軟弱圍巖隧道爆破技術(shù)設(shè)計(jì)探討

摘要:文章主要介紹了濟(jì)邵高速公路新林隧道程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，探討了在軟弱圍巖地段隧道爆破施工技術(shù)，分析了光面爆破設(shè)計(jì)及安全施工對(duì)策，并對(duì)鉆爆法的設(shè)計(jì)施工組織為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞:軟弱圍巖;隧道爆破;設(shè)計(jì);施工技術(shù)

中圖分類號(hào):U45+.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)14-0012-02

1工程概況

新林隧道位于王屋山區(qū)，隧道為分離式隧道，全長(zhǎng)670 m。隧道位于王屋鄉(xiāng)新林小學(xué)附近，屬侵蝕剝蝕底山丘陵區(qū)(Ⅱ)。隧道軸線通過(guò)處最高海拔約578 m，最大相對(duì)高差約55 m。山體走向呈南北向。新林隧道區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，隧道區(qū)圍巖主要發(fā)育產(chǎn)狀為90°∠88°、60°∠85°、200°∠28°、183°∠40°的四組節(jié)理，節(jié)理以平直為主，多閉合，節(jié)理密度2～5條/m，局部密集可達(dá)7條/m。隧道區(qū)段內(nèi)巖石為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，抗風(fēng)化能力較弱。進(jìn)洞口段自然坡向東傾，地形坡度200～400，為斜坡地形，表面殘坡積層較薄，部分缺失，巖性為亞粘土，屬V級(jí)圍巖，下伏基巖為三疊系二馬營(yíng)組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚約1.5 m，圍巖穩(wěn)定性差，BQ<250，屬于Ⅴ級(jí)圍巖。

本隧道穿過(guò)砂巖強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化層，埋置淺，地下水不發(fā)育，主要為基巖裂隙水，水量較貧乏。

2軟弱圍巖隧道爆破開(kāi)挖方案確定

在開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)根據(jù)圍巖類別(或級(jí)別)選用合理的爆破參數(shù)和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞材料，盡量減小爆破對(duì)圍巖和鄰近洞室的擾動(dòng)和破壞，嚴(yán)格控制超欠挖和爆破震動(dòng)速度，充分保護(hù)圍巖的自承能力。前一洞室爆破對(duì)相鄰洞室爆破震動(dòng)速度的影響應(yīng)控制在5 cm/s之內(nèi)。

3鉆爆設(shè)計(jì)

3.1鉆爆設(shè)計(jì)方案

總的設(shè)計(jì)思想是拱部采用光面爆破，邊墻采用預(yù)裂爆破，核心采用控制爆破，掏槽采用拋擲爆破的綜合控制爆破技術(shù)。根據(jù)開(kāi)挖方法分別采用半斷面及全斷面兩種爆破方式，采用非電毫秒雷管爆破網(wǎng)路。對(duì)Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖采用半斷面臺(tái)階方式爆破，為減輕爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，開(kāi)挖斷面采用多段位非電雷管進(jìn)行網(wǎng)路設(shè)計(jì)。

根據(jù)本項(xiàng)目圍巖特點(diǎn)，Ⅳ級(jí)圍巖為軟弱粉砂巖，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2 m時(shí)采用斜眼掏槽。

在風(fēng)化、破碎較嚴(yán)重的地質(zhì)條件下，宜采用光面爆破或輪廓線鉆眼法，或者預(yù)留光面層光面爆破開(kāi)挖修邊。

3.2底板眼鉆爆要求

①將底板眼分成幾段分開(kāi)起爆，這樣能減少底板眼同段起爆，共同作用的炸藥量，改變了底板眼抵抗線的方向，實(shí)際上縮小了底板眼的抵抗線，從而可以減小底板眼爆破產(chǎn)生的地震強(qiáng)度。

②起爆順序:掏槽眼→掘進(jìn)眼→內(nèi)圈眼→底板眼→周邊眼。

③選擇雷管段號(hào)時(shí)注意三點(diǎn):第一，合理的段間隔時(shí)間;第二，同一段炮眼的裝藥量應(yīng)小于最大單段的允許裝藥量;第三，前一段的爆破要盡量為后段爆破創(chuàng)造良好的臨空面。

3.3爆破參數(shù)的選擇

通過(guò)對(duì)爆破試驗(yàn)確定爆破參數(shù)，光面爆破參數(shù)表總結(jié)如表1。

對(duì)爆破參數(shù)選擇的注意事項(xiàng):

①軟巖隧道采用光面爆破的相對(duì)距離(E/W)宜采用表中的最小值。

②裝藥集中度(q)按照2號(hào)巖石硝銨炸藥考慮，當(dāng)采用其它炸藥時(shí)應(yīng)進(jìn)行換填，換算指標(biāo)主要是猛度和爆力(平均值)。按下式計(jì)算:

