【正文】 大型地下廠房開挖過程中廣泛采用的鉆爆法施工作業(yè)，闡述了地下廠房開挖的方法和鉆爆施工的關(guān)鍵技術(shù)。 文中詳細(xì)介紹了地下廠房的各種開挖方法，施工方式、基本的分層原則，分析了影響分層的各種因 素。根據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖斷面、開挖方法、掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具和爆破器材等進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，合理確定炮眼布置、數(shù)目、深度、角度、裝藥量 和裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法、起爆順序、循環(huán)作業(yè)等，以便應(yīng)用工程實(shí)踐。 現(xiàn)代水利水電工程爆破，則重點(diǎn)突出了即優(yōu)質(zhì)、高效、快速爆破巖體，又安全、有效、合理的保護(hù)地質(zhì)巖體與生態(tài)環(huán)境的技術(shù)，使爆破全過程納入人與自然和諧相處的狀態(tài)，符合水資源可持續(xù)利用和發(fā)展的方向。 1． 1 鉆爆法開挖施工程序 鉆爆法隧洞開挖施工工序包括 :準(zhǔn)備、布眼、鉆孔、裝藥、填塞、爆破、通風(fēng)、處理懸石、排碴。 武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 鉆爆設(shè)計(jì)方法 專業(yè)文檔盡在我主頁 （ 4）由于地下工程的造價(jià)高、維修不方便，因此施工過程中，應(yīng)確保工程質(zhì)量，盡量減少爆破作業(yè)對(duì)圍巖的破壞，以確保圍巖的完整。 這種掘進(jìn)方式的優(yōu)點(diǎn)是 :工作場(chǎng)面大，可采用大型高效機(jī)械施工，施工進(jìn)度快 。 其缺點(diǎn)為 :預(yù)先必須做好地質(zhì)勘探工作，有準(zhǔn)確的地質(zhì)資料 。 斷面分部開挖適用于不太堅(jiān)固的巖層 (f≤ 7)， 對(duì) 開挖斷面較大的平洞開挖，是一種常用的施 工方法。三是通過導(dǎo)洞的開挖，能對(duì)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件做進(jìn)一步的了解，有利于開挖作業(yè)順利進(jìn)行。 1． 4 地下廠房開挖程序 地下廠房不僅具有 跨度大、邊墻高、交叉洞室多 等特點(diǎn)，而且在施工過程中層次及工序繁多、技術(shù)要求高，這些都給地下廠房的開挖帶來了很大的難度。在廠房開挖的過程中，施工通道的重要性不言而喻，通往廠房的永久通道和增設(shè)的臨時(shí)施工通道是有限的，如何合理充分的利用這些位于不同高程的施工通道，是在分層時(shí)首先必須考慮的問題； （ 2）廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。地下廠房作為廠房系統(tǒng)洞室群中最主要的洞室，不僅本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相貫洞室多，而且與 相鄰洞室聯(lián)系緊密，在某些情況下，這些相鄰洞室有時(shí)要利用廠房作為施工通道，分層時(shí)必須考慮到這種可能的情況； 另外，廠房分層還要便于一些重要部位（例如巖錨梁）的施工。下面結(jié)合其他的因素對(duì)廠房細(xì)化分層。下一層如果考慮母線洞的開挖，則其底面需與母線洞底部在同一水平面上，這樣可能造成與 交通洞存在一定高差，但可以采用升坡開挖加以解決。 下部施工通道主要是與 廠房相接的引水隧洞和尾水支洞，先看以引水隧洞作為武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 鉆爆設(shè)計(jì)方法 專業(yè)文檔盡在我主頁 施工通道的這一層（蝸殼層），該層施工使用鑿巖臺(tái)車從引水隧洞向廠房?jī)?nèi)掘進(jìn)，基本上是采用洞挖的方式，則可確定此層下界限與引水隧洞底面高程一致，因?yàn)閺S房在這個(gè)層面上兩端又有臺(tái)階，所以層面頂部與此臺(tái)階應(yīng)在一個(gè)水平面上，該層與第三層之間所夾巖體可以劃分為一層（第四層）。 