銅鑼山隧道全斷面開挖法鉆爆設計

(中鐵十八局集團有限公司，重慶 400700)

1 工程概況

重慶軌道交通六號線二期工程銅鑼山隧道位于重慶市南岸區，隧道進洞口在南岸區竹林灣附近，線路出劉家坪高架站后以隧道形式穿越銅鑼山向上新街車站延伸，與軌道交通六號線一期工程起點相接。

隧道起點里程YDK5+825，鉆爆法開挖段里程為YDK8+561，終點里程為 YDK11+458．373，全長鉆爆法施工長度為2 897．373 m，隧道最大埋深371 m，最小埋深50 m。洞身線路先以28‰的下坡入洞，隨后是4‰的上坡及18．296‰的下坡。

2 鉆爆設計

開挖施工中嚴格堅持“管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、強支護、勤量測”的原則進行開挖施工。

根據現場的地質和施工條件，敞開段暗挖隧道采用光面爆破開挖。

2．1 爆破參數的選擇

采用理論計算方法、工程類比法與現場試爆相結合的辦法確定爆破參數，提高隧道開挖成型質量和施工進度，但要保證各項參數符合安全生產的規定。

光面爆破參數見表1。

1)隧道開挖爆破參數的選擇如表2所示。裝藥量設計如表3所示。

2)炮眼計算及布置。炮眼按藥卷裝填逐節密貼不加搗實估算炮眼數目公式如下:

其中，N為炮眼數目，個;q為單位炸藥消耗量，kg/m3;S為導坑斷面積，m2;r為藥卷每米重量;a為裝填系數;K為炮眼富余系數。

炮眼布置圖見圖1。

3)光面爆破效果檢查。殘留炮孔痕跡應在開挖輪廓面上均勻分布。炮孔痕跡保存率:完整巖石在80%以上，完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎的巖石不少于20%。

表1 光面爆破參數參考表

表2 隧道開挖爆破參數選取表

圖1 全斷面開挖炮眼布置圖

2．2 炮眼布置

按淺密原則對炮眼進行布置，要使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破體中，就要控制單眼的裝藥量，同時還要采取一定的措施降低爆破時的震動強度，這時最有效的方法就是采用非電毫秒雷管不對稱起爆網絡。

2．3 爆破控制

借助于經驗公式:Qm=R3(Vkp/K)3/a，設計以質點振動波速度限值1．5 cm/s作為控制標準，進行爆破控制。其中，R為安全控制半徑，是指地面建筑物基礎底部至爆源中心的距離。

表3 全斷面爆破裝藥參數表

2．4 爆破監測

地面洞內均需配合爆破震動監測，根據監測情況及時調整爆破參數，達到爆破要求。

2．5 爆破器材的選擇

根據微震爆破的特點，選用乳化炸藥。雷管:孔外采用電雷管起爆，連接件及孔內均采用非電毫秒微差雷管(1段～17段)。導火索及導爆索:電雷管引爆，周邊炮眼間隔裝藥采用傳爆線傳爆。

2．6 Ⅲ，Ⅳ級圍巖爆破參數確定

1)炮眼深度L。

本爆破設計的炮眼深度主要受爆破地震動強度控制，設計炮眼深度根據爆破部位不同進行調整。

2)炮眼數目N。

本爆破設計炮眼直徑采用φ42 mm。Ⅲ，Ⅳ級圍巖炮眼數目確定為128個。

3)炮眼布置。

a．周邊炮眼。采用經驗公式和工程類比法確定。間距:E=(8～12)d(d為炮眼直徑)，設計為隔孔裝藥，炮眼直徑42 mm。本區間Ⅲ，Ⅳ級圍巖(鉆爆段)周邊眼間距確定為45 cm～50 cm，均能滿足E值及W值要求。抵抗線:W=(1．0～1．5)E。類似工程地質的裝藥集中度:q=0．1 kg/m～0．15 kg/m，根據本區間圍巖級別情況，Ⅲ，Ⅳ級圍巖裝藥集中度確定為0．15 kg/m。

b．掏槽眼。一般情況下，掏槽爆破的震動強度比其他部位炮眼爆破時的震動強度都要大，而所有的形式中，楔形掏槽的震動強度最小。因此，從掏槽效果及減小震動強度等方面綜合考慮，本爆破設計采用空眼三層復楔形混合掏槽。

c．掘進炮眼。當炮眼直徑在35 mm～42 mm的范圍內時，抵抗線W與炮眼深度有如下關系式:W=(15～25)d或W=(0．3～0．6)L，根據以上關系式，本區間Ⅲ，Ⅳ級圍巖(鉆爆段)抵抗線間距確定為0．85 m，能夠滿足W值要求。

