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泉州湄洲湾南岸供水工程虎头山隧洞开挖爆破的设计与施工苏景辉泉州市北渠管理处福建泉州362000[摘要]本文介绍虎头山隧洞开挖爆破的设计方法和施工情况，提出全断面爆破法在小断面隧洞开挖爆破中的应用及爆破设计中关键参数。[关键词]爆破设计全断面光爆掏槽型式周边光爆参数1.概述泉州湄洲湾南岸供水工程系将晋江水经过24.749km的金鸡北干渠到洛阳江，在经19.92km管道及18.285km的隧洞引到肖厝开发区，设计供水量为3m3/s，最大供水量为6.0m3/s，供水总长度为63.66km，其中虎头山隧洞全长2.022km，隧洞开挖断面规格为2.0×2.3m（宽×高）的马蹄形，断面积为4.56㎡（见图1）图1地质条件：隧洞沿线地貌为构造侵蚀中低山丘陵。洞室埋深多在50m以上。洞室围岩岩性为燕山晚期晶洞花岗岩，岩体大部分为微风化。岩石致密坚硬。经过地质勘探，Ⅳ类围岩约30米，其余大部分Ⅱ、Ⅲ类围岩。由进口方向单头掘进，设计要求采用光面爆破法开挖，开挖工期要求为17个月。洞室开挖为工程的主体项目，而开挖作业面单一、线长、工程量大、工期紧给隧洞开挖造成一定的施工难度。因此合理进行隧洞开挖爆破的设计，对本工程的保质、按期、安全竣工起着决定性的作用。2.爆破设计2.1开挖方案的确定根据隧洞开挖断面小、运输机具规格及工期紧等特点，隧洞开挖采用全断面光面爆破法施工。本开挖方式与一般的导洞开挖、预留光爆层的开挖方式相比，其优点是：高效、快速；增加了施工的安全度；简化了施工工序，便于管理；工作面较大，通风、排水、运输方便，利于通风排烟，改善工作条件；便于充分发挥机械效能。其不足之处在于不能为周边光爆提供较大自由面，光面爆破效果会受影响。但可通过调整爆破的掏槽及周边光爆系数尽量克服。2.2循环进尺的确定经各方面综合考虑后，开挖每循环进尺确定为2.2-2.3m，爆破方量为18m3（松方）。本循环进尺可满足钻机钻眼效率及拖拉机人工装运松渣能力。2.3炮眼布孔设计（1）掏槽型式布置设计根据类比法与工程施工经验，隧洞开挖掏槽采用四空眼十字形直眼掏槽。此方式掏槽效果良好，可适用于个类岩石。掏槽孔深2.5米。掏槽孔布置形式见图2。施工时要严格控制好孔位的布设计钻孔的平行度。（2）周边光面爆破设计洞室周边采用光面爆破法施工。影响光面爆破效果的主要技术参数有：炮眼间距（E）最小抵抗线（W）、不偶合系数（D）和装药系数（q）。周边孔径（d）为42mm，空深2.4m，各主要参数的确定依据工程类比法及施工经验，在地质围岩f=8-10（本工程洞段的大部分围岩的坚固系数）情况下确定如下：炮眼间距：E=（8-15）d。岩石坚硬完整度越好E值可取越大。在中等硬度或在中等以上的岩石，一般取45-55cm，考虑本隧洞的几何断面，周边孔距设计为:上拱49.2mm，侧墙及底边50mm。最小抵抗线：一般W=1-1.25E。本工程的最小抵抗线设计为55mm左右。不偶合系数（D）：D=药卷直径/炮眼直径。实践证明，在一般地下光爆工程中，不偶合系数选用1.5-2.0光爆效果最好。光爆采用自制药卷，直径为22mm。不偶合系数为1.91。周边光面爆破的有关技术参数表见表1。表1隧洞开挖光爆参数表项目炮孔数孔径药径不偶合系数炮眼间距最小抵抗线单位个mmmmmmmm数量1642221.91上拱49.2mm侧墙及底边50mm0.55（3）辅助眼布孔设计辅助眼孔径设计为42mm，孔深4.2m，孔距比周边眼孔距稍大，一般取60-80cm，本工程辅助眼设计孔距为65mm左右。