炮孔布置根據(jù)圍巖種類、地質(zhì)情況、預(yù)期循環(huán)進(jìn)尺來確定炮孔數(shù)量、位置、深度和傾斜度及裝藥量。 掏槽孔由其布置形式的不同分為直孔掏槽、斜孔掏槽和混合掏槽三類。六是鉆孔質(zhì)量較高，應(yīng)力求做到炮位準(zhǔn)確。其主要缺點(diǎn)是掏槽深度受到開挖斷面寬度和巖層硬度的限制，不易提高每一循環(huán)的進(jìn)尺，因?yàn)閹r質(zhì)越硬，炮孔傾角越小，掏槽孔有效深度受 斷面的限制也越大。巖質(zhì)越硬，傾角越小，孔底距離為 ～ 。 ③混合掏槽：混合掏槽是指兩種以上掏槽方式的混合使用，一般在巖石特別堅(jiān)硬或隧洞開挖斷面較大時(shí)使用。 （ 3）崩落孔 崩落孔布置在掏槽孔與周邊孔之間。掏槽孔一般應(yīng)布置在開挖面中央偏下部位，其深度應(yīng)比其它孔深 15cm 20cm。斷面拐角處應(yīng)布置炮孔。 ③輔助孔的布置主要是解決炮孔間距和最小抵抗線的問題，這可以由施經(jīng)驗(yàn)決定，一般抵抗線 W 約為炮孔間距的 60%～ 80%，并在整個(gè)斷面上均勻排列，當(dāng)采用2號(hào)巖石餒梯炸藥時(shí)， W 值一般取 ～ . ④ 當(dāng)炮孔的深度超過 2. 5m 時(shí)，靠近周邊孔的內(nèi)圈輔助孔應(yīng)與周邊孔有相同的傾角。必須根據(jù)巖性、鑿巖設(shè)備和工具、炸藥性能等綜合分析，合理選用孔徑。 一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和工程模擬確定鉆孔深度。因?yàn)閹r石的抗壓能武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 鉆爆設(shè)計(jì)方法 專業(yè)文檔盡在我主頁 力最強(qiáng)，故把巖石單軸抗壓強(qiáng)度極限的 1/10 作為巖石的堅(jiān)固性系數(shù)，即 （ 12）式中： c? 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度， MPa。在節(jié)理裂隙較發(fā)育或?qū)永砻黠@、不易控制爆破裂隙方向的巖體中，或?qū)τ陂_挖輪廓質(zhì)量要求較高時(shí)，周邊孔間距可根據(jù)情況適當(dāng)減少，裝藥量也必須相應(yīng)減少。邊線控制爆破是為保護(hù)保留區(qū)巖體或圍巖表面的特殊爆破法。光面爆破多用 于隧洞開挖，而預(yù)裂爆破則多用于高邊坡開挖和控制設(shè)計(jì)邊線的深槽基礎(chǔ)開挖 。大型地下廠房一般為 50～ 110m。根據(jù)爆破的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般不偶合系數(shù)選用 m＝ 2～ 4，堅(jiān)硬巖石選小值，松軟巖石選大值。 １ .： ①光面爆破層厚度 W ：即最小抵抗線的大小，一般為炮孔直徑的 10～ 20 倍，巖質(zhì)軟弱、裂隙發(fā)育取小者。 ④線裝藥密度 xQ ：一般按照松動(dòng)爆破藥量計(jì)算公式確定 qaWQx ? (16) 式中： q －松動(dòng)爆破單耗， 3mkg ； a －光面爆破孔間距， m ； W －光面爆破層厚度， m 。 （ 2）臺(tái)階高度 H：臺(tái)階高度的選取應(yīng)綜合考慮地質(zhì)與巖性，開挖強(qiáng)度與進(jìn) 度要求，鉆孔、裝渣和運(yùn)輸設(shè)備的性能及合理配套等條件確定。 表 12 高度影響系數(shù) ? 的確定 H (m) 10 12 15 17 20 22 25 27 30 ? （ 5）超鉆深度 H? ：超鉆的作用就是在于克服底盤阻力，避免殘埂獲得符合設(shè)計(jì)標(biāo)高且較平整的底盤。一般按下式估算： dWa )~(? dWb )~(? (110) （ 8）堵塞長(zhǎng)度 1L ：深孔臺(tái)階爆破的堵塞長(zhǎng)度可參考以下公式綜合確定： dWL ? dL )30~20(1 ? LL )~(1 ? (111) （ 9）裝藥量計(jì)算 前排炮孔的單孔藥量為： HqaWQ d? (112) 后排炮孔的單孔藥量為： qabHQ ? (113) 式中： q －深孔臺(tái)階單耗 , 3mkg 。