光面爆破在姚蔣隧道開挖中的應用

[摘要] 該文以新建鐵路甬臺溫鐵路姚蔣隧道進口施工（葛岙隧道）為例，著重介紹了Ⅱ級圍巖光面爆破在隧道開挖施工中的成功運用，展示光面爆破的各個關鍵環節，分析如何達到良好的爆破效果和在經濟、質量方面帶來的效益，使光面爆破技術精益求精。

[關鍵詞] Ⅱ級圍巖 開挖輪廓線 流水搭接

1 前言

甬臺溫鐵路客運專線姚蔣隧道位于臺州市三門縣沙柳鎮，中心里程DK91+311，全長2572m，隧道進口縱坡坡度為0.4%。地質復雜，處剝蝕低山區，隧道頂最小埋深不到5m，最大埋深266m，原為古河床，地下水豐富，礦藏水體積較大，有可能沿節理裂隙涌入隧道，施工時有必要采取防水措施。洞口142m為強風化Ⅴ級圍巖間雜濕陷土，往里50m為Ⅲ級圍巖，再往里為Ⅱ級圍巖。由于間雜濕陷土，使得工程難度加大很多，種種原因導致工期拖延了十八個月之久，我公司接手后，工期已是十分嚴峻，使之成為甬臺溫鐵路Ⅱ標三大關鍵性控制工程之一。

2 光面爆破工藝

隧道光面爆破循環：①爆破設計；②放樣作業；③臺車打眼、鉆孔；④裝藥、起爆；⑤通風；⑥危巖處理；⑥光爆質量檢查。工藝流程見圖1。

2.1 光面爆破效果要求

（1）輪廓整齊、美觀圓順，不欠挖，平均線性超挖盡量減小；

（2）炮眼痕跡保存率大于85%，在開挖輪廓面上均勻分布，每循環炮眼對齊大致一條線；

（3）兩茬炮銜接臺階平均值小于10cm。

（4）爆出石碴塊適合裝碴要求。

（5）爆破進度最大化。

2.2 爆破參數的設計

裝藥結構見圖2。施工中鉆爆參數將根據實際情況進行調整。

2.3 爆破參數

炮眼直徑d：選用42mm的鉆孔直徑。

炮眼深度L：Ⅱ類圍巖炮眼深度約4.5m。

抵抗線W：當炮眼直徑在35～42mm的范圍內時，抵抗線W與炮眼深度的關系是：W=（15～25）d或W=(0.3～0.6)L。據此，Ⅳ級圍巖取W=50cm，Ⅱ、Ⅲ級圍巖取55cm。

炮眼間距a：同一排兩炮眼之間的距離與抵抗線之間的關系式為：W =（1.1～1.8）E。根據以往的施工經驗取W= 1.25E，Ⅳ級圍巖取E=62cm。Ⅱ、Ⅲ級圍巖取70cm。

單孔裝藥量Q: Q單=K#8226;W#8226;a#8226;H=1.58kg（以4.5m孔計算）。

爆破振動速度驗算：V=k（Q1/3/R）a=1.94cm/s。

堵塞長度：不小于20cm。

掏槽眼形式：掏槽眼采用菱形直眼掏槽，為滿足鉆孔臺車鉆眼鑿掏槽眼方便，達到要求的精度，將掏槽眼設置在偏中線一側（左右均可）1.5～1.8m， 距底板線1.5～1.8m處，炮眼布置詳見圖3。

2.4 雷管與起爆順序

隧道內爆破選用非電毫秒雷管，分多段起爆。起爆順序：先掏槽后擴槽，從低段到高段逐段起爆，周邊眼最后起爆。

2.5 爆破網絡

爆破振動與同段起爆的炸藥量密切相關，采用非電微差起爆技術不但控制單段雷管的起爆藥量，又能有效控制每段雷管間的起爆時間，使爆破震動波減少疊加。消除爆破震動的有害效應。在施工中采用孔外同段、孔內微差的網絡起爆。

2.6 爆破器材的選擇

選用φ32mm防水的乳化炸藥。周邊眼采用φ22mm的小藥卷，并采用導爆索綁小藥卷的空氣間隔不連續裝藥結構。隧道爆破采用塑料導爆管和毫秒雷管起爆系統。

3 爆破效果影響因素

3.1 施工放樣準確性

施工離不開測量放樣，放樣的準確性是取得標準施工產品的基礎條件，而隧道斷面放樣有其獨特的要求，既要準確，又要快速完成任務。

有條件的話，可以首選隧道激光斷面儀放樣，它準確又方便操作，但是需要全站儀等定向儀器配合使用。其次可以選擇全站儀放樣，它的精度比隧道激光斷面儀更高，無需其他測量儀器配合即可獨立完成任務。這種情況測量人員需要一定的計算機編程基礎。在姚蔣隧道爆破施工放樣中，測量工程師根據施工需要編制了斷面輪廓檢核程序。從而為鉆眼提供了準確的起點位置。經過熟練操作，準確放出全部周邊眼位置(Ⅱ級圍巖全斷面開挖設計71個炮眼)僅需13分鐘左右。