2．7 開挖爆破設計及驗算

1)結構穩定性分析。

隧道爆破施工:根據爆破震動及監測數據進行優化設計，確保既有隧道結構安全，可以確保支護結構及施工機械設備安全。對于硬巖地段爆破采用分兩部進行，這樣可大大降低最大段裝藥量，減輕爆破震動影響，同時確保隧道開挖超欠挖在允許范圍之內。

2)藥包參數確定。

孔深確定:L=0．3D ～0．5D，Ⅲ，Ⅳ級取 2．5 m。周邊光爆孔或預裂孔孔網確定:根據 a/w=0．8～1．0原則確定，一般 a=40 cm～60 cm，Ⅲ，Ⅳ級取45 cm～50 cm;w=50 cm～80 cm。

3)線裝藥密度確定。

依據區間設計圍巖情況，本段Ⅲ，Ⅳ級圍巖線裝藥密度q取0．19 kg/m。施工時若圍巖變化較大，可適當增加或減少q值。

4)掘進孔孔網參數確定。

掘進孔孔網根據單孔裝藥量負擔面積確定:

其中，Q單為單孔裝藥量;q為單耗;l為孔深;a為孔距;w為抵抗線;S為炮孔負擔面積。

5)單耗確定。

單耗根據類似經驗確定，Ⅲ，Ⅳ級圍巖周邊眼取0．15 kg/m。斷面開挖取 0．9 kg/m3～1．5 kg/m3。

6)起爆順序和延期時間。

起爆順序:掏槽孔→輔助眼→周邊孔;延期時間:一般掏槽孔段間延時差為50 ms～75 ms，確保拋碴2 m。

2．8 合理段間隔時間的選擇

根據有關試驗資料表明，后段的起爆應在前段爆破卸載后開始，即每段起爆的間隔時間應大于巖石從炸藥爆轟到開始移動這一段時間。

但是，每段起爆間隔不宜太長，試驗結果表明，掏槽爆破段時間間隔以50 ms～75 ms為宜，后續炮眼的間隔段時間受爆破器材條件限制，只能逐段進行安排。

2．9 爆破有害效應驗算

由于爆破過程中部分炸藥能量轉化為地震波，同時產生一定飛石、沖擊波，影響建筑物、機械設備及生命財產的安全，務必對其安全情況進行校驗，采取嚴格的防范措施加以保護確定爆破安全。

1)地震效應計算。

經計算本工程最大段裝藥量為19．8 kg，即 Qmax=19．8 kg。V⊥=k×(Q1/3/R)a，取 k(地震系數)=150，a=1．6(衰減系數一般取 1．5 ～ 1．8)，R=50 m 時，V⊥=150 × (19．81/3/50)1．6=1．41 cm/s≤1．5 cm/s(設計要求不得高于 1．5 cm/s)。

表4為不同距離范圍內震動指標，可據此進行安全防范。

表4 不同距離范圍內震動指標

從表4可以看出，對于本工程爆破作業爆破半徑大于50 m，均在安全要求范圍內，當爆破半徑小于50 m內有建筑物時，采用小進尺(循環進尺1 m)降低最大段用藥量，保證震動指標符合設計要求。

2)爆破沖擊波超壓的影響。

由于隧道施工方向為水平，而隧道洞室爆破均在地下，因此爆破時對洞口周圍建筑不會造成影響。

3 結語

通過此鉆爆設計開挖有效解決了常規爆破最大段裝藥量過大問題，避免垂直震速超過設計值(1．5 cm/s)，既保證周邊建筑物、機械設備及生命財產的安全，又保證工程進度。

［1］王 偉，程 鵬，楊慧琳．西山隧道洞身開挖爆破設計方案［J］．山西建筑，2010，36(29):327-328．