④ 由于抵抗線變小，藥包距自由面距離變近，爆破產(chǎn)生的反射拉伸波作用變強(qiáng)，使破碎率提高。 （ 4）孔距 a :炮孔間距應(yīng)使某一炮孔爆炸時(shí)不致 炸傷相鄰的另一炮孔，且爆后兩孔間不留殘石埂。 1． 10爆破控制及安全措施 在完成爆破開挖時(shí)，爆破作業(yè)必然會(huì)伴生爆破飛石、地震波、空氣沖擊波、噪音、粉塵和有毒氣體等負(fù)面效應(yīng)。同時(shí)要對(duì)爆破作業(yè)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整爆破參數(shù)。在爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中要合理利用毫秒延期起爆雷管合理分段，來控制間隔時(shí)差，減少振動(dòng)的疊加。它主要受地形、地質(zhì)條件，施工對(duì)巖塊破碎度的要求和允許的最大單響量等因素制約。 （ 2）空氣沖擊波的防護(hù) 當(dāng)空氣沖擊波達(dá)到一定的值，它可以使人致殘、破壞建筑物或設(shè)備。所以空氣沖擊波的強(qiáng)度與所用炸藥的能量有關(guān)。工程等別 為 Ⅰ 等工程，主要水工建筑物為 1 級(jí)。廠房、主變室及尾水閘門室三大洞室平行布置，廠房與主變洞之間巖柱厚 ，主變洞與尾水閘門室之間巖柱厚 。 排 風(fēng) 排 煙豎井 約 280 φ 15000 排風(fēng)豎 井 φ 2700 通風(fēng)平洞 1300 風(fēng)機(jī)室擴(kuò)挖 38 4800 為擴(kuò)挖后尺寸 電纜平洞 1000 排水廊道 12700 共設(shè)三層，布置高程分別為 、 、襯砌后斷面為 的直墻圓拱型。 主廠房軸線與主結(jié)構(gòu)面有較大夾角，一般大于 50176。 圍巖以Ⅱ，Ⅲ類圍巖為主，巖體中無大的斷層分布，綜合各類圍巖主要物理力學(xué)參數(shù)表和巖石物理力學(xué)性質(zhì)指針表，將地下廠房圍巖的參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況分為兩種情況：Ⅱ類圍巖參數(shù)和Ⅲ類圍巖參數(shù)。 、氣象條件及水文地質(zhì)條件 工程區(qū)氣候較為濕潤(rùn)，多年平均氣溫 ℃ ，極端最高氣溫 ℃ ，極端最低氣溫 ℃ ；多年平均年蒸發(fā)量 ；多年平均相對(duì)濕度 68%；最大風(fēng)速；多年平均年降水量 ，歷年最大日降水量 ，年平均降水日數(shù) 143 天。 主要技術(shù)問題 通過對(duì)以上瀑布溝主廠房以上資料的分析，可以看出主廠房在開挖施工過程中主要存在以下技術(shù)問題： ① 廠房工程規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 ② 廠房的地質(zhì)條件復(fù)雜，地應(yīng)力高。 開挖方式 瀑布溝工程主廠房的開挖斷面大，根據(jù)地下廠房開挖的一般方法，主廠房采取斷面分步法開挖即分層開挖的方法，根據(jù)文中第一章中介紹的地下廠房分層原則和方法，共分Ⅸ層開挖。具體分層見下圖。 武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三章 主廠房頂拱層（主廠房Ⅰ層）開挖設(shè)計(jì) 專業(yè)文檔盡在我主頁 第三章 主廠房頂拱層（主廠房Ⅰ層）開挖設(shè)計(jì) 開挖方式： 第Ⅰ層為頂拱開挖，由廠房上支洞及和 2施工支洞爬坡進(jìn)入，該層輪廊開挖跨度大、質(zhì)量要求 高，噴錨支護(hù)和觀測(cè)儀器埋設(shè)量大，結(jié)合施工機(jī)械的特性，開挖采用中導(dǎo)洞先行、隨后進(jìn)行兩側(cè)擴(kuò)挖的開挖程序（圖 31）。 圖 3－ 1 地下廠房 Ⅰ 層開挖 程序示意圖 中導(dǎo)洞參數(shù)設(shè)計(jì)按全斷面開挖的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ④ 單位體積耗藥量 q：按式（ 1－ 1）計(jì)算得： 1. 