钻孔爆破技术在水利水电工程中应用

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0引言

钻孔爆破技术是水利水电工程中土方开挖的主要应用技术，具体施工中，应在充分了解工程实际的基础上，合理利用钻孔爆破技术特性，选择恰当实用的钻孔爆破技术，提高技术实施方案科学性，并严格按照施工工艺规范施工，以提高钻孔爆破技术的应用效果[1]。本文针对隧洞钻孔爆破技术展开分析，研究隧洞钻孔爆破技术实施要点，进而阐述了钻孔爆破技术在水利水电工程隧洞施工的实际应用状况。

1隧洞钻孔爆破技术概述

隧洞钻孔爆破技术主要是利用钻孔洞、填药、爆破土方挖掘等施工工艺，综合考虑不同的施工地质、断面尺寸、工时需求、支护模式、施工机械等实施钻孔爆破[2]。隧洞钻孔爆破技术主要包括掏槽钻孔爆破、辅助钻孔爆破和周边钻孔爆破等，应根据隧洞工程孔洞的尺寸需求，合理选择钻孔爆破形式。应用钻孔爆破技术进行水利水电工程隧洞施工，应按照设计图纸、操作规范标准进行施工，加强质量、安全管控，按照爆破孔洞在安全性、数量、质量和布局的规范性，并完善相关安全防护措施及应急处置方案。某水利水电工程隧洞钻孔爆破施工如图1所示。

2隧洞钻孔爆破技术实施质量控制要素

2.1爆破材料运送控制要素

爆破材料是一类特殊材料，应对其运输过程加以管控限制。爆破材料在运送过程中，应进行分类保存，加强运送管控，保证材料运送的安全性。专用运输车辆的行驶速度，需保持在标准安全范围[3]。爆破材料应按照材料的存储特性进行分类保管储存，运输时应进行必要隔离，避免与雷管、黑火药等易爆易燃材料混合运输，以免发生磕碰，导致危险事故发生。爆破材料运输路线，应尽量避免选择车辆拥堵、复杂的路段，并需安排专业技术人员完成运输及相关操作，以保证爆破材料的运输安全。

2.2钻孔爆破技术施工控制要素

使用的炸药量直接影响水利水电工程隧洞爆破的钻孔效果。在对炸药使用量进行测算时，应充分考虑隧洞钻孔布置模式、隧洞缝隙刚性、岩体材质、掘进面炮孔数量等参数，经过以上参数的详细测算，得出隧洞爆破的炸药用量控制范围值。同时参考钻孔爆破技术设计方案的孔洞数量和间距值，科学应用经验公式方法和类比分析方法等手段，根据掘进深度和孔洞间距进行药量调整。再经过一系列试验验证，直到测试结果满足隧洞爆破施工需求及标准规范，才能形成爆破炸药的最终使用方案[4]。水利水电隧洞钻孔爆破掘进施工方面，由于具体工程涵盖引水洞、交通洞、地方厂房洞及导流洞等不同施工类型，为此针对不同功能隧洞类型的施工，应采取对应的爆破掘进模式。钻孔爆破掘进设计方案，应根据实际隧洞爆破掘进需求和爆破掘进方式确定。水利水电隧洞钻孔爆破循环施工方面，其断面挖掘的面积应根据岩层结构特征完成微调。如果岩层结构稳固，应选择多臂钻车配合短臂挖掘机完成钻孔，并利用深孔少循环模式递进循序钻孔掘进，以减少时间成本，使隧洞钻孔爆破排障顺利。

