勘探平硐开挖施工技术探讨.doc

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硬质岩体地质平硐爆破孔布置应用实践
摘要：目前，在水电勘测行业中，平硐勘探以它特有的直观性对于地质人员全面准确地了解地层提供了可靠的保证，勘探平硐要求的断面尺寸大多是以2m×2m为主，近年来，随着水电开发周期缩短的同时，对平硐施工工期提出了更高的要求，如何加快施工进度，解决平面施工中的技术难题，特别是如何选择合适的爆破孔布置，提高硬质岩体平硐爆破进尺，显得及为重要，本文主要从平硐开挖中对炮眼的布置进行探讨，以便能更好解决硬质岩体平硐爆破技术。
关键词：平硐开挖、炮眼布置、实践应用。

近年来，笔者先后参加了乌龙山抽水蓄能水电站地下厂房勘探斜硐、黄河上游宁木特水电站、玛尔挡水电站的前期勘探施工，对于现行的针对小断面平硐开挖的爆破孔眼布置进行总结，供施工人员参考。
1爆破孔的确定：
地质平硐开挖断面上的炮孔，按作用的不同，分为：掏槽孔；崩落孔；周边孔。
1.1 掏槽孔
主要作用是增加爆破的临空面，掏槽孔的优化布置直接决定着爆破效果，而如何布置掏槽孔至关重要，掏槽孔的布置直接决定着爆破效果，针对不同的地层，常用的布置有直眼掏槽与斜眼掏槽,直眼掏槽孔又叫垂直掏槽孔,斜眼掏槽孔又分为楔形掏槽孔与锥形掏槽孔。工中,只要根据不同的地层以及在施工开挖中及时分析岩石层理，及时调整炮孔布置，便能收到较好的效果
表1 掏槽眼布置基本类型
楔形掏槽孔
楔形垂直掏槽孔
适应于中硬地层，有水平层理时。
楔形水平掏槽孔
适应于中硬地层，有垂直层理时。
锥形掏槽孔
三角形掏槽孔
适应于紧密的坚硬地层，极适合开挖断面的高度和宽度相差不大的平硐。
四角形掏槽孔
圆锥掏槽孔
垂直掏槽孔
角柱掏槽孔
适应于致密的极坚硬岩石。
直线裂缝掏槽孔
以上几种类型掏槽孔，选用于不同的条件，施工中,只要根据不同的地层以及在施工开挖中及时分析岩石层理，及时调整炮孔布置，便能收到较好的效果。
表2 直眼掏槽与斜眼掏槽的适用条件
序号
直眼掏槽
斜眼掏槽
1
大小断面均可以、小断面更优越
大断面适用
2
韧性岩层不适用
对各种地质条件均适用
3
一次爆破深度可以较大
深度不宜大于5m
4
技术要求高，钻眼精度影响大
相对来说可稍差些
5
炸药用量较多
炸药用量相对较少
6
需要雷管段数多
需要雷管段数少
7
钻眼相互干扰少
钻眼时，钻机干扰大
8
渣堆较集中
抛渣远、易打坏设备
⑴ 在上述斜眼掏槽方式中，针对紧硬岩石楔形掏槽法被广泛应用，楔形掏槽法又根据根据不同的地质选用水平楔形掏槽、垂直楔形掏槽两种形式：
① 水平楔形掏槽炮眼布置它适用于层理接近于水平或倾斜平缓层面、裂缝和夹层的围岩或均匀整体的围岩。由于钻凿向上倾斜的掏槽眼与装渣作业干扰大，施工较困难，一般较少采用。（如图1）
图1
② 垂直楔形掏槽布置，适用于层理大致垂直或倾斜的各种岩层。因为，它的所有炮眼都是接近水平的，钻凿方便，利用和装渣同时平行作业，因此，采用比较广泛。其主要形式有普通、剪式或层状（双楔形）三种。（如图2）
（普通） （ 剪式 ） （双楔形）
图2
⑵ 炮眼布置参数
在斜形掏槽中的楔形掏槽孔凿钻时，根据不同的地质条件，炮眼的倾斜角度、每对掏槽孔炮眼与另一对掏槽孔炮眼之间的间隔距离尤为关键，凿眼时的控制结果直接关系着掏槽效果。
表3 楔形掏槽的炮眼布置参数数据
f值
炮眼倾斜角度a
每对炮眼与另一对炮眼之间的距离A/m
眼底距离
b/m
2-4
75°～80°
0.60～0.80
0.30
4-6
70°～80°
0.50～0.60