（4）炮眼布置设计炮眼布置设计见图3（马蹄形断面2×2.3m）。个炮眼布置参数见表2。表2炮眼布置设计表孔号名称孔数（个）孔距（mm）孔深（m）钻孔延米1-5掏槽眼5252.512.56-9掏槽眼4162.51010-15辅助眼665左右2.414.416-31周边眼16见图中2.438.4合计3175.32.3装药量及装药结构设计根据类比法及工程施工经验，个炮眼的装药系数为掏槽眼120%、辅助眼100%、周边眼80%。各炮眼均采用反向装药，装药结构为：掏槽眼、辅助眼为偶合连续，周边眼为不偶合连续。各炮眼的装药量及装药结构见表3。表3炮眼装药参数表孔号名称孔数|（个）孔深（m）装药系数每孔装药量（kg）装药结构1-5掏槽眼52.5120%2.1（15节）偶合连续6-9掏槽眼42.5空孔10-17辅助眼62.4100%1.65（12节）偶合连续18-31周边眼162.480%0.85（光爆药卷）不偶合连续合计3175.3342.4起爆破顺序设计采用非电塑料导爆管和毫秒微差雷管起爆，掏槽孔使用1-5段，其余孔采用6-15段间隔使用，反向起爆，并联联接，各孔的导爆管分组用黑胶绑在火雷管上引爆。2.5爆破综合技术经济指标项目断面积钻孔米数平均循环进尺比钻眼量循环装药量比装药量炮眼利用率单位㎡mmm/kgkg/%数量4.5675.32.37.2343.24963.开挖施工情况3.1施工机具：采用国产765型钻机、2.5m-3m钻杆、一字型42mm合金钻头钻眼。人工装渣，3轮改装手扶拖拉机（规格长×宽×高为2.5m×1.5m×1.8m）运渣弃渣。3.2爆破器材：炸药选用2号岩石硝铵炸药，规格为32×200mm（直径×长度）、重量0.15kg。周边光爆药卷采用自行加工的直径为22mm的药卷。采用非电塑料导爆管和毫秒微差雷管起爆。3.3工期要求：隧洞开挖要求在17个月完成，平均月开挖进度要求120m以上。3.4进度情况：虎头山隧洞工程于96年1月25日组织进场施工，96年2月7日开始进入洞室开挖施工。97年7月16日隧洞开挖全部结束。隧洞开挖工期要求在17个月完成，开挖实际作业历时16.5个月（期间除去节假日），平均月开挖进度达到126.4米，比合同开挖工期提前半个月。施工中每循环爆破进尺基本可达到2.4m左右，爆眼利用率达96%。3.5质量情况（1）隧洞开挖外观：隧洞开挖在地质条件好的洞段（围岩为Ⅱ、Ⅲ类）成型规则，洞壁开挖平整，平整度不大于10cm，开挖残留半孔达13孔，残留孔率达81.5%。光面爆破效果理想。（2）开挖质量评定情况：隧洞开挖每100m作为一个开挖单元，其中洞室开挖共25个单元，经施工单位自检，监理及质检单位核评，优良单元达18个，优良品率达72%，洞室开挖分部质量达优良等级。3.6安全情况：本工程开工以来未发生过一起安全事故。4.结语虎头山隧洞开挖爆破方案是在认真分析工程的基本资料基础上，根据工程类比法及工程施工经验进行设计。它成功地应用了全断面光面爆破法，正确指导了虎头山隧洞的爆破开挖施工，为隧洞的创优开挖分部打下了基础。笔者认为：在小断面隧洞的爆破开挖施工中，应优先考虑全断面光面爆破法，在隧洞的不同施工条件下进行认真分析，制定合理的爆破方案，选择适当的爆破参数，为开挖施工提供前提条件。注：作者姓名：苏景辉；性别：男；出生年月：1972年6月22日；工作单位：泉州市北渠管理处；通讯地址：福建泉州市鲤城区堤后路堤防大楼五楼工程科；职务：副科长；职称：助理工程师；联系电话：0595-22838770；传真：0595-22381339；邮编：362000