陈 鹏

(辽宁水利土木工程咨询有限公司，沈阳 110003)

0 前 言

随着抽水蓄能电站的蓬勃发展，采用长隧洞进行远距离引水是一大发展趋势。为了加快小断面引水隧洞开挖施工进度，常规只能在出渣设备和循环工序衔接上进行改进从而提高施工进度，在保证挖掘工序和出渣设备充分衔接的基础上，尽量增加单次循环进尺，从而提高引水隧洞施工挖掘的进度。

1 工程概况

引水系统高压管道排水廊道工程由上层排水支洞、上层排水洞、1#下层排水洞、2#下层排水洞、3#下层排水洞共5部分组成。开挖断面型式均为城门洞型3.3m×3.2m(高×宽)，其中：上层排水支洞开口于引水中支洞K1+200.35左侧边墙，全长191.182m，纵坡5.66%；上层排水洞全长1283.184m，交排水支洞上游段纵坡为2%；交排水支洞下游段纵坡为5%；下层排水洞均开口于厂房上层排水廊道，1#下层排水洞长257.458m，纵坡1.02%，2#下层排水洞长205.531m，纵坡1.00%，3#下层排水洞长254.255m，纵坡1.13%，与厂房排水廊道形成环形排水通道。

引水中支洞作为高压管道上层排水支洞和上层排水洞唯一通道，厂房通风洞及上层排水廊道作为高压管道下层排水洞主要通道。

2 高压管道排水洞地形地质条件

隧洞沿线出露的地层主要有华力西期的侵入岩、第四系残坡积层。引水系统沿线揭露的基岩为二长花岗岩和正长花岗岩。

2.1 高压管道上层排水洞段

洞线方向由NW359°转至NW275°，洞底板坡降i=1.7%，上覆岩体厚度74-105m，岩性为华力西晚期二长花岗岩，属微新岩体。局部断层破碎带及影响带部位围岩类别属Ⅳ类，稳定性很差或不稳定。其余洞段围岩类别属Ⅱ-Ⅲ类，岩体较完整，围岩稳定性较好。

2.2 高压管道下层排水洞段

洞线方向由NW359°转至NW285°，洞底板坡降i=1.7%，上覆岩体厚度95-115m，岩性为华力西晚期二长花岗岩，属微新岩体。局部断层破碎带及影响带部位围岩类别属Ⅳ类，稳定性很差或不稳定。其余洞段围岩类别属Ⅱ-Ⅲ类，岩体较完整，围岩稳定性较好。

3 施工方法

高压管道排水洞及支洞各洞段采用新奥法施工，石方开挖主要为全断面开挖一次成型的钻爆方法，主要采用YT-28手风钻钻孔，人工装药，顺序作业，中下部6孔平行掏槽、周边光面爆破、非电毫秒微差起爆网络爆破；Ⅱ、Ⅲ类围岩每循环进尺2.5m；Ⅳ类围岩钻爆循环进尺2.0m，当遇Ⅴ类围岩及断层破碎带时钻爆循环进尺1m，必要时采用超前锚杆支护，防止塌方。爆破后采用装载机或扒渣机配合农用自卸车将渣料装运至指定渣场，紧跟进行锚杆、喷混凝土支护及排水管系统施工[1]。

3.1 施工开挖程序

排水洞洞室开挖采用光面爆破开挖，施工流程见图1。

图1 施工工艺流程图

3.1.1 施工准备

出渣完毕后，洞内照明行灯接入工作面，采用人工清理工作面与底孔炮位，清理距离满足凿岩活动台架工作要求，同时布置好排水设施等。

3.1.2 施工测量放样

每个循环钻孔为满足设计断面要求，施工前需要采用全站仪对开挖断面进行全要素测量放样，对隧洞开挖轴线、轮廓线和特征点等关键指标进行位置和高程的测量，并在开挖断面上采用红油漆进行标注。测量人员向施工人员提交洞顶中心线、两侧起拱点(腰线)及钻孔方向点等测量数据，并在开挖断面进行标注。同时对上一个开挖循环断面的超挖及欠挖情况进行巡查，对于隧洞开挖断面欠挖区域进行迅速处理，对超挖区域进行严格把控。

3.1.3 凿岩移动台架就位

测量完成后，将移动台架组装就位，接好风管水管，做好安全防护准备开钻。

3.1.4 布孔

结合揭露的岩石特征以及断面测量数据，结合爆破监测和参数分析成果，编制隧洞爆破相关参数报告，向现场施工和钻爆人员提供数据及参数，并炮孔进行布设组织。在开挖断面上采用红油漆标注炮孔孔位的具体位置，用施工人员对孔位进行施工组织。

3.1.5 钻孔、验孔

现场对交底数据确认无误后开始进行钻孔，结合岩石特征在钻孔时对软岩和硬岩进行分类加压施工。各炮孔的深度要统一，才可使得工作台面在爆破后保持平整。施工人员在钻孔过程中需要对每个钻孔的深度、角度以及间距进行逐一检查。对检查不合格的钻孔需要进行重新钻孔或者修补处理。由质检人员对完成的钻孔进行角度、间距以及孔深的抽检，检查各项指标是否符合规范要求，编制炮孔抽检报告，提交给爆破工程师。