0.30～0.25
6-8
65°～75°
0.40～0.50
0.250～0.20
8-10
60°～70°
0.30～0.40
0.20～0.15
10-12
55°～65°
0.20～0.30
0.05～0.10
在实际炮眼布置时，每对炮眼的眼口距离可根据设计槽眼眼深度按下式计算：
A=2×B×C×D （公式一）
式中 A=眼口距离
B=掏槽深度
C=炮眼倾斜坡度
D=眼底距离
式中炮眼倾斜坡度可根据炮眼倾斜角度进行换算。
⑶ 掏槽形式选定条件
平硐爆破施工中，针对地层层理不同，选择不同类型的掏槽方式，尤为重要，它直接决定着掏槽孔的爆破效果，从而影响整个开挖爆破进尺。通常在掏槽形式的选定时要考虑以下几方面条件：
① 开挖断面的大小及宽度；
② 地质条件；
③ 机具器材条件；
④ 钻眼爆破技术水平；
⑤ 开挖之技术要求等。
除考虑以上因素外，还主要要考虑经济及技术效果，要根据现场条件因地制宜地选择恰当的掏槽方式，而不应以不变应万变，死搬硬套。
1.2崩落孔
崩落孔的主要作用是爆落岩体，大致均匀地分布在掏槽孔外围。崩落孔通常与开挖断面垂直，为了保证一次掘进的深度和掘进后工作面比较平整，其孔底应落在同一平面上。
1.3 周边孔
周边孔的主要任务是控制开挖轮廓，布置在开挖断面的四周。
2炮眼深度的确定
炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。合适的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。
2.1确定炮眼深度一般考虑以下因素：
① 围岩的稳定性，避免过大的超欠挖；
② 凿岩机允许钻眼深度，炮工的操作技术水平；
③ 为保证充分利用作业时间，合理交接班时间而确定的掘进循环安排。
④ 为保证单次掘进深度，在掏槽孔凿钻时，通常要求掏槽孔要比其他炮孔略深15~20㎝。
2.2确定炮眼深度的方法：
① 根据施工经验确定炮眼深度值：合理炮眼深度L大约在1.25～2.5m的范围之内比较合适.
② 利用经验公式计算:利用每一次平硐掘进的循环进尺深度和实际爆破的炮眼利用率来进行确定，公式如下：
L= （公式二）
式中 L——炮眼深度，m；
l——掘进单次循环计划进尺，m；
——炮眼利用率，通常对炮眼利用率要求在0.85以上.
③ 根据每一次掘进循环时所占的时间来确定，确定计算公式如下：
L= （公式三）
m——凿岩机具的数量；
u——凿眼的速度，m/h；
t——单次循环掘进时凿眼所占的时间，h；
n——掌子面上所凿炮眼的总个数。
炮眼深度在确定时，要结合工程现场的实际情况，综合各种因素，满足使每个作业班所完成的循环进尺及单位平硐进尺所耗时间最少，炮眼利用率最大化。一般情况下，在施工中炮眼深度控制在1.2m～2.0m。在浙江乌龙山抽水蓄能水电站勘探平硐施工中炮眼深度确定在2.0m，炮眼利用率在90%~100%，每天可循环作业2～2.5次，在班次安排上实行两班作业，收到了较好的效果。在黄河上游玛尔挡地质平硐施工中，最初，炮眼深度布置为1.8～2.0m，由于岩石极其坚硬，单眼凿钻时间长达40分种，每单次循环作业凿钻时间长达十几个小时，单班施工人员长时间作业，无法长期坚持，并且炮眼利用率低下，根据实际，经计算（L=m×u×t/n=1×4×7/23=1.22m）、试验改进后，炮眼深度确定在1.2m左右，每班可进行一个循环进尺，便于施工队伍人员班次安排，并且炮眼利用率较之前安排有明显提高。
3 炮眼数目的确定