4 1. 4 15 18 1. 28q f s? ? ? ?， 則在初步設(shè)計(jì)中取單位體積耗藥量為 3mkg 。 初步設(shè)計(jì)按式（ 1－ 4）計(jì)算得： 掏槽孔的裝藥量： kgaLQ ????? ? ； 崩落孔的裝藥量： kgaLQ ????? ? ； 周邊孔的裝藥量 ： kgaLQ 9 2 ????? ? ； 具體裝藥量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和爆破試驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)得調(diào)整。的夾角，長(zhǎng)度分別為 、 、。周邊孔間距 70cm。圖32 為中導(dǎo)洞炮孔布置圖。 武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三章 主廠房頂拱層（主廠房Ⅰ層）開挖設(shè)計(jì) 專業(yè)文檔盡在我主頁 圖 3－ 3 中導(dǎo)洞 開挖裝藥結(jié)構(gòu)圖 （單位： cm） ③ 起爆順序與起爆方法 :為保證既將爆破 引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在控制范圍內(nèi)，又能獲得較好的爆破效果，便于鏟裝、運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行，必須在嚴(yán)格限制單段最大裝藥量的同時(shí)，盡量能使掏槽孔、各類同排炮孔同時(shí)起爆。 主廠房頂拱層（主廠房Ⅰ層）中導(dǎo)洞開挖的詳細(xì)鉆爆設(shè)計(jì)見附圖 1。在拱部 (中導(dǎo)洞上方 )呈弧形布置 2 排崩落孔，排距 80～ 100cm，頭排孔與與中導(dǎo)洞相距 90cm。武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三章 主廠房頂拱層（主廠房Ⅰ層）開挖設(shè)計(jì) 專業(yè)文檔盡在我主頁 圖 3－ 4 中部擴(kuò)挖的炮孔布置圖（單位： cm） ② 裝藥結(jié)構(gòu)：周邊孔使用φ 25mm 卷狀乳化炸藥空氣間隔裝藥，線裝藥密度取mg/300 。 主廠房頂拱層（主廠房Ⅰ層）中部擴(kuò)挖的詳細(xì)鉆爆設(shè)計(jì)見附圖 2。 （ 2） 爆破施工設(shè)計(jì)： ① 炮孔布置：側(cè)體擴(kuò)挖崩落孔逐排布置，共布置 5 排，孔距為 110～ 130cm，排距為 90～ 110cm；崩落孔垂直與掌子面，鉆孔深度為 ；其中二圈孔間距為 70～ 80 cm，底孔間距為 90～ 100cm。 圖 3－ 7 單側(cè)擴(kuò)挖的裝藥結(jié)構(gòu)圖（單位： cm） ③ 起爆順序和起爆方法：采用排間微差起爆網(wǎng)絡(luò)，崩落孔從內(nèi)到外依次起爆，最后是二圈孔和周邊孔。其中中部拉槽預(yù)裂孔采用 ROCD7 履帶式液壓潛孔鉆鉆孔，梯段爆破孔采用一般潛孔鉆鉆孔。 ① 臺(tái)階高度 H：根據(jù)開挖強(qiáng)度與進(jìn)度要求和現(xiàn)場(chǎng)施工組織安排，拉槽爆破的臺(tái)階高度去 ； ② 炮孔直徑 d：根據(jù)鉆孔機(jī)械條件，炮孔直徑去 76mm； ③ 底盤抵抗線 dW ：按式（ 1－ 7）計(jì)算得： mdHDW d ?????? ? 式中： D 為巖石影響系數(shù)，取 ； ? 為臺(tái)階高度影響系數(shù)，參考表 2 取值為 。 ，鉆孔深度為 ；周邊預(yù)裂孔布置在拉 槽邊界線，炮孔間距為 50cm，與最近的主爆孔相距 90cm。 主廠房Ⅲ層中部拉槽詳細(xì)鉆爆設(shè)計(jì)見附圖 4。 武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 主廠房Ⅲ開挖設(shè)計(jì) 專業(yè)文檔盡在我主頁 圖 4－ 4 保護(hù)層開挖程序圖（單位： cm） （ 1）爆破參數(shù)設(shè)計(jì) ① 炮孔長(zhǎng)度 L ：根據(jù)保護(hù)層開挖程序，取炮孔長(zhǎng)度與臺(tái)階高度相同，即上層取 ，下層取