③采用光面爆破時(shí)，爆破振動(dòng)速度應(yīng)控制在:中硬巖15 cm/s，軟巖5 cm/s。要求爆破的振動(dòng)速度是根據(jù)離開(kāi)挖工作面1～2倍洞跨處實(shí)測(cè)得的，它可以用速度傳感器將所得的信號(hào)通過(guò)測(cè)震儀放大，在光線示波器記錄得到。光面爆破以后，開(kāi)挖巖面上不應(yīng)該有明顯的爆震裂縫。

3.4軟弱圍巖光面爆破器材的選擇(統(tǒng)計(jì)如表2)

①掏槽眼、掘進(jìn)眼選用乳化炸藥。

②周邊眼選用低爆速、低密度、高爆力、小直徑、傳爆性好的光爆炸藥。

③起爆雷管選用分段微差非電毫秒雷管。

3.5周邊眼參數(shù)選用及鉆眼要求

周邊眼參數(shù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式:

間距:E=(8～12)d (d為炮眼直徑)，cm;

抵抗線:W=(1.0～1.5)E，cm;

裝藥集中度:q=0.04～0.19kg/m;

3.6炮孔設(shè)計(jì)及施工

①炮孔布置。先布置掏槽眼、周邊眼，再布置底板眼、內(nèi)圈眼、二臺(tái)眼，最后布置掘進(jìn)眼，掘進(jìn)眼均勻布置，內(nèi)圈眼間距為周邊眼間距的1.5倍，抵抗線為間距的0.7倍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不至于使底板越爆越高，底板眼設(shè)計(jì)下插角度;二臺(tái)眼、底板眼也要比掘進(jìn)眼適當(dāng)加密，確保考慮到先爆破眼的部分石碴堆在上面，減少爆破負(fù)荷。

②炮眼深度L。軟弱圍巖隧道通常以循環(huán)進(jìn)尺作為眼深，掏槽眼加10～20%。在軟弱圍巖中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般宜在1.0～1.5 m范圍內(nèi)考慮，新林隧道根據(jù)進(jìn)度及爆破效果，選擇炮眼深度為1.5 m。

③炮眼數(shù)目N。在小直徑(35～42 cm)炮眼，開(kāi)挖斷面積在5～50 m2的條件下，單位面積鉆眼數(shù)為1.5～4.5個(gè)/m2。在計(jì)算時(shí)注意:軟巖隧道的炮眼平均裝藥系數(shù)n大約在0.2～0.4的范圍內(nèi);單位炸藥消耗量在大斷面爆破與小導(dǎo)坑爆破不同，可參照表3;若采用光面爆破，炮眼數(shù)目應(yīng)增加20%左右。

④光面爆破單孔裝藥量的計(jì)算。

式中:

Qk——單孔裝藥量，g

β——光面爆破炮眼裝填系數(shù)

L——炮眼深度

ρ0——炸藥的密度，g/cm3

dt——炸藥直徑，cm

爆破總裝藥量的計(jì)算:Q=Qk·S·L··· (kg)

S——開(kāi)挖斷面積，m2

L——炮眼深度，m

鉆孔作業(yè)及裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞方式按有關(guān)施工規(guī)范執(zhí)行。

4爆破效果

在新林隧道軟弱圍巖(Ⅳ、Ⅴ級(jí))爆破施工中，對(duì)鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從直眼掏槽到斜眼掏槽方式及組合斜眼掏槽方式進(jìn)行優(yōu)化，爆破效果顯著，線性平均超挖13.2cm，炮眼利用率均達(dá)到90%～95%，邊墻光面爆破炮眼保存率62%，采用預(yù)裂爆破可達(dá)80%(Ⅳ級(jí)圍巖)，幾乎每茬炮進(jìn)尺均達(dá)1.5 m(孔深1.7 m)。這一效果極具經(jīng)濟(jì)價(jià)

值。

5結(jié) 語(yǔ)

①軟弱圍巖隧道爆破施工中，宜采用臺(tái)階法施工，對(duì)爆鉆設(shè)計(jì)，先現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，再不斷的總結(jié)，不斷的完善。

②對(duì)于水平平行狀巖采用預(yù)裂爆破效果較好，在傾斜狀層狀圍巖中實(shí)施光面爆破效果較好。

③對(duì)于軟弱圍巖隧道鉆爆法施工是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展的施工方法，可以采用工程類比法和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法相結(jié)合選擇爆破參數(shù)，要不斷的總結(jié)。

參考文獻(xiàn):

[1] 黃成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 王夢(mèng)恕.淺埋隧道暗挖法設(shè)計(jì)——施工問(wèn)題新探[J].隧道建設(shè)，1992，(2).

[3] 齊景獄.隧道現(xiàn)代爆破技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，1995.

[4] JTJ042-94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].