程水头损失，可增加发电量，提高电站经济效益。
4.4 施工安全性高
隧洞光面爆破开挖，岩体完整，爆破裂隙不发育，围岩的岩面平整，危石少，撬顶工作简单，表面应力集中小，避免了局部冒落，增进了围岩的安全稳定和施工安全，减少安全隐患。
参考文献
[1]水电水利工程爆破施工技术规范[S]DLT 5135—2013
[2]爆破安全规程[S]GB6722—2014
[3]公安部治安管理局,爆破作业技能与安全[M]冶金工业出版社(2015年)
作者简介：
孟宪计，男，年龄40岁，安徽岳西人，岳西县国有水电有限公司工程师，现抽调到岳西县王岭水电站改扩建工程现场建管处，主要从事水电工程现场建设管理工作。
通讯地址：安徽省岳西县天堂镇解放路水电大楼八楼
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