3.1.6 装药、联网、起爆

炮孔验收完成后，对掌子面的电源进行断电，采用行灯进行施工断面的照明工作，火工材料运输到施工断面后，爆破员对其进行数量及质量的核对，按照操作规程进行钻爆设计和火药的装填工作。采用柔性材料对炮孔进行堵塞。采用炮棍进行火药的轻捣处理。对于空的炮孔不进行火药的填装。采用单一连续方式对掏槽孔、扩槽孔和主爆孔进行火药填装，在各炮孔安装2个对应段位的雷管，在炮孔底部安装一个雷管，药柱中部安装一个雷管；用导爆索将周边的炮孔进行炸药的连通，对应断面的雷管进行其他炮孔火药的连接。整个爆破连接处于松弛状态。爆破连接完成后，对整个爆破连接网络进行检查，以避免出现漏连接和漏填装火药的现象。在爆破前需要对施工场地进行清场，设置警戒撤离的区域，对现场机械设备进行安全保护处理，通知相邻施工作业人员进行危险躲避，并进行三次爆破预警，等预警信号结束后，对各准备工序进行确认完成后，由爆破员进行爆破点火工作。

3.1.7 爆破后安全检查及处理

爆破施工人员在爆破烟尘消散后对作业台面进行安全检查，对于未爆炸的炮孔进行及时的处理。在安全检查确认后，对安全警报予以解除，进行下步工序的操作工作。

3.2 爆破设计

根据隧洞开挖方法、断面尺寸及掘进循环进尺长度，并结合该部位地质特性，合理确定炮孔布置、数量、深度和角度、装药量，装药结构、起爆方法、顺序，通过爆破试验和爆破效果合理选择爆破参数，正确指导钻爆施工，达到预期效果。

3.2.1 掏槽形式

掏槽爆破效果好坏直接影响整个单响爆破成败和循环进尺，针对排水洞及支洞小型断面，孔深较深，无法采用楔形掏槽，只能选取直线掏槽形式，经同类隧洞开挖实践经验总结，选取菱形12孔平行掏槽形式，菱形12孔与中心孔之间的距离应控制在10cm，空孔与中心孔之间的岩石厚度为10cm，在12个菱形孔中各孔之间的间距也为10cm，内圈扩槽孔抵抗线只有10-15cm，外圈扩槽孔抵抗线只有15-20cm，提高了钻孔利用率，掏槽孔与空孔的孔深均为2.9m。

3.2.2 炮孔布置

掏槽孔布置于断面中下部，为爆出平整开挖面，周边孔的孔距以(10-20)d(d为孔径，拟用42mm)控制，为爆破出顶拱圆弧效果，本次设计拱顶部位孔距为45cm，侧墙部位孔距为50-55cm布置，并且周边孔采用小药卷控制爆破当量，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0-1.3之间。最小抵抗线为50cm，孔深2.7m。为满足钻机架设和减少超欠挖，周边孔沿设计轮廓线向外倾斜10cm左右。除掏槽孔和底孔外，其余炮孔均应落在同一平面上，底孔深度与掏槽孔相同。主爆孔按等间距布置控制在0.6-0.7m，孔深2.9m，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0-1.2。底脚排水沟部位两个相近孔采用减量装药，总体控制体型的完整性。

3.2.3 装药量

掏槽孔与主爆孔采用直径φ32mm药卷，掏槽孔装药系数取0.5-0.8；主爆装药系数取0.5-0.75；为保证光爆效果，周边孔采用φ27mm药卷，采用隔段空气柱装药结构，底部加强装药，线装药密度控制在200g/m。

单孔炸药量计算：

qd=(πd2/4)

(1)

式中：ΔLad为药卷直径，mm；Δ药卷装药密度(0.95-1)g/cm3；L为炮孔平均深度2.8m；a为充填系数，取0.60-0.85。

3.2.4 爆破方法和爆破顺序

周边光爆孔采用导爆索连接间隔装药结构，掏槽孔及主爆孔采用由塑料导爆管串、并联形成爆破网络，以毫秒延发雷管实现微差爆破。起爆顺序：由掏槽孔→主爆孔→周边孔→底孔的顺序爆破，毫秒延发按爆破图所示的顺序分段起爆。

3.2.5 炮孔堵塞

堵塞的目的是为了提高炸药爆破能量利用率，除选用合适的堵塞材料外，需要有一个合理的堵塞长度。炮孔堵塞长度在生产中等于0.35-0.5倍的装药长度，堵塞材料选用黄泥和砂子(1∶3)的均匀混合料。直线12孔掏槽形式装药及起爆顺序表(排水洞)见表1。

4.3 开挖效果

采用菱形直掏形式的小断面硬岩隧洞进行开挖，掏槽孔、扩槽孔、主爆孔及周边孔平均孔深为2.8m，通过检查爆破后效果，单循环进尺可达2.5m，达到高压管道排水洞洞宽的78%以上，进尺情况良好，同时周边孔残孔清晰，半孔率高，掌子面平整，渣料破碎，为下一循环提供优良界面。施工进度方面，每天钻爆作业可达两循环以上，平均月进尺达到140m以上，大大提高了施工进度。

表1 直线12孔掏槽形式装药及起爆顺序表(排水洞)

5 结 语

通过对抽水蓄能电站高压管道排水洞开挖施工的研究及总结，可以发现对于小断面硬岩隧洞开挖，采用菱形直掏方式可以有效增加爆破中心的临空面，抵抗线由小到大，逐层顺序爆破，周边孔采用间断空气柱装药方式，有效的控制洞型超欠挖，提高了半孔率指标，保证了爆破质量；同时考虑炸药单耗，采用菱形直掏也可以减少炸药和雷管的使用，节约成本；由于钻孔相对密集，炸药分布较为合理，又采用毫秒雷管控制梯段起爆时间，单响药量较小，减少爆破振动影响；同时爆破渣料较为破碎，给出渣作业带来便利，缩短了单循环时间，加快施工进度。

对于小断面硬岩洞室的开挖应选择适当的掏槽形式和梯段药量，根据试验去决定具体的爆破参数，达到最合适的爆破效果和循环进尺。对抽水蓄能电站高压管道排水洞爆破效果的研究及总结对以后类似小洞室工程具有参考价值。