大跨度隧道光面爆破參數(shù)選擇與施工質(zhì)量控制★

李付勝 姜德義

(1．重慶鋼鐵集團礦業(yè)有限公司，重慶 400051; 2．重慶大學西南資源開發(fā)及環(huán)境災害控制工程教育部重點實驗室，重慶 400044)

1 概述

光面爆破是地下工程、硐室開挖常用的一種爆破技術，它是按照巷道斷面的設計輪廓線合理布置周邊眼而進行的一種人為控制爆破，在隧道周邊形成一個光滑平整的邊壁，使隧道圍巖不產(chǎn)生或產(chǎn)生很少的爆震裂縫，從而保持圍巖的完整和自身承載能力，以便達到快捷、高效、優(yōu)質(zhì)的施工目的。但在實際施工過程中仍然存在這樣和那樣的問題，影響了成洞的質(zhì)量和圍巖的穩(wěn)定。為此，結合工程實踐經(jīng)驗和有關文獻資料給出光面爆破參數(shù)設計的計算公式和一些參考值，供施工單位參考。

某隧道全長1 427 m，雙向六車道，隧道單洞凈跨12．25 m，洞高7 m，兩洞相距43．75 m。隧道設計根據(jù)新奧法理論，施工采用鉆爆法，光面爆破上下臺階分步開挖。本隧道圍巖可分為Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ類三大類，其中以Ⅲ類圍巖為主，采用上下臺階開挖和光面爆破，非電毫秒雷管起爆，使巷道成形規(guī)整，斷面達到設計要求，減少超挖或欠挖，提高工程速度和質(zhì)量。

2 爆破參數(shù)的選擇［1-3］

2．1 掏槽眼布置方式

掏槽效果的好壞直接影響掘進效果和炮孔利用率，掏槽眼的深度決定了巷道的掘進進度。在隧道掘進中掏槽方法大致可分為:斜眼掏槽法、直眼掏槽法、混合掏槽法3種方法。本隧道鉆爆施工中采用斜眼掏槽。

掏槽炮眼布置圖如圖1所示。

圖1 掏槽眼布置圖（單位：cm）

2．2 裝藥結構

裝藥結構形式是控制爆破中最重要最復雜的問題之一。周邊眼起爆時，爆炸沖擊波不但破壞巷道內(nèi)側的巖石，而且對巷道外側的巖壁也有較大的破壞作用。為使炸藥爆炸后，爆生氣體能均勻地作用在炮眼全長上，也需改變周邊眼的裝藥結構。本隧道的周邊眼采用空氣間隔裝藥結構，如圖2所示。

2．3 炮眼直徑Db

炮孔直徑的確定關系到施工的效率和成本，一般情況下，主要依據(jù)爆破現(xiàn)場實際情況和鉆孔機具來確定。對于巷道開挖現(xiàn)場常用的炮眼直徑為35 mm～45 mm。

圖2 周邊眼裝藥結構示意圖

2．4 最小抵抗線W

對于光面爆破，最小抵抗線也即光面厚度。最小抵抗線W除了與爆破系數(shù)、炮孔深度、單孔藥量和孔距有關外，還應根據(jù)巖石性質(zhì)及地質(zhì)條件適時調(diào)整。經(jīng)驗表明，巖石堅韌、可爆性差時，W可取值小些;巖石松軟、易破碎時，W可取大些。

2．5 炮孔裝藥量

炮孔裝藥量計算的原則，取決于要求爆破的巖石的體積、巖石硬度、可爆性及爆破類型等。為減少對圍巖的破壞作用，盡可能的減少周邊眼的炸藥密度，減少爆破沖擊波對周圍巖體的影響。因此，在巖石炸落的前提下，多打炮眼少炸藥，藥量愈少愈好。

2．6 不耦合系數(shù)D

炮眼直徑與藥包直徑的比值是不耦合系數(shù)，它反映炸藥與孔壁的接觸情況。一般情況下，光面爆破采用的不耦合系數(shù)為1．5～2．5。

3 工程應用

3．1 工程現(xiàn)狀

根據(jù)隧道光面爆破質(zhì)量的檢驗標準，對左洞里程K0+207．56～K0+242．41，共34．85 m爆破后的檢查結果進行了調(diào)查統(tǒng)計，共檢驗275個點，合格157點，不合格118點，合格率57．1%。統(tǒng)計結果如表1所示。

表1 爆破質(zhì)量不合格點統(tǒng)計表

從表1看出，殘眼率和超挖量是影響光面爆破質(zhì)量效果的主要因素。

3．2 原因分析

依據(jù)統(tǒng)計、排列分析所得的主要問題，運用全面質(zhì)量管理理論和方法，對產(chǎn)生問題的原因進行討論分析，將有可能影響隧道光面爆破質(zhì)量的超挖大和殘眼率低的原因進行深入細致的分析，見關聯(lián)圖圖3。

