一种小断面隧洞长进尺钻爆方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种小断面隧洞长进尺钻爆方法。

背景技术

小断面隧洞广泛应于小流量、高水头的水电工程、水利引水工程以及大型水电工程中灌浆平洞与地下厂房的排水洞等。目前，小断面隧洞采用钻爆法进行开挖施工时，一般采用“空孔直线掏槽、全断面一次爆破成型法”的开挖施工技术。

由于隧洞开挖断面小，爆破时仅利用空孔和掌子面作为爆破自由面，岩石夹制力比较大，一次爆破开挖循环进尺较短，一般为0.4～0.6倍的洞径或跨度；同时，炮孔利用率较低，一般在80％左右，施工进度不易得到保证。

发明内容

本发明的目的是，提出一种小断面隧洞长进尺钻爆方法，延长开挖循环进尺，提高炮孔利用率，促进施工进度，降低施工成本；解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种小断面隧洞长进尺钻爆方法，包括以下步骤：

S1：全断面一次钻孔，在隧洞开挖面由中心至外围，依次开挖掏槽孔、辅助孔、周边光爆孔、底板孔；

S2：掏槽孔内装药，起爆；

S3：辅助孔内装药，起爆；

S4：周边光爆孔内装药，起爆；

S5：底板孔内装药，起爆。

优选的，所述掏槽孔由内圈掏槽孔和外圈掏槽孔组成，所述外圈掏槽孔环绕设置在所述内圈掏槽孔的外围；在步骤S2中，所述内圈掏槽孔内不装药，所述外圈掏槽孔内装药。

优选的，所述辅助孔环绕设置在所述掏槽孔的外围，所述辅助孔的排布与隧洞形状相匹配，所述周边光爆孔设置在隧洞的两侧壁面和上壁面，所述底板孔设置在隧洞的底板面。

优选的，所述掏槽孔、辅助孔及底板孔分别采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。

优选的，所述周边光爆孔采用导爆索起爆、光面爆破技术进行轮廓控制。

优选的，所述掏槽孔、辅助孔、周边光爆孔、底板孔设置钻孔直径42毫米；

所述掏槽孔设置孔深3.50米，孔距0.10-0.25米；

所述辅助孔设置孔深3.30米，孔距0.50-0.80米；

所述周边光爆孔设置孔深3.30米，孔距0.40-0.55米；

所述底板孔设置孔深3.30米，孔距0.50-0.60米。

优选的，所述周边光爆孔采用25毫米×150g型2#岩石乳化炸药，间隔不耦合装药，不耦合系数为1.68；所述掏槽孔、辅助孔、底板孔采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药。

与现有技术相比，本发明提供了一种小断面隧洞长进尺钻爆方法，具备以下有益效果：

本发明，显著延长开挖循环进尺，促进施工进度。“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆技术，施工方法简单；洞室虽分次进行爆破，但单次循环进尺可达2.8～3.1米；与常规的“全断面一次爆破成型法”中，单次循环进尺为0.4～0.6倍洞径或跨度(约1.1～1.8米)相比，每茬循环进尺提高170％以上，极大地提高了施工效率。

本发明，有效提高炮孔利用率，降低施工成本。通过掏槽孔1先行起爆后，为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的爆破自由面，平均炮孔利用率可达到90％以上；与常规的“全断面一次爆破成型法”平均炮孔利用率在80％左右相比，炮孔利用率提高了110％以上，在促进施工进度的同时，也降低了施工成本。

本发明，一次爆破为二次爆破创造自由面，使得在后的爆破时，降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏，提高洞室爆破开挖质量。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明显著延长开挖循环进尺，促进施工进度。“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆技术，施工方法简单；洞室虽分次进行爆破，但单次循环进尺可达2.8～3.1米；与常规的“全断面一次爆破成型法”中，单次循环进尺为0.4～0.6倍洞径或跨度(约1.1～1.8米)相比，每茬循环进尺提高170％以上，极大地提高了施工效率；有效提高炮孔利用率，降低施工成本。通过掏槽孔1先行起爆后，为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的爆破自由面，平均炮孔利用率可达到90％以上；与常规的“全断面一次爆破成型法”平均炮孔利用率在80％左右相比，炮孔利用率提高了110％以上，在促进施工进度的同时，也降低了施工成本；一次爆破为二次爆破创造自由面，使得在后的爆破时，降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏，提高洞室爆破开挖质量。

附图说明

图1为钻孔布置示意图；

图2为掏槽孔引爆后状态示意图；

图3为辅助孔引爆后状态示意图。

图中：1、掏槽孔；2、辅助孔；3、周边光爆孔；4、底板孔；101、内圈掏槽孔；102、外圈掏槽孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-3，一种小断面隧洞长进尺钻爆方法，包括以下步骤：全断面一次钻孔，掏槽孔1内装药、起爆，辅助孔2内装药、起爆，周边光爆孔3内装药、起爆，底板孔4内装药、起爆。

