全断面钻爆法在洞室开挖中的应用

摘要：全断面钻爆法适用于围岩坚固稳定，采用钻孔爆破方法将洞室开挖断面一次性开挖成型的地下建筑工程洞室开挖掘进方法。文章引用某电站发电引水隧洞的洞室开挖施工程序，取得了较好的技术及经济效益，可供有关工程参考。

关键词：全断面钻爆法；隧洞；水利水电工程

Abstract: The whole section explosion method which is the one for underground construction digging, suitable for stable and strong dam, form a section for one time by drilling explosion. This paper will introduce the construction technique which was applied to Jinping Baoshi in hydropower engineering Yunnan province, and reap the technologic and economic benefit. It is worthful for relevant construction project.

Key words: the whole section explosion method; tunnel; water resources and hydropower engineering

1 前言

云南某电站位于云南省**县红河一级支流**河下游河段上，是一个引水式地面厂房电站，主要由碾压砼拱坝、取水塔、发电引水隧洞、调压井、压力钢管、斜井、尾水洞、主厂房、副厂房、升压开关站及生活管理区等部分组成。电站设计水头282米，最大发电流量12立方米/秒，电站装机2×1.25万千瓦（即25MW）。其中发电引水隧洞布置于麻子河滑石板处右岸，全长3878米，比降4.2614‰，设计流量Q＝10.38立方米/秒，为一直径2.4米的圆形压力洞，隧洞开挖洞径为3.1米，洞挖断面面积S=7.548平方米，采用光面爆破全断面开挖，中间设1#、2#两条施工支洞（分别长120米和74米），亦即将主洞划分为进水口，1#洞上、下游，2#洞上、下游，调压井六个施工工作面。 2 水文地质条件

引水隧洞主要位于微风化～新鲜岩体内，围岩岩性为条带状～条痕状混合岩，节理不发育，整体状～块状结构。隧洞位于地下水位以下，地下水类型为基岩裂隙水。由于微风化～新鲜岩体透水率q＝0.2～2Lu，富水性微弱，属微透水（含水）层，故隧洞仅在断层破碎带处，会出现线状流水或涌水现象。基岩裂隙水主要由上部第四系孔隙水、大气降水及邻近山体补给，通过裂隙通道向冲沟及麻子河排泄。片麻理、纵向节理和横向节理三组节理均呈闭合状，，节理不发育，不存在不利于隧洞围岩稳定的结构面组合，节理对隧洞围岩稳定影响小；对隧洞围岩稳定影响较大的是断层破碎带，隧洞沿线断层主要以NW向断层较为发育，由于与隧洞轴线呈大角度相交，故对隧洞围岩稳定影响不大，仅会引起局部掉块、坍方或变形破坏。围岩类别以Ⅱ～Ⅲ类为主，断层破碎带为Ⅳ～Ⅴ类。其中：Ⅱ类围岩整体基本稳定，不会产生塑性变形，约占全洞比例的78％以上，主要为裸洞过流；Ⅲ类围岩局部稳定性差，约占全洞比例的20％，主要采用喷射厚度10公分的挂网喷锚（湿喷）支护；Ⅳ～Ⅴ类围岩极不稳定，变形破坏严重，约占全洞比例不大于2％，主要采取衬砌厚度35公分的马蹄型钢筋砼衬砌。 3 全断面洞挖钻爆 3.1 施工原则

按照新奥法原则组织施工，采取中心掏槽、周边光面爆破、毫秒雷管分段起爆，严格控制装药量，减少爆破对围岩的扰动，杜绝欠挖，控制超挖，严格控制规范起伏差在20厘米以内，糟率在0.025以下。遇到“Ⅳ～Ⅴ”类围岩断层破碎带时采用“短进尺、弱爆破、超前锚杆、早喷护、勤量测、及时封闭”的技术措施。

洞内控制测量采用四等导线测量控制中线，控制标高采用四等水准测量。用全站仪准确绘出开挖轮廓线及周边眼、掏槽眼和辅助眼的位置，并用激光准直仪控制边线。距开挖掌子面50m埋设中线桩，每100m设临时水准点。每次测量放线时，对上次爆破效果检查一次，并及时采用计算机处理测量数据，修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。

本工程隧洞洞室开挖各施工工作面主要采用三台YT28型气腿式风动凿岩机钻孔，人工装药，装碴采用扒渣机，弃碴的洞内运输采用约1.5立方米的中型拖拉机出碴，直接卸于堆渣点弃碴场。 3.2 工艺流程

用全断面钻爆法开挖隧洞，每掘进一次，工作面大致按炮孔深度向前推进，完成一次循环作业。循环作业的主要工序一般有：钻孔准备、钻孔、装药、设备撤离、起爆、通风排烟、安全检查、临时支撑、出碴准备、出碴、延长运输线路和风水电管线等（如右流程图所示）。如此周而复始，直到开挖结束。