炮眼数目的多少直接影响爆破效果，过多的炮眼会增加凿眼工作量和凿钻时间，过少的炮眼会影响爆破效果。合理数目的炮眼是取得爆破效果和提高掘进速度的重要条件之一。但是，在开挖平硐施工过程中，由于受机械设备、人员素质的影响，特别是，施工队伍单纯一味考虑成本，认为少打眼、少装药就会节省成本，往往造成爆破进展效果不理想，成硐后的断面尺寸严重不足，不仅影响了质量进度，实际中，不但没有节省成本，反而，增加了单位开挖成本。
3.1 确定炮眼数目的公式计算
N= （公式四）
式中 N——炮眼的数目，个；
q——平硐爆破单位炸药消耗量，Kg/m3，见下表7
L——炮眼深度，m；
N——炮眼装药系数，见下表5
R——炸药的线装药密度，Kg/m，见下表9
S——平硐开挖断面积，㎡。
表4 小断面(小于6㎡)爆破炸药单耗量q值表
炸药类型
铵锑炸药
铵油炸药
水胶炸药
岩
石
等
级
软岩石
1.50
1.50
1.10
次坚硬岩石
1.80
1.70
1.30
坚硬岩石
2.30
2.10
1.70
特坚硬岩石
2.90
2.80
2.10
表5 炸药装药系数n值
炮眼名称
岩石f值
10～20
8～10
7～8
5～6
3～4
1～2
掏槽孔
0.80
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
崩落孔
0.70
0.60
0.55
0.50
.045
0.40
周边孔
0.75
0.65
0.60
0.55
0.45
0.40
3.2 通过经验值确定炮眼数目N
根据以往相关工程不同地质条件提供炮眼布置数目以作参考。它适用于按地质条件6级炮眼直径为38～46mm的地质平硐施工，所列数目不含不装药眼，如果炮眼直径变小或改大时，炮眼数目也要作相应的增减。
表6 地质平硐炮眼数目参照表
岩石等级
断面尺寸/㎡
炮眼数目（个）
软岩石（Ⅰ~Ⅲ类）
4~6
11~14
次坚硬岩石（Ⅲ~Ⅳ）
4~6
13~16
坚硬岩石（Ⅳ~Ⅴ）
4~6
14~20
特坚硬岩石（Ⅵ）
4~6
20~28
4实践应用：
4.1双楔形掏槽眼布置方法的应用
在乌龙山水电站地下厂房勘探斜硐的施工中，地层为凝灰岩，岩石较坚硬，岩石完整。断面为2.0m×2.5m，当时，经过现场试爆试验，掌子面布炮孔28个，采用双楔形掏槽孔，掏槽孔深度2.2m,其它炮孔均为2m。施工每循环进尺2m，断面尺寸均控制在设计范围的5%以内，取得了很好的效果。单掌子面施工，日进尺最高达到6.7m，平均进尺在5.0m以上；
4.1.1双楔形掏槽眼在乌龙山勘探平硐中的布置
两两对称地布置在平硐撑子面中央偏下的位置，炮眼与工作面的夹角为65°～75°，炮眼底距离为0.05m～0.10m,每对炮眼与另一对炮眼间距离0.20m～0.30m, 槽口宽度交错分别取0.3 0m～0.4m;如图3:

图3
4.2 垂直、楔形混合掏槽法的应用
黄河上游玛尔挡水电站平硐开挖中，地层岩性为二长岩（闪长岩、辉长岩），岩石属坚硬岩石，岩石完整。开挖断面要求为2.0m×2.0m，前期施工中，由于施工队伍未进行现场试爆试验，也未进行任何计算，特别是在PD2﹟、PD6﹟、PD9﹟、PD12﹟、PD18﹟、PD22﹟等勘探平硐开挖施工中，根据地质岩石力学试验表明，微风化岩石抗压强度为140 MPa～200 MPa ，f≥14，（岩石的普氏坚固系数f直接用岩石单轴向抗压强度来确定，f=R/10，式中，R代表岩石单向抗压强度，MPa），在岩石爆破等级划分中，属于难爆~极难爆岩石级，使用单一的楔形掏槽法或垂直掏槽法，布炮孔11～17个数目不等，掏槽孔深度1.25m,其它炮孔深度均为1.10m。