2.3钻孔爆破技术辅助控制要素

水利水电隧洞钻孔爆破时，应对临时支护进行控制保护。技术操作人员应关注隧洞岩石质地、结构、密实度等参数，以保证施工始终处于安全稳定的状态[5]。同时应合理控制隧洞施工场地的排水、除尘、排烟、通风等。应控制孔口的堵塞质量，保证孔口的密封度符合要求，以实现预期的钻孔爆破效果。在合理利用钻孔效率、提高孔口使用频次的同时，严格检测孔口的密封参数值，避免发生堵塞不密实的状况。控制废渣的排出效率，保证施工环境整洁，提高水利水电隧洞钻孔爆破施工效率。通过控制减少废渣出渣时间，保证出渣时效。合理利用出渣工具，设计出渣路线，建立科学的出渣方案，保证出渣的效率和质量。

3隧洞钻孔爆破技术实施要点

3.1钻孔孔位布施要点

布施钻孔爆破孔位应确定钻孔区域，形成孔位设计方案。平洞开挖断面炮孔通常包括崩落孔、掏槽孔和周边孔3类。掏槽孔应布施在开挖断面中间位置，以增加临空面并确保爆破效果；崩落孔主要布施在掏槽孔外侧，以实现岩石爆落，为周边孔爆破提供便利；周边孔通常布施在开挖面周边，尽量靠近设计轮廓线，以实现开挖轮廓的控制。实际实施过程中，应减少炮孔移动频次，保证水利水电工程隧洞岩层层里、岩层裂缝与钻孔放线垂直。根据轮廓图设计进行口孔位布施，以免造成漏气和卡钻现象。在断面拐角处位置布施炮孔，以实现开挖轮廓线控制。掏槽孔位应安排在末道工序完成后，并保证孔深不小于崩落孔深的15%。钻孔爆破实施前，应充分勘测围岩坚固度、完整度及超前钻探情况等参数数据，根据参数确定挖掘方式和爆破工具，保证炮孔利用效率。挖掘方式确定主要参考底板眼、周边眼、辅助眼及对掏槽眼的点位、孔深、数目，隧洞出口位置的围岩级别等参数。根据施工要求设计填充炸药形式，确保起爆模式、工序及装药结构的科学性。针对三级围岩全断面钻孔爆破孔位方案，可将周边孔间距设计为400mm，辅助孔间距控制在800~1200mm，掏槽按照多排楔形完成布控。三级围岩全断面掘进炮孔布施示意图如图2所示。

3.2确定炸药用药数量实施要点

炸药用量设计是水利水电工程隧洞钻孔爆破施工的关键环节。应根据工程实际，重点参考隧洞缝隙的硬度和钻孔的布施方案等进行方案确定。针对隧洞钻孔爆破施工，主要使用经验公式法和类比分析法，测算挖掘工作面的炮孔数目和间隔距离。测算后估算钻孔爆破深度和炸药用药量，根据施工现场情况加以实验验证，并做适当调整，最终确定科学的炸药用药量。

3.3钻孔爆破技术事故预防要点

钻孔爆破引发的隧洞塌方事故，在水利水电工程隧洞钻孔爆破施工时较常见。在施工方案设计时，应对可能应钻孔爆破引发的塌方位置、程度和几率等加以分析和预测，制定对应防控和应急处置策略。其实现主要通过使用Project、Revit等工具，输入钻孔爆破工程实际参数，建立模拟塌方案例模型。施工阶段，操作技术人员应充分了解炮孔布施的钻杆垂度，控制钻头在孔洞内部的速度升降，避免因负压或钻浆冲刷孔壁造成塌方。此外，还应充分掌控钻进成孔孔深和地层变化，调整钻进参数，及时清除钻渣废料。通过建立应急处置方案和应急小组，保证可以应对突发塌方事故，最大限度减少事故损失。