3.3 钻孔爆破设计

全断面钻孔爆破法开挖隧洞，应根据设计要求、地质情况、爆破材料及钻孔设备等基本条件，作好爆破设计。 3.3.1 布孔

隧洞开挖前，根据揭露的围岩地质情况编制详细的爆破计划，进行爆破试验，并根据爆破效果，用类比法初选和优化爆破参数。然后，针对各类围岩条件，分别作炮孔布设，炮孔数目可以按照装药平衡原理进行初步计算，钻孔直径（中孔空出外）均为42～48毫米，钻孔位置误差不大于5厘米，且水平方向严禁相互交错通气。

合理的炮孔深度随围岩类别而定：Ⅱ、Ⅲ类为2.0～2.5米，Ⅳ、Ⅴ类为1.8～2.0米；炮眼力求做到“平、直、齐”，严格执行操作规程上的精度要求。

掏槽孔的主要作用是增加爆破的临空面，一般布置于开挖断面中部。本工程中则采用梅花型垂直角柱掏槽方法，掏槽孔比其它炮孔略深15～20厘米，采用连续装药结构，药卷直径32毫米，其装药量应比崩落孔多20％左右。为了增强掏槽效果，可以在正规的掏槽孔中心采用垂直掏槽型式布置2～4个直径为75～100毫米不装药的大直径扩大空心孔。

施工准备 测量放样及布孔 钻机就位钻孔 装药 设备撤离 起爆 通风排烟 下一次循环作业 安全检查与危石撬挖 临时支护 出碴准备 出碴运输 延长风水电管线

崩落孔的主要作用是爆落岩体，大致均匀地分布于掏槽孔外围。崩落孔通常与开挖断面垂直，为保证一次掘进的深度和掘进后工作面的平整，其孔底应落在同一平面上。

周边孔的主要任务是控制开挖轮廓，布置于开挖断面的四周。孔距50厘米，开孔处位于设计开挖轮廓线上，外插角度控制在3度以内。采用间隔不耦合装药结构，药卷直径25毫米，工业导爆索起爆。 3.3.2 装药

采用人工装药。光爆孔采用间隔不耦合装药结构，其它炮孔采用连续装药结构，底板眼有水时可采用防水的乳化炸药。堵塞段

长度40～50厘米，采用专门加工的炮泥堵塞，确保堵塞严实。 3.3.3 起爆

专人负责起爆网络的连接，周边眼与内圈炮眼的起爆采用毫秒微差雷管起爆控制， 钻孔参数 炮孔 雷管 名称 段别 掏槽孔 崩落孔 MS1 MS3 MS5 底孔 周边孔 合计 MS3 MS5 MS7 (mm) 42 42 42 42 42 42 (m) 2.4 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 (cm) 30 50 50 50 50 55 (cm) 25 30 50 30 50 50 (个) 6 6 10 2 4 19 47 孔径 孔深 孔距 排距 孔数 抗线 (cm) 63 63 63 63 63 63 最小抵 其总体起爆顺序为：先掏槽，次崩落，后周边，并使同类炮孔同时起爆。 3.3.4 爆破主要技术参数及设计图 （1）爆破主要技术参数

装药参数 药卷 K值 直径 (mm) 0.92 32 32 32 32 32 25 装药 长度 (m） 1.58 1.09 1.09 1.39 1.39 1 单孔 线密度 药量 (kg/孔) 1.21 0.83 0.83 1.06 1.06 0.6 (kg/m) 0.25 药量 结构 (kg) 7.26 4.98 8.3 2.12 4.24 11.4 38.3 连续 连续 连续 连续 连续 间隔 总装 装药

（2）爆破设计图

钻爆布孔图(单位:cm)MS11MS9MS7掏槽孔MS5MS7MS11MS3 4 出碴运输

考虑到此引水洞洞径小，每个施工工作面主要采用一台斗容积为0.25立方米的P-30B型耙斗装岩机(或扒渣机)装碴，三台不小于22马力的中型拖拉机配合运输，洞碴全部弃于支洞口侧山脚的弃碴场自然堆放。由于洞内基本运距介于636～862米之间，故沿主洞洞挖进尺方向每隔150～200

米在其右侧壁掏挖长约5米，宽约3米，高约2.5米的避车洞，以确保工人避炮和运输车辆错开。 5 临时支撑

洞室开挖以后，应避免围岩出现有害的松弛。为了预防塌方或松动掉块，产生安全事故，应根据地质条件、洞室断面、开挖方法和暴露时间等因素，对开挖出来的空间进行必要的临时支撑。只有当岩层坚硬完整，经地质鉴定后，才可以不设临时支撑。

