忻保高速公路夏柳青隧道開挖光面爆破技術

喬曉春

(忻州公路分局，山西 忻州 034000)

1 工程概況

1.1 工程概述

夏柳青隧道右線K179+955～K180+885，930 m;左線ZK179+910～ZK180+880，970 m。左、右線折合單洞長1 900 m。隧道橫斷面設計:采用分離式斷面，凈寬 10.25 m(0.75+0.75+2 ×3.75+0.5+0.75)，凈高 5.0 m;設計速度:80 km/h;設計載荷:公路—Ⅰ級。本隧設計2個人行橫洞(K180+150，K180+700)，1個車行橫洞(K180+450)。工程地質總體概況:圍巖為二疊系上統上盒子組厚層狀長時砂巖，夾泥巖，強～弱風化，節理較發育，呈角(礪)狀碎(石)狀松散結構，無地下水。

1.2 地質概況

工程地質條件:

隧址區地形起伏較大，沖溝發育，地表被沖溝切割的較破碎，地面標高變化在914.94 m～1 021.84 m之間，相對高差106.9 m。隧址區屬構造剝蝕中低山地貌。

1)地層巖性。根據鉆探揭露，隧址區在鉆探深度內，主要由素填土(Q1m)，第四系全新統坡積(Qd11)碎石、亞粘土，第四系上更新統馬蘭黃土(Qm3)、第四系中更新統離石黃土(Q12)及二疊系上統上右盒子組(P2s)砂巖、泥質砂巖、泥巖等組成。

2)地質構造。勘察區位于鄂爾多斯斷塊之次級構造興縣—石樓南北向褶皺帶，地層總體表現為傾向SW，地層產狀255°＜10°。根據地質調繪、鉆探和物探，該隧址區未發現斷裂構造，地質構造簡單，對隧道工程影響小。

3)水文地質條件。根據野外地質調查、物探、鉆探，隧址區地表水主要為大氣降水，沖溝發育，多呈V字形，地表水排泄較通暢，溝谷內無地表徑流，溝底也未見泉水出露，地下水埋藏較深，在鉆探深度內未見地下水，地下水不甚發育。由于組成隧址區的地層為松散的滑坡土體、垂直節理發育的黃土和節理裂隙較發育的泥質砂巖，大氣降水時可能有部分水體沿節理、裂隙下滲，在洞室開挖中會形成少量的滲水和滴水，對洞室穩定性影響不大，但地表水的下滲對滑坡的滑動起著奔瀉的作用。

4)隧道進出口的工程地質評價。洞身為素填土，基底為第四系上更新(Qm3)馬蘭黃土，邊坡巖性為二疊系上統上石盒子組(P2S)中厚層狀砂巖、薄層狀泥巖，全～弱風化，坡頂為第四系中更新統(Qm3)馬蘭黃土。隧道走向與坡向基本正交，邊坡巖層傾身與坡向相同，邊坡穩定性較差。隧址區未發現不良地質現象。

5)主要工程數量表。開挖:247 870 m3，C25噴混凝土13 061 m3，錨桿169 113 m，鋼拱架和格柵架1 181 t，襯砌混凝土56 755 m3，鋼筋957 t，片石混凝土回填16 239 m3。

2 光面爆破技術的應用

光面爆破是新奧法的第一要素，光面爆破的實施可以減小巖石的松動范圍，減弱對圍巖的擾動，控制了超欠挖，使得開挖輪廓圓順，利于噴混凝土厚度和表面平整度的掌握，為保證噴混凝土的質量打下了基礎。另外，也使布設排水盲溝和鋪設防水板更加方便，質量更容易得到控制。

故此，光面爆破不僅是保證本隧道施工質量、安全和進度的一個關鍵技術措施，而且對企業的經營效益也有較大影響。

本隧道光爆的預定目標是“杜絕欠挖，平均線性超挖控制在10 cm以內，光爆炮眼痕跡率Ⅴ級圍巖達到70%，Ⅳ級圍巖達到85%，Ⅲ級圍巖達到95%”。

為切實搞好光面爆破，實現預定目標，我們的對策是確定合理光爆方案，實行程序化、標準化作業，加強全過程的質量管理，完善激勵監督機制。具體做法如下。

2.1 合理選擇爆破方案

2.1.1 爆破方案的選擇

采用塑料導爆管非電起爆，微振光面爆破技術，具體的爆破方案根據各類圍巖開挖方法相應制定:

1)Ⅴ級圍巖巖層風化破碎程度嚴重，自穩能力很差，采用三臺階導坑，人工機械輔以微振爆破開挖方案。2)Ⅳ級圍巖巖層風化破碎程度嚴重，自穩能力很差，應采用預留核心土，環形爆破的開挖方案。該方案的優點是:環形開挖周邊眼間距小，一次裝藥量少，因周邊圍巖振動較小，同時，先開挖出的環形槽，在后續主體部分爆破起到了較好的減振作用。3)Ⅲ級圍巖全斷面開挖。

Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖，采用光面爆破施工工藝。預留變形量7 cm。爆破施工時，采用直眼掏槽方式，炮眼深度3.5 m，掏槽眼深度為3.8 m。爆破效果:炮眼殘留率硬巖達到80%以上，中硬巖達到60%以上。

采用全斷面法開挖，作業臺架鉆孔，光面爆破技術，裝載機裝碴，無軌運輸出碴。

開挖:采用全斷面法施工，作業臺架鉆孔，非電毫秒雷管起爆，全斷面爆破開挖一次成型。

該方案的優點是:下導坑超前，不但探明了地質情況，而且解決了硬巖深孔爆破掏槽難度大，炮眼利用率低的難題;將二次擴挖(預留光爆層)的爆破方式由全斷面一次爆破的拋擲式爆破改變為崩解式爆破，裝藥量可大大減少，顯著的減小了爆破震動。以往實踐證明:爆破效果極為理想，炮眼利用率接近100%，周邊輪廓半眼率普遍提高。

2.1.2 技術措施

1)爆破參數的確定。結合工程具體情況和具體勘測的地質情況，確定試驗位置，試驗位置要有代表性，然后根據利文斯爆破漏斗理論，進行現場爆破試驗，最后根據試驗結果確定爆破參數。

2)如地質情況為軟弱圍巖，為了減小爆破對圍巖的影響，減輕地震動則采用減輕地震動爆破技術。

3)為了控制超欠挖，同時減輕爆破時對周邊地質環境的擾動，也可選用光面爆破技術，周邊眼爆破時光爆參數的選取可以參考表1的數值。

表1 周邊眼光爆參數表

4)科學布置炮眼，合理安排起爆順序。一般周邊眼、內圈眼按環形布孔，掘進眼按線性布孔。硬巖深孔爆破優選寬孔距、小抵抗布孔方式;預裂爆破時先預裂后掏槽;光面爆破，從掏槽眼開始，由內向外，最后是周邊光面爆破。

5)認真計算裝藥量，科學分配藥量。周邊眼的藥量計算時應考慮周邊眼的裝藥集中度，掏槽眼的藥量計算時應考慮掏槽眼的裝藥長度，其他炮眼根據相關公式進行計算，科學進行藥量分配。

6)采用先進儀器設備，完善檢測手段:采用激光準直儀定向，使中線測量準確快捷;采用斷面儀測定開挖輪廓及超欠挖情況，及時調整爆破參數，進一步提高爆破效果。

2.2 光面爆破施工程序及作業標準

1)放樣布眼。鉆眼前，用水平儀、鋼尺、經緯儀配合激光準直儀進行定向，把開挖斷面的中線和輪廓線用紅色油漆精確標出來，然后確定炮眼的位置，這些位置的偏差不能超過5 cm。

2)定位開眼。采用鉆孔臺車或風動鑿巖機根據標出的炮眼位置進行鉆孔，其軸線與隧道曲線要保持平行。掏槽眼和周邊眼的鉆孔精度要求比較高，開眼誤差嚴禁超過5 cm。

3)鉆眼。將鉆工按照不同孔位定點定位。鉆工要持證上崗，要能熟練的操作鑿巖機械，鉆孔前要首先熟悉炮眼布置，鉆周邊眼時一定要配備有豐富經驗的老鉆工，并且專人指揮，確保周邊眼有準確的外插角，使兩茬炮交界處臺階不大于15 cm。同時，要根據巖石的凹凸程度調整炮眼深度，保證炮眼底在同一平面上。

4)清孔。裝藥前，要進行清孔工作，將炮眼內的石屑等碎物用高壓風清理干凈。

5)裝藥。裝藥需按炮眼設計圖確定的裝藥量自上而下分片分組進行，雷管的管理要定人、定位、定段別，裝藥時要對號入座，不得亂裝藥。所有炮眼裝藥后要用炮泥堵塞，堵塞長度要大于20 cm。

6)聯結起爆網路。按設計的聯結網路實施。為保證起爆的可靠性和準確性起爆網路采用復式網路。聯結時要注意導爆索的連接方向，必須保證連接點的牢固，各炮眼雷管連接次數應相同;導爆管不能打結和拉細;在離一簇導爆管自由端10 cm以上處用黑膠布包孔，網路聯好后，要安排專人檢查。

7)引爆前，所有人員必須后退至少200 m，撤離到安全區后(點炮人員除外)，如遇瞎炮要及時檢查并分析原因，根據情況調整設計方案。

該隧道在施工中，Ⅲ級圍巖段采用了光面爆破技術，每天開挖6 m左右，實現了一年打通的工期目標。

[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.