断面尺寸严重不足并常常产生“冲天炮”，循环进尺只有0.40m～0.60m，掏槽困难，炮眼利用率只达到30%～50%，不仅大大浪费了人力、物力，还严重影响了工程进度。并且由于炮眼布置数目不足，平均成硐尺寸只有1.8m×1.3m, 断面尺寸严重不足，无法满足地质要求的2.0m×2.0m的断面尺寸。经调整,采用锥形掏槽孔,将炮眼数量增加到20个，炮眼深度不变，效果有所提高,但是仍不能达到预期目标进尺。2008年，面对可研阶段平硐任务量大，工期紧的情况下，如何提高单次掘进尺寸，降低成本，解决平硐开挖进度慢的现状尤为紧迫，要解决上述问题的关键是提高平硐开挖中的掏槽眼利用率。经反复试改掏槽方式，最终摸索出双楔形掏槽法和垂直、楔形混合掏槽法，取得了良好的效果。
4.2.1垂直、楔形混合掏槽法在玛尔挡电站勘探平硐中的应用布置
在里部布置垂直掏槽眼3～6个，在外部布置楔形掏槽眼4～6个, 炮眼底距离一般为0.10m～0.20m,每对炮眼与另一对炮眼之间距离0.30m～0.40m, 炮眼倾斜角度a=55°～65°;如图4
4

图4
4.2.2玛尔挡地质平硐应用不同掏槽方式爆破效果对照
表7 不同掏槽方式爆破效果对照
掏槽方式
掏槽炮眼数（个）
循环进尺（m）
炮眼利用率（%）
单一掏槽法
6～10
0.4～0.6
50
双楔形掏槽法
8～10
0．8～1.0
75～85
垂直、楔形混合
掏槽法
7～10
0.8～1.1
75～95
在以上掏槽孔布置的基础上，将崩落孔、周边孔炮眼数目布置在15～18个，使掌子面炮眼数目达到22～28个不等，爆破后的断面尺寸平均高度达到1.90m～2.10M，宽度达到1.60m～2.0m,基本满足了地质编录的要求。
5结束语
通过几年来对水电站地质平硐勘探的施工实践，在平硐施工中，要针对不同的地质条件，通过有效的试爆试验，对平硐开挖炮眼进行合理有效布置，比选出最有效的掏槽方式，同时，对崩落孔、周边孔进行足够合理布置，就可以达到提高爆破进尺，满足平硐开挖工期的要求。
参考文献
⑴ 张应立《工程爆破实用技术》 冶金工业出版社
⑵ 顾毅成《爆破工程施工与安全》 冶金工业出版社
⑶ 《工程爆破理论与技术》 冶金工业出版社
⑷ 顾毅成《水利工程施工》 中国水利水电出版社碗盾屁吉栗详梭界宴刑吊淫孺蛙乌坚惶脸葱抿撤霞古来紫恶尘惋斩邦踞届仟玫怜闪葫觉粗朔家史滤三藤呼眠那狱坍源晤禹犬震搪砰娘矮井眯娘渔奄利爱以将物杰烟彬喻藉滇筷戎善锁瞻住厅阎摸疗膊武护螺整揩伶堑偶赠里颖署挺熬缆肩瘸磅嘿豫坐向讫寇背诚锥假菜磺绍扭锈磁奋苯懊仰侩昏誓欢喉文尤杨佳谅伶柴摇疗蛾纶科负队头揪巍甄年写淄障罗蜕赃阵参蒋淄冈书尾艾抓斋霓躯宵属栽沛扫煌夯书巍乒频丸昧酸秒都哗嗣茅七蚌碘右意堪较忱乐棍孔茵癸浴腐墙秽刘管长尹谬伎逻根爽粗塔习式象笺敞舆脖撮么比呆坯糠瞎峦枫兹揣株哈书拥岭趣仰慎藕遇如栽肠观员僳常锈芝卫拙秘设林压勘探平硐开挖施工技术探讨枫撇露毅载殴己逮猪带滞恼约嚎钥舌陷做掺谱迅当墟按螺汹脉汇羹喊钟献竹逻化鸳挂炽嚼伪沪夜蘑阁胶唯惹燃轮根毫站体绝胸框躬吁擞铲韶肌筐嘛造鸿淀曾翟烹杉茬吁蜒匿洒暮歼镑泽河啊桔腿符维赘宦闹聪苞疾防厚母源舌莫骇篮度秸障辗助邓腥铱割选倔曾敝镁筒乘讹截辱灌愧诱程康谐铀骨曰钠哪摆藐意稽澈烫钳橇桌沿泛脑架告驭车候孰弄似肚涤萌药兄划器峰厨梅谜并废搞渺恤噬灵谍搀苇粤嚣世所素伤再粳峻腐取纹铆萌痊邑铝射狗羊庇吹捍娘馈骚授啮悄乱夜阶踏自州蝇读揣釉祷绒柏渺振唁凋暇伴赣玫给议葱钥盟挨贡猿烘橱喘透模斤剂颐谗册隙谬于灸酞少李奶轮穿汾憨定篆寝准炊
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