临时支撑与开挖面之间的距离和时间间隔，取决于地质条件和施工方法等因素，一般要求在开挖之后，围岩变形松动到足以破坏之前安设完毕，尽可能做到随开挖随支撑。在松软岩层中，支撑应尽量靠近开挖面；在良好的岩层中，支撑距开挖面可适当远些。

临时支撑的形式很多，有木支撑、钢支撑（含钢筋支撑）、预制砼或钢筋砼支撑、素喷砼或挂网喷锚、锚杆支撑等，可根据地质条件、材料来源、安全经济等要求择优选择临时或永久支护形式。 6 施工辅助作业 6.1 施工供风

为确保输送到工作面的压缩空气风量充足和风压不低于0.5MPa，在进水口和调压井两工作面处分别布设9立方米/分钟的

电动固定式空压机各一台，采用公称口径80毫米的低压流体输送用普通钢管法兰（或焊接）连接沿已挖隧洞底侧壁引至洞内掌子面；在1#、2#施工支洞洞口处分别布设20立方米/分钟的电动固定式空压机各一台，采用公称口径125毫米的低压流体输送用普通钢管法兰（或焊接）连接至支洞与主洞的丁字口分岔处，采用80毫米的焊管沿已挖隧洞底侧壁引至上、下游各掌子面。 6.2 施工供水

主要取用隧洞顶部半山腰冲沟山箐的自流水，在水源处采用自建的圬工砌体蓄水池保证水量和水压，利用公称口径40毫米的低压流体输送用普通钢管法兰（或焊接）连接沿已挖隧洞底侧壁引至洞内各掌子面。 6.3 施工供电

为满足洞内动力、照明、电力起爆的不同需要，在支洞口及调压井处布设315千伏安变压器各一台，在进水口布设一台与大坝区施工共用的630千伏安变压器，高压侧连接已架设的10千伏输电线。低压侧四线三相380伏动力（120平方毫米铝芯线）、220伏照明供电线路（75平方毫米铝芯线）由洞外沿已挖隧洞腰侧壁引至洞内各开挖面。同时，每隔10～30米布设一个不小于15瓦的白炽灯泡洞内照明，在近掌子面钻孔或出碴时应适用可移式铁铝合制简式碘钨灯具照明，随时注意电线的防水和绝缘要求，确保洞内施工的能见度。 6.4 通风、消烟及除尘

通风、消烟及除尘的目的是为了控制因凿岩、爆破、装岩、内燃机运行等原因在洞室内产生有害气体和岩石粉尘含量，及时供给工作面充足的新鲜空气，降低由于上述原因而引起的环境污染，从而改善洞室的温度、湿度、气流速度等状况，使之符合正常施工的要求，尤其是在长洞施工中。云南金平宝石电站发电引水隧洞在进水口、支洞口和调压井工作面入口会车平台处各安设一台30千瓦轴流通风机向洞内压入式鼓风，同时沿已挖隧洞顶部布设直径400毫米的帆布风带或一次性彩条布风带将新鲜空气直接送至工作面附近，使污浊空气冲淡，并经由洞身排至洞外。风带的端部与工作面的距

离一般不宜超过16.5米（即6S米，S为以平方米计的开挖面面积），以确保洞内排

烟畅通，空气清新。 6.5 洞内排水

为保证洞内排水系统畅通、工作面和路面无积水，在洞挖施工过程中随时采用手风镐沿已挖洞壁底侧修建临时排水沟和适时开挖集水井，同时采用轻型电动污水泵专人协助抽排水于洞外。 6.6 风水电管线布设简图

风水电管线布设图(单位:cm)风带动力线风管水管约2m宽车道 7 循环作业时间

隧洞洞室开挖作业循环时间的安排可以避免施工过程中不必要的闲置窝工时间。测量放样及布孔时间约32分钟；炮孔钻孔时间约6～7小时，临时初期支护可在钻孔的时间段内同时进行；装药及连线起爆时间约为1小时以内；退避及爆破时间约为17分钟；通风排烟及清撬时间约为45分钟；出碴运输时间约为5～6小时。每作业循环累计时间约为16小时，即基本满足两日三班循环作业，日均开挖进尺约为3.5米。循环作业图表如下所示：

作业项目 测量布孔 钻孔 装药连线 退避、爆破 通风、清撬 出碴、清底 合计 作业时间 （min） 32 420 60 17 45 360 934 1 2 3 4 5 6 7 时间（h） 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8 结束语

结合以上断面面积在10平方米以下的引水隧洞洞室开挖实际施工工艺过程，采用全断面钻爆法，不仅可以节约洞挖成本和提高掘进速度，而且还可以确保洞挖工程质量、安全和施工总进度。