圖3 影響隧道光面爆破質(zhì)量關聯(lián)圖

3．3 對策實施

3．3．1 出渣完畢后，對掌子面圍巖狀況做仔細的分析了解

地質(zhì)條件對光面爆破效果的影響極大，在隧道開挖前，對隧道進行超前地質(zhì)預報，及早的了解前方圍巖狀況，積極采取有效的措施。

1)在裂隙發(fā)育、圍巖整體性差的情況下，采用小導管周邊眼預注漿，導管長4．0 m，間距50 cm，同時減小周邊眼的線裝藥密度，由0．17 kg/m減少到0．125 kg/m，周邊眼的間距由50 cm減少到40 cm。

2)根據(jù)巖體的不同地質(zhì)條件，合理利用結構面。將炮孔沿結構面布置，這樣只需少量的炸藥，就可以達到理想的爆破效果。

3．3．2 根據(jù)具體情況及時調(diào)整爆破參數(shù)

根據(jù)上述措施判斷出的巖性狀況，再次確定不同巖體的爆破光面爆破層厚度和周邊眼間距，由于周邊眼抵抗線過小，造成光面爆破層厚度太薄，內(nèi)圈眼爆破時對周邊圍巖震動過大，破壞了圍巖的完整性，排危后造成超挖，因此，必須調(diào)整光面爆破層厚度，確保周邊眼間距與其抵抗線之比在0．8左右，周邊眼間距取較小值，即45 cm。

3．3．3 用特制竹片和藥卷空氣間隔裝藥

1)周邊眼爆破與主體爆破相比，采用爆速低一些、密度小一些、爆力大一些的炸藥，效果更好，采用φ25 mm小藥卷炸藥，長20 cm，0．125 kg/條的炸藥。

2)周邊眼裝藥必須采用竹片間隔空氣裝藥，底眼裝一條，其余部分半條均勻分布綁扎，拱腳以上2 m的周邊眼眼底加強裝藥，即底部多裝一條，以減少拱腳巖石的夾持作用。

3)每個周邊眼均采用單雷管起爆，裝好后用機制炮泥將眼孔堵塞好，不能用紙殼等包裝物填塞。

3．3．4 保證開眼誤差的準確性，確保畫弧的圓順

1)測量采用激光免棱鏡全站儀，標示出拱頂及以下0．5 m，1 m，2 m，3 m，4 m，5 m兩側開挖線上共13個點，再用紅油漆把點光滑圓順的連接起來形成開挖線，開挖線已包括預留變形量，炮工可以直接在紅油漆上掛眼開鉆，不需要再人為放大開挖線。

2)由于炮工不好掌握周邊眼的外插角，購置一臺激光指向儀，掛在掌子面后30 m的拱頂，調(diào)整激光的方向，使其與隧道軸線方向一致，操作手可以根據(jù)激光的方向來控制周邊眼的外插角角度。

3．4 經(jīng)濟效益分析

3．4．1 技術及安全效益

在措施實施后，對光面爆破的關鍵工藝得到了很好的把握，有效的控制了超挖，減少了噴射混凝土量，縮短了工期，節(jié)約了項目成本，同時，由爆破引起的拱頂?shù)魤K也較少，確保了作業(yè)人員的施工安全。

3．4．2 經(jīng)濟效益

改進后超挖得到了很好的控制，爆破輪廓清晰圓順，平均線性超挖由20 cm減小到6 cm，縮小14 cm，每輪炮(平均進尺3 m)減少超挖0．14 m×22 m×3 m=9．24 m3，即每米可以減少超挖3．08 m3，同時出渣和同級 C30噴射混凝土回填量也相應減少3．08 m3/m。K0+356．59 ～ K0+396．73 段僅 40．14 m，就節(jié)約成本:117元/m3(開挖)+ 750元/m3(C30噴射混凝土)×3．08 m3/m ×40．14 m=10．718 萬元。

4 結語

為了達到理想的爆破效果，必須根據(jù)不同工程地質(zhì)條件，認真分析，選擇不同的爆破參數(shù)和施工工藝。在城市隧道快速掘進過程中，光面爆破技術得到了很好的提高，不同巖性的光面爆破參數(shù)得到了很好的控制，施工工藝和施工方法也得到了進一步的提高。圍巖拱部炮眼保存率達到98%，邊墻光面爆破炮眼保存率達到90%，平均線性超挖小于8 cm，不僅有效地發(fā)揮了圍巖的自穩(wěn)能力，提高了開挖質(zhì)量，而且還提高了經(jīng)濟效益。

［1] 齊景岳，劉正雄，張儒林．隧道爆破現(xiàn)代技術［M］．北京:中國鐵道出版社，1999．

［2] 姜德義，李付勝，滕宏偉，等．城市大跨度公路隧道光面爆破設計與優(yōu)化［J］．重慶大學學報(自然科學版)，2008(11):95-97．

［3] 張志呈．爆破原理與設計［M］．重慶:重慶大學出版社，1992．

［4] 陳曉波．光面爆破參數(shù)選擇與質(zhì)量控制措施［J］．爆破，2006，23(1):39-41．