軟弱圍巖隧道光面爆破技術(shù)淺析

摘要：文章針對京滬高速鐵路JHTJ-3標(biāo)段金牛山隧道地層巖性及水文地質(zhì)條件，淺析在軟弱圍巖地段隧道采用光面爆破施工，確保施工質(zhì)量及施工安全，為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：金牛山隧道；軟弱圍巖；光面爆破；施工

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0077-03

1 工程概況

金牛山隧道進(jìn)口里程DK465+335，出口里程DK467+240，隧道全長1905m，通過地質(zhì)超前預(yù)報揭示圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，弱風(fēng)化，呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，圍巖等級為Ⅳ級、Ⅴ級，地層為太古代泰山群花崗片麻巖變晶結(jié)構(gòu)局部夾角閃片巖，灰褐色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，片麻構(gòu)造，其片麻理產(chǎn)狀為210°∠58°，225°∠69°，該段隧道區(qū)地下主要為基巖裂隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給。滲透系數(shù)0.05～0.4m/d，地下水位高程為162.93～177.76m，洞身涌水量q=0.0000473m/s·m3。

2 軟弱圍巖隧道爆破開挖方案確定原則

在爆破開挖過程中應(yīng)根據(jù)圍巖的級別采用合理的爆破參數(shù)和爆破材料、起爆方式、裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞材料，盡量減少爆破對周邊圍巖和臨近洞室的擾動和破壞，嚴(yán)格控制超欠挖和爆破震動，充分保護(hù)圍巖的自承能力。本隧道采用臺階法施工，根據(jù)圍巖及水文地質(zhì)情況等綜合考慮，采用光面爆破法鉆爆施工。

3 鉆爆設(shè)計方案

總的設(shè)計思想是拱部采用光面爆破，掏槽采用拋擲爆破，核心采用控制爆破的綜合爆破技術(shù)。根據(jù)開挖方法分別采用半段開挖、全斷面開挖兩種爆破方式，采用非電毫秒雷管爆破，電雷管引爆，采用多段位非電毫秒雷管的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。根據(jù)金牛山隧道圍巖特點，圍巖等級為Ⅳ級，呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，采用斜眼掏槽、直眼掏槽混合使用，起爆順序：掏槽眼→

掘進(jìn)眼→內(nèi)圈眼→周邊眼→底板眼→地板角眼。

爆破參數(shù)如下：

3.1 炮眼直徑

根據(jù)爆破藥卷的偶合系數(shù)要求，并考慮鉆孔機(jī)具（YT28型鑿巖機(jī)）鉆孔效率，鉆孔直徑選用42mm。

3.2 炮眼深度

隧洞爆破開挖每循環(huán)進(jìn)尺為2.0m，所以設(shè)計掏槽

眼深度為2.5m，輔助眼2.3m，周邊眼2.2m，底板眼2.5m。

3.3 單孔藥量計算

Q1=qabL（kg）

式中：

Q1——單眼藥量，kg

q——炸藥單耗，kg/m3

a——孔間距，m

b——孔排距，m

L——每循環(huán)進(jìn)尺，m

3.4 炮孔布置

掏槽眼的布置：隧洞施工采用光面爆破施工，掏槽眼形式為兩排對稱八字形，且在底部交匯。輔助眼的布置：由于輔助眼的作用是為了進(jìn)一步擴(kuò)大槽口體積和爆破量，為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件，所以輔助眼的布置應(yīng)由內(nèi)向外，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開挖輪廓線。周邊眼的布置：周邊眼的布置一般沿設(shè)計輪廓線均勻布置，為了控制超欠挖以及便于下一次鉆眼，擬將炮眼方向以2°的斜率外插，眼底落在設(shè)計輪廓線以外8cm處。底板眼的布置：底板眼的眼底也須落在起拱線以下8～10cm左右，并與輔助眼、周邊眼的眼底落在同一垂直面上，而且采取較大的炸藥單耗，有利于克服上覆石渣的壓制并起到翻渣作用。炮孔布置如圖1所示：

