軟弱圍巖大斷面隧道光面爆破優化

趙 琛，周 勇，趙 軍

（1.山東科技大學，山東 青島 266590；2.中鐵二局集團成都新技術爆破工程有限公司，四川 成都 610000）

引言

社會經濟的快速發展對現代交通建設提出了更高的要求，地鐵作為人們主要的出行方式，其施工過程的質量與安全問題備受關注[1]。在隧道掘進施工過程中，以鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石的“鉆爆法”仍占據主導地位[2]。鉆爆法施工技術具有靈活性、適應性、低成本等特點，但在實際操作中存在工期長、超欠挖量大、安全性低等問題。采用光面爆破可有效解決隧道掘進過程中出現的超欠挖問題，因而如何優化爆破參數從而形成光滑平整的設計輪廓面是隧道爆破施工的重點與難點[3]。

1 工程概況

青島市地鐵6 號線一期工程02 工區，位于青島市黃島區，工程為2 站2 區間。線路由朝陽山CBD站引出，經過華山一路站、創智谷站，最終到達創智谷站的TBM 吊出井為止，線路總長2.287 km。其中朝陽山CBD 站—華山一路站始發井區間、與青島地鐵13 號線聯絡線、始發及接收導洞、華山一路站、創智谷站均采用鉆爆法。為保證良好的爆破效果，以創智谷車站開挖為試點工程，開展光面爆破參數優化研究。創智谷站主體圍巖等級為Ⅳ級，均采用暗挖初支拱蓋工法進行開挖施工，試驗開挖長度20 m。

2 設計原則

光面爆破因其可減少超欠挖量、對圍巖破壞作用小、爆破開挖后的輪廓面光滑且平整、可有效降低成本等特點，在隧道掘進施工過程中得到普遍應用。爆破參數的合理與可靠對呈現良好爆破效果發揮著重要的作用。為提高光面爆破效果，應遵循設計原則：（1）合理布置周邊眼。周邊眼之間的距離與巖石的性質有關，一般為40～70 cm，軟弱巖層中應取較小值。（2）合理選擇周邊眼裝藥量。周邊眼的裝藥量過大則會對圍巖產生破壞，過小則爆破效果不理想。在實際工程中，取值一般為普通炮眼裝藥量的1/73～2/3。（3）合理確定不耦合系數。根據現場實踐經驗可知，巖石性質與炸藥類型的不同對不耦合系數的選擇有一定聯系。不耦合系數的取值在1.5～2.5 時爆破效果最佳[4]。（4）合理設計裝藥結構?？筛鶕幘碇睆讲捎瞄g隔裝藥、連續裝藥、不耦合裝藥等不同裝藥形式采用不耦合裝藥或空氣柱裝藥。（5）精心控制鉆桿角度。鑿巖臺車鉆孔過程中，鉆桿與掌子面夾角不宜大于5°。

3 方案設計

創智谷站暗挖為直墻拱頂斷面，開挖斷面為尺寸21.993 m×17.69 m，采用初支拱蓋法施工，上部采用臺階法，分4 部開挖，完成初支拱蓋后再進行下部爆破施工。按設計原則，對創智谷車站上臺階進行光面爆破設計。

3.1 拱部①部方案設計

創智谷站拱部①部炮孔布置、炮孔深度見圖1。①部導坑長19 074 mm，寬4 334 mm，圍巖等級Ⅳ級，為保證圍巖穩定和控制爆破飛散物，炸藥單耗取1.27 kg/m3，表1 給出了①部導坑爆破參數。

圖1 炮眼布置/mm

表1 拱部①部導坑爆破參數

3.2 拱部②部方案設計

創智谷站拱部②部炮孔布置、炮孔深度見圖2。②部導坑長11 823 mm，寬3 000 mm，圍巖等級Ⅳ級，為保證圍巖穩定和控制爆破飛散物，炸藥單耗取0.74 kg/m3，表2 給出了②部導坑爆破參數。

表2 拱部②部導坑爆破參數

圖2 炮眼布置/mm

3.3 拱部③、④部方案設計

創智谷站拱部③、④部炮孔布置、炮孔深度見圖3。③、④部導坑長6 585 mm，寬3 000 mm，圍巖等級Ⅳ級，為保證圍巖穩定和控制爆破飛散物，炸藥單耗取1.15 kg/m3，表3 給出了③、④部導坑爆破參數。

表3 拱部③、④部導坑爆破參數

圖3 炮眼布置/mm

4 安全與質量保證措施

（1）裝藥量、眼距、眼深、角度、藥包直徑、炮眼直徑等爆破參數要嚴格符合設計要求。（2）針對松軟破碎巖石，光爆孔的位置應在周邊輪廓的基礎上向內移5～15 cm，對于堅硬巖石須布置在周邊輪廓上。（3）當難以形成光爆面時，可在光爆孔間設置一定間距的空孔，增加自由面有利于裂縫貫通。（4）周邊眼眼底裝藥量增加10～20%，采用由內向外、先邊墻后拱頂的順序起爆網路，更有利于改善光面爆破效果。（5）隧道爆破施工前對警戒區域內的人員進行疏散，做好定人、定職、定則工作，確認安全后方可爆破。（6）在隧道爆破開挖過程中，做到“一炮一監”。采用測振儀對爆破振速進行實時監測，以便及時調整爆破方案確保人與物的安全。（7）按《工業炸藥爆炸后有毒氣體含量的測定》（GB 18098—2000）中規定的方法定期監測爆破開挖后有害氣體的濃度。

5 結語

通過優化青島市地鐵6 號線創智谷站車站上臺階的光面爆破方案，解決了由于超欠挖量大而存在的工期時間長、成本高、施工效率低的問題。運用該爆破方案后，輪廓面光滑平整，提高了施工效率，達到了預期的爆破效果。