4在水利水电工程隧洞施工的实际应用

4.1在钻孔爆破循环工程应用

针对地下建筑掘进操作，主要施工工序为钻孔前准备、钻孔实施、确定炸药用量并填装、爆破实施、排烟通风、安全质检、废料清排、增加电水风管线及运装路线等。每次掘进施工进行循环操作，并保证24h施工循环次数为整数次。根据围岩硬度及废料清排能力，确定断面开挖大小。通常将掘进时间设置为可被24整除的时间点。如果围岩硬度较高，应选择多臂钻车或钻架台车实施钻孔，并利用深孔少循环的操作模式。选择装载机配自卸汽车或短尾挖掘机进行废料清排，以节省钻孔爆破辅助工作时长，提高效率。如果围岩硬度较低，应使用封孔实施钻孔，利用浅孔多循环的操作模式。选择矿车或斗车完成废料清排，以保证钻孔爆破操作不影响围岩的坚固性。针对面积较小的断面隧洞掘进施工，通常利用多臂钻车或钻架台完成循环掘进，并控制单次掘进深度小于35m，每个施工队完成一次循环。掘进循环施工的依据主要是围岩状况和废料清排施工能力，其具体施工工序如下：先分析计算掘进深度；再测算钻孔、装药爆破、废料清排、支护保护的工时，根据爆破循环工程整数循环编排次数原则编排施工方案；最后调整掘进隧洞深度，直到满足实际作业施工需求。

4.2在隧洞掘进钻孔爆破工程应用

隧洞钻孔爆破施工主要针对引水隧洞、导流隧洞、地下厂房隧洞和交通隧洞实施掘进钻孔爆破。爆破开挖作为隧道施工的首道环节，其掘进开挖的实施效果，将影响整个隧道工程质量。钻孔爆破作为平隧洞掘进的关键工序，影响着隧洞挖掘施工安全、规格和爆破的效果，引水隧洞钻孔爆破如图3所示。钻孔爆破施工主要采用凿岩台车、风钻等高效钻孔机械。操作施工前应对操作面进行清理，保证操作面的清洁。进行勘测放线孔洞布施时，应保证孔洞的清洁度，同时及时清理残留岩石废料，以提升隧洞掘进效率。根据钻孔爆破施工设计方案及施工标准，完成炸药填充、堵塞和引爆线连接等操作。对操作进行检测验证，待相关人员和相应设备进入到安全引爆区后方可实施爆破操作。

4.3在钻孔爆破清排及支护保护工程应用

废料残渣清排施工的时长控制与钻孔作业速度控制同样重要。应科学选配装运清排设备种类、型号和数量，准确计算隧洞内外清运路线和清排安置场所，设计完整的清排、通风、除尘、排烟、排水和照明等工序的施工方案。在隧洞稳定性不确定情形下，极易引起岩石脱落或坍塌事故，所以应事前勘察隧洞断面及地层状况，选择合理方式，实施必要的支护保护。保护措施主要包括锚喷支护和构架式支护技术，锚喷支护技术主要通过永久和临时相结合的模式，此模式通常优先考虑使用。保证孔口的填盖密封度及水平度，选择软硬适中的填塞材料，同样有利于提高钻孔利用率。

5结语

随着水利水电工程隧洞工程建设规模增大和数量的增加，以及施工环境越发复杂，人们对钻孔爆破技术也出了新的要求。只有充分了解钻孔爆破技术特征，科学选择适合工程实际的钻孔爆破技术类型，制定技术实施方案，控制施工工艺规范，才能切实提高钻孔爆破技术的实际应用效果。

参考文献

[1]胡欣,郝超,唐仁兵,等.毗河水利工程特小断面隧洞爆破施工技术研究[J].四川水力发电,2019(4):23-25.

[2]曾平南.浅析水利水电工程施工中的隧洞钻孔爆破技术[J].城市建筑,2014(8):110-110.

[3]刘锦东,王许峰,张文波.复杂条件下隧洞爆破施工技术方案研究[J].水利水电技术,2019(2):11-12.

[4]马昕.水利水电工程施工中隧洞钻孔爆破技术研究[J].黑龙江科技信息,2015(24):238-238.

[5]韩晓芬.水利水电工程施工中的新技术应用和环境保护探讨[J].百科论坛电子杂志,2019(23):174-175.

作者:李智勇 单位:中铁十九局集团第五工程有限公司