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摘 要：国外某水利水电工程施工导流洞工程的地质条件十分特殊，各种地质结构面超常发育。工程地质特性决定爆破开挖施工技术方案，通过对原爆破开挖施工技术方案和优化后爆破开挖施工技术方案进行多方面比较，最终选择优化爆破开挖施工技术方案，实践表明，优化方案在确保施工安全、改善施工质量的同时，降低了施工成本，加快了施工进度。
关键词：导流洞；爆破开挖；施工方案；优化
1 工程概况及工程特点
1．1 工程概况
整个枢纽工程是一个综合利用的水利水电工程，由坝区及灌区2大部分组成，主要任务是农业灌溉、防洪和发电。设计坝高133m，坝型为RCC曲线混凝土重力坝，总装机容量17MW，总库容14亿m3；厂房位于右岸地面，导流洞布设于右岸山体中。导流洞开挖长度390m，衬砌长度392．14m，开挖断面为圆形，开挖直径7．56～8．4m，开挖断面积44．87～52．92m2，平均开挖断面积48．9m2。
1．2 施工特点
1．2．1 各种地质结构面超常发育岩体极为破碎
岩性以薄层灰岩为主，夹有砂质页岩及中厚层灰岩，导流洞围岩主要地质参数值，见表1。
从表1中看出，岩石属于中硬和软弱类。从现场勘察看出，各种走向、各种倾角（大部分倾角小于50°）、不同厚度（大部分为厚度仅几厘米的薄层砂质页岩和几十厘米的中厚层灰岩）、不同岩性的岩石，尺寸为几厘米的碎石体。裂隙密集带、剪切带及破碎带部位的岩体为Ⅴ类，其它部位为Ⅲ～Ⅳ类，导流洞虽位于地下水位之上，但仍存在局部裂隙水。各种地质结构面超常发育，岩体极为破碎，成洞条件差，这是该导流洞工程施工最显著的特点。
1．2．2 一次支护工作量很大
导流洞围岩设有一次支护和二次衬砌进行加固，具体技术参数见表2所示。
从表2可看出，导流洞一次支护的工作量很大，为确保施工安全，导流洞开挖完成后需及时进行一次支护，导流洞一次支护全部完成后必须立即进行导流洞钢筋混凝土衬砌。
1．2．3 工期十分紧迫
据施工总进度安排，导流洞爆破开挖全部完成后，就立即在右坝肩边坡上进行灌浆实验，待灌浆实验完成后，才能进行大规模的坝肩爆破开挖。所以，导流洞爆破开挖工期为关键直线工期，若导流洞爆破开挖工期拖延1d，那么整个枢纽工程总的工期就拖延1d，故导流洞爆破开挖工期极为紧迫。
2 原爆破开挖施工技术方案
导流洞原爆破开挖施工程序见图1所示。
原爆破开挖施工技术方案：将导流洞分为上半洞Ⅰ和下半洞Ⅱ开挖，上半洞又分成2次开挖到设计断面，上半洞先开挖断面尺寸：宽×高＝4m×（3．78～4．2）m的导洞Ⅰ1一定距离后，然后扩挖上半洞Ⅰ2，最后再一次性开挖下半洞Ⅱ到设计断面。
原爆破开挖施工技术方案的不足主要有以下4点：
（1）上半洞仅22．4～27．7m2，若再分成2次开挖到设计断面，施工工序很多，施工进度极慢，这直接导致工期成本增大；
（2）导洞周边须进行光面爆破，顶拱及边墙须进行支护，钻孔数量、火工材料、支护材料等消耗较多，这直接导致施工直接成本很高；
（3）上半洞Ⅰ2扩挖时，对围岩产生重复扰动，必使围岩松动范围增大，爆破震动对导洞顶拱先进行的支护定产生不利影响，原导洞顶拱先进行的支护效果降低，施工安全问题较突出；