在每循环开挖时，全断面的炮孔一次钻孔完成；爆破时，分次完成；先行起爆掏槽孔1，再进行辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4的装药爆破。

其中，具体步骤如下。

S1：全断面一次钻孔，在隧洞开挖面由中心至外围，依次开挖掏槽孔1、辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4。

其中，掏槽孔1以隧洞开挖断面的中心位置为中点，以矩形或圆形排布进行布置。掏槽孔1设置由内圈掏槽孔101和外圈掏槽孔102组成，外圈掏槽孔102环绕设置在内圈掏槽孔101的外围，构成中心双环绕结构。

辅助孔2环绕设置在掏槽孔1的外围，辅助孔2的排布与隧洞形状相匹配，整体布置外观为同中心点、缩小版的隧洞形状。在上部拱形位置区域，适当减少辅助孔2的布置；整体辅助孔2的数量，根据隧洞开挖断面的面积进行计算。小断面隧洞一般设置一圈即可，在施工中，根据操作环境进行适应性匹配调整。

周边光爆孔3设置在隧洞的两侧壁面和上壁面，分布在隧洞开挖断面的轮廓线上。底板孔4设置在隧洞的底板面。

基于小断面隧洞一般宽度在4米以内，横截面较小的特征，设计常规造孔数据方案：

造孔孔径统一设置为42毫米；掏槽孔1设置孔深3.50米，孔距0.10-0.25米；辅助孔2设置孔深3.30米，孔距0.50-0.80米；周边光爆孔3设置孔深3.30米，孔距0.40-0.55米；底板孔4设置孔深3.30米，孔距0.50-0.60米。造孔数量，根据具体环境进行匹配设置。

所有爆破孔设置为统一规格孔径，在一次性开孔时，使用一种造孔设备即可完成操作。同时，42毫米孔径可满足在大部分小断面隧洞进行爆破的要求。

S2：掏槽孔1内装药、起爆；其中，内圈掏槽孔101内不装药，设置为空孔；外圈掏槽孔102内装药。

结合42毫米孔径，采用32毫米×200克型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药；并，采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。

掏槽孔1起爆后，在隧洞面的中心位置形成槽洞，为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的自由面。

S3：辅助孔2内装药、起爆。

结合42毫米孔径，采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药；并，采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。

S4：周边光爆孔3内装药、起爆。

结合42毫米孔径，采用25毫米×150g型2#岩石乳化炸药，间隔不耦合装药，不耦合系数为1.68；并，采用导爆索起爆、光面爆破技术进行轮廓控制起爆。

利用掏槽孔1起爆后形成的自由面，辅助孔2和周边光爆孔3的单次爆破开挖循环进尺可达2.8～3.1米；同时，平均炮孔利用率也可达到90％以上；在促进施工进度的同时，也降低了施工成本。

S5：底板孔4内装药、起爆。

结合42毫米孔径，采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药；并，采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。

分次起爆，完成对小断面隧洞的单次钻爆。

在辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4起爆中，形成的槽洞自由面，降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏，提高了洞室爆破开挖质量。

在某水电站项目中，地下洞室总长度达9.51千米，主要以小断面洞室为主。其中，引水系统5#施工支洞全长195.26米，开挖断面为3.0米×3.0米的城门洞形，开挖面积为8.244平方；该施工支洞负责压力管道主洞段全长336.284米，主洞开挖断面为2.7米×2.7米的城门洞形，开挖面积为6.506平方，均属特小断面平洞开挖。洞室主要以片麻岩为主，岩体的完整性较好。为加快工程施工进度，避免后期全面施工后资源设备占压，提高施工效率，同时控制洞身开挖质量，减少后期混凝土回填工程量，在洞室开挖中采用本方案提供的“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆施工技术。

在洞室开挖施工前，组织现场施工所用的设备、风水管线等附属设施就位工作，并保证施工设备、机具良好的运行状态。采用全站仪进行测量放样，准确放出开挖轮廓线、顶拱圆心点、拱肩等特征点以及洞室走向等，并在掌子面对开挖断面轮廓进行标识。在过程中及时对已开挖断面进行复核，保证洞室开挖尺寸符合设计要求。根据测量放样点，由爆破员会同现场技术人员，根据现场围岩地质条件，参考爆破设计参数，在掌子面标出炮孔的孔位及方向，并确定钻孔深度。

设计参数为，钻孔设置为统一直径42毫米；掏槽孔1孔深3.50米，孔距0.10-0.25米；辅助孔2孔深3.30米，孔距0.50-0.80米；周边光爆孔3孔深3.30米，孔距0.40-0.55米；所述底板孔4孔深3.30米，孔距0.50-0.60米。