3.2 鉆眼間距及鉆眼方向掌握

3.2.1 周邊眼。光面爆破周邊眼一定要最后起爆，而且周邊眼應同時起爆。為了不致使開挖輪廓面越來越小，周邊眼應有一定的外插值。每排眼的外插值均不得小于10cm，當外圈眼無外插值時，周邊眼的外插值計入周邊眼的抵抗線。鉆眼深度大于3.0m，外圈眼應與周邊眼有相同的外插值。

3.2.2 底眼。底眼爆破的好壞對于是否能按設計要求形成底板輪廓線影響很大。如果底孔超高，或向下傾斜的角度不夠、裝藥不足等，爆破后往往會造成底板欠挖出現“底坎”。這將給巖石的鏟裝及下一個掘進循環的鉆孔工作帶來極大困難。為避免欠挖、消除底坎，要適當減小底孔的間距，并使鉆孔方向超出底板標高10—15cm。底板眼的超深值應計入其抵抗線的尺寸內。底眼的間距一般應取為抵抗線的1.2倍。底孔較其它周邊眼要增加裝藥量，減少堵塞長度。

3.2.3 輔助眼。輔助眼根據其崩落量計算其裝藥量。輔助眼間距一般按1.1倍抵抗線計算。

3.3 毫秒材料的正確使用與起爆順序的控制

要嚴格控制掏槽眼－擴槽眼－輔助眼－周邊眼的先后起爆的順序，要做到這一步，毫秒材料的分段使用與正確控制起到了關鍵的作用。在姚蔣隧道爆破中格外重視毫秒的使用，為取得良好的爆破斷面效果提供了保障。

3.4 掏槽眼形式

隧道的掘進爆破只有一個臨空面，即工作面，巖石的夾制作用大。為提高爆破效果，通過在開挖斷面的適當位置布置一些裝藥量較多的炮眼，首先將工作面上的一部分巖石破碎并拋出，形成一槽形空穴，為輔助孔爆破創造第二個臨空面，以提高炮眼利用率。掏槽孔內的裝藥不僅要能充分破碎巖石，還必須具有將孔內巖石拋出的足夠的能量。因此，掏槽孔的裝藥量比輔助眼的裝藥量要適當加大，掏槽眼一般應布置在開面中部偏下的地方，以增加向下崩落的巖石的體積，減少向上的崩出量，起到降低炸藥單耗量的作用。掏槽眼過于偏下則會因微差間隔時間過長影響上部的爆破效果。掏槽眼一般要較其它炮眼深5—10％。

3.5 流水工序的安排

在取得良好斷面開挖效果的同時，我們需要提高生產效益，這樣施工工序的安排就是一門很深的學問，姚蔣隧道施工隊在多年的施工經驗中總結了非常寶貴的管理經驗，在流水作業安排上掌握了較為合理的搭接時距。采用了放樣－鉆眼－裝藥流水搭接施工，取得了較高的經濟效益。

放樣－鉆眼－裝藥工序流水搭接示意如圖4所示。

4 實際效果及施工進度分析

姚蔣隧道通過對現場光面爆破關鍵因素的嚴格控制和合理調節，爆破取得了良好的斷面結構，嚴格控制了超欠挖情況。經檢驗，各開挖斷面均達到了預期的效果。并且在合理安排流水工序下，取得了可觀的進度，在大約2km出碴運距的情況下，2007年10月至2007年12月平均開挖進度達175.3m，最快開挖進度在12月份達到210m。

通過對甬臺溫鐵路姚蔣隧道光面爆破施工的研究分析表明，嚴格控制影響光面爆破效果各項關鍵因素對爭取良好的光面爆破效果及進度具有十分重要的作用，也為今后隧道爆破提高效益提供了值得參考的經驗依據。

參考文獻

[1] 中鐵二局. 鐵路工程技術施工手冊(隧道)[M]. 北京: 中國鐵道出版社，2004.

[2] 中鐵二十四局甬臺溫鐵路工程項目部爆破方案，2006.

[3] 中鐵二十四局甬臺溫鐵路工程項目部. 施工作業指導書匯編.

[4] 戴俊. 巖石動力學特性與爆破理論[M]. 北京：北京冶金工業出版社，2002.