（4）上半洞扩挖岩体Ⅰ2和导洞Ⅰ1顶拱周边结合处，成孔十分困难，有时根本无法成孔，这直接导致断面成型更差。
3 岩体特性理论分析和优化爆破开挖施工技术方案
3．1 岩体特性理论分析
导流洞围岩按力学属性分类，它属于块裂体，为不连续介质。导流洞围岩力学特性见表3所示。
岩体结构面组合情况见图2所示。
从图2可看出，岩体虽被结构面切割成碎块状，但基本上都呈镶嵌结构。导流洞岩体一经爆破开挖后，就人为形成了不规则的临空面，这时在地应力的作用下，就形成了应力集中区。因结构面极发育，开挖断面成型更困难，应力集中则更严重，这直接导致了导流洞顶拱及边墙部位围岩松动，形成松动圈，顶拱围岩因自重坠落影响，松动圈形成较快，且较厚，自稳时间相对较短；边墙松动圈的形成相对较慢，且较薄。
因导流洞岩体基本上都呈镶嵌结构，若不及时进行一次支护，只要镶嵌结构中某一块体塌落，就会立即引起极不利的连锁反应，相邻的块体就会迅速紧接着塌落，若还不采取有效措施及时进行制止，那么在顶拱上方部位就很有可能形成较大空间的塌空区。若此处结构面还含地下水，将降低岩石结构面的力学参数，会加速顶拱岩体的塌落，且塌落范围会更大。
若导流洞严格遵循“新奥法”施工，导流洞岩体一经采用严格的控制爆破法开挖后，就及时进行严格的一次支护，把易先塌落的块体牢牢锁住，那么围岩松动圈厚度就会急剧缩小，且进行严格一次支护后的围岩松动圈，就好似一座不断加宽的牢固薄壁柔性拱，其不但承载自身重量，而且还主动承载传给它的外来压力。再加强一次支护后的围岩变形监测，根据监测结果及时调整一次支护的设计方案，并严格实施，围岩的稳定性将得到根本性的改善，就可杜绝大塌方现象的发生，确保施工安全。
4．2 优化爆破开挖施工技术方案
根据原爆破开挖施工技术方案的缺点和对岩体特性进行的理论分析，特提出优化开挖程序，见图3所示。
优化爆破开挖施工技术方案：将导流洞分为上半洞Ⅰ和下半洞Ⅱ开挖，上半洞取消原爆破开挖方案采用的导洞Ⅰ1开挖这一道工序，一次性将上半洞Ⅰ开挖到设计断面，上半洞贯通后，再一次性将下半洞Ⅱ开挖到设计断面。
优化爆破开挖施工技术方案的优越性如下：
（1）上半洞一次开挖到设计断面，施工工序少一倍，施工进度快，这直接导致工期成本剧减；
（2）取消导洞，钻孔数量、火工材料、支护材料等消耗减少，这直接导致施工直接成本降低；
（3）取消导洞，减少了对围岩产生的重复扰动，必使围岩松动范围减小，再进行严格的一次支护，就可确保施工安全；
（4）上半洞一次钻孔完毕后起爆，断面成型较好。
4 爆破开挖施工技术方案比较
原爆破开挖施工技术方案和优化爆破开挖施工技术方案，在施工进度、施工成本、施工安全和施工质量4个方面的比较情况，见表4所示。
通过表4比较可明显看出，优化方案明显优于原方案，故选定优化爆破开挖施工技术方案作为最终导流洞的开挖方案。
5 结语
优化爆破开挖施工技术方案在实施中，爆破开挖效果较好：导流洞周边光爆孔半孔率较采用原爆破开挖施工技术方案高，开挖断面成型较采用原爆破开挖施工技术方案好；施工成本较采用原爆破开挖施工技术方案得以较大幅度降低；在确保施工安全的前提下，大大加快了施工进度。通过实践证明了优化爆破开挖施工技术方案的科学性。
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