参数设计后，进行开挖。

开挖过程中，先进行掏槽孔1部位施工。掏槽孔1双环结构，以洞室中心点为圆心，分别构造半径为0.10米和0.25米圆形的内接正方形。其中，内圈掏槽孔101设置四孔，设置在0.10米直径圆的内接正方形的四角位置；内圈掏槽孔101外围，环绕设置八个外圈掏槽孔102；外圈掏槽孔102设置在0.25米圆的内接正方形的四角位置以及正方形边长中心点位置。

环绕掏槽孔1设置辅助孔2；辅助孔2与操作面匹配，设置为城门洞形。水平设置4排，排间距0.50米。顶端一排与拱形搭配，减少布孔；中心位置与掏槽孔1中心重合，减少一个。由上至下，各排依次设置为2孔、3孔、2孔、3孔。各排水平中心位置，与掏槽孔1的中心位于同一垂面。相邻孔水平间距0.80米；其中与掏槽孔1中心水平重合层，两孔间的孔间距为1.60米；下部三排各孔垂直方向对应。共设置10个辅助孔2。

沿隧洞两侧壁面和上壁面，设置周边光爆孔3；根据隧洞尺寸，设置16个周边光爆孔3。其中，上弧面设置间隔0.40米，共设置12个周边光爆孔3；两侧壁面设置间隔0.55米，共设置4个周边光爆孔3。

沿隧洞底板面，设置底板孔4；底板孔4设置为5个。中心的底板孔4位于底板面的中心点，中心的底板孔4与相邻两侧的底板孔4间隔设置为0.50米，最外围底板孔4与相邻底板孔4的间隔设置为0.60米。

钻孔质量，将直接影响洞室爆破开挖效果，在施工中严格按照爆破设计孔位、方向、深度进行钻孔；以确保爆破开挖后，光面爆破残孔率及洞室平整度符合规范要求。

全断面钻孔完成后，利用高压风水枪将炮孔清洗干净。验收合格后，由爆破员按照爆破设计参数，对掏槽孔1内进行装药、联网，检查无误后，进行一次起爆爆破。

爆破参数为，外圈掏槽孔102内，采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药；并，采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。

爆破后，经通风排烟后，检查爆破效果，必要时进行补炮处理，直至达到预期的掏槽效果，完成一次爆破作业。

一次爆破完成后，人工清理将掏槽区内的爆破石渣清理干净，以形成良好的爆破自由面。再利用高压风水枪将炮孔清洗干净、验收合格后，由爆破员按照爆破设计参数，对辅助孔2、周边光爆孔3、底板孔4进行装药、联网，检查无误后，依次进行爆破。

爆破参数为，辅助孔2内，采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药，采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆；周边光爆孔3内，采用25毫米×150g型2#岩石乳化炸药，间隔不耦合装药，不耦合系数为1.68，并采用导爆索起爆、光面爆破技术进行轮廓控制起爆；底板孔4内，采用32毫米×200g型2#岩石乳化炸药，连续耦合装药，采用毫秒延期导爆管雷管孔内微差起爆。

爆破后，启动通风系统进行排烟、除尘，通风时间不少于15分钟，通风管末端距离掌子面保持在30米左右，必要时根据现场实际情况增加水雾降尘，以保证通风效果。同时，对洞内的有害气体及易燃、易爆气体进行定期检测。通风排烟结束后，由安全员会同爆破员对爆破效果进行检查，同时对爆破作业面及其附近区域进行排查，对发现的盲炮、危石等安全隐患及时进行处理。爆破完成后，开挖渣料采用扒渣机或地下铲运机，配合小型矿用自卸车运至洞外弃渣场。根据设计施工图纸及围岩地质条件及时完成初期支护，对于Ⅳ、Ⅴ类围岩段应做到支护跟进，对于Ⅱ、Ⅲ类围岩段在完成一个单元工程后及时完成支护。

本发明，显著延长开挖循环进尺，促进施工进度。“全断面一次钻孔、分次爆破”开挖钻爆技术，施工方法简单；洞室虽分次进行爆破，但单次循环进尺可达2.8～3.1米；与常规的“全断面一次爆破成型法”中，单次循环进尺为0.4～0.6倍洞径或跨度(约1.1～1.8米)相比，每茬循环进尺提高170％以上，极大地提高了施工效率。有效提高炮孔利用率，降低施工成本。通过掏槽孔1先行起爆后，为辅助孔2及周边光爆孔3创造良好的爆破自由面，平均炮孔利用率可达到90％以上；与常规的“全断面一次爆破成型法”平均炮孔利用率在80％左右相比，炮孔利用率提高了110％以上，在促进施工进度的同时，也降低了施工成本。一次爆破为二次爆破创造自由面，使得在后的爆破时，降低了爆破振动对洞室岩壁的扰动破坏，提高洞室爆破开挖质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。