圖1 Ⅳ級圍巖上半斷面鉆孔設(shè)計圖

3.5 炸藥量計算

本工程爆破開挖每循環(huán)進(jìn)尺2.0m，開挖量每延米84.46立米。

根據(jù)單耗，根據(jù)工程類比類取炸藥單耗q=0.6 kg/m3。每循環(huán)爆破總裝藥量計算：

Q=q×v

式中：

Q——每循環(huán)裝藥量（kg）

q——單位用藥量（kg）

v——巖石體積（m3）

據(jù)此計算，本開挖循環(huán)炸藥用量為Q=0.6×84.46×

2=101.35kg。

周邊眼的裝藥量和間距根據(jù)實際圍巖情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.6 裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞

掏槽眼、輔助眼、底板眼采用大直徑藥卷孔底連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，周邊眼采用小直徑不偶合裝藥結(jié)構(gòu)，并全部采用自制炮泥堵塞孔口。如圖2所示：

圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)及堵塞圖

采用乳化炸藥，裝藥時，周邊眼采用間隔裝藥，輔以導(dǎo)爆索，并固定在竹片或竹棍上，以保證周邊爆破對周邊圍巖的擾動減少到最小。輔助眼采用常規(guī)裝藥，掏槽眼和底板眼適當(dāng)加大裝藥量。

通過爆破試驗確定爆破參數(shù)及光面爆破參數(shù)，軟弱破碎圍巖地段爆破的相對距離取最小值，爆破參數(shù)以現(xiàn)場爆破數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

4 影響光面爆破效果的主要因素

（1）地質(zhì)條件：對于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的節(jié)理裂隙發(fā)育弱風(fēng)化呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)的軟弱圍巖、碎石土黏土及含水較豐富的斷層滑面地段的圍巖，采用“多打眼、少裝藥”為原則，盡可能避免對隧道圍巖擾動破壞。

（2）巖體結(jié)構(gòu)變化無常，只有在選擇與之適應(yīng)的爆破參數(shù)才能取得最佳的爆破效果。

（3）引起鉆眼誤差的因素有測量放線誤差、開眼誤差、鉆眼角度誤差等。

（4）起爆順序不良，非電毫秒管雷管網(wǎng)絡(luò)的可靠性較低，某一分支失效，都會影響起爆順序和爆破效果。

（5）裝藥結(jié)構(gòu)不合理，炮眼堵塞長度不足也可以對爆破質(zhì)量造成影響。

5 光面爆破的關(guān)鍵技術(shù)

（1）根據(jù)圍巖特點，選定合理的周邊眼參數(shù)，周邊眼間距E為直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素。一般E=（8～10）×d，其中炮眼直徑d=42mm。對于裂隙節(jié)理發(fā)育層理明顯的地段，周邊眼間距可適當(dāng)減小，也可以在兩個炮眼之間增加一個不裝藥的導(dǎo)向孔眼，最小抵抗線直接影響光面爆破效果。

（2）采用合理裝藥結(jié)構(gòu)，盡可能使炸藥沿孔深均勻分布，周邊眼爆破均采用間隔裝藥，炸藥封堵，導(dǎo)爆索串線孔底適當(dāng)加強(qiáng)，可使鉆孔內(nèi)的炸藥起爆后的沖擊波相互對沖膨脹，使圍巖均勻爆裂，產(chǎn)生極佳的光面效果。

（3）科學(xué)選擇炮眼布置方式及掏槽形式，合理安排起爆順序。一般周邊眼、內(nèi)圈眼按環(huán)形布孔，掏槽眼按線性布孔。采用斜眼掏槽，將掏槽部位上移，增加底眼，提高爆破效果。

采用掏槽眼→掘進(jìn)眼→內(nèi)圈眼→周邊眼→底板眼→地板角眼的爆破順序，以便為輔助眼、內(nèi)圈眼、周邊眼、底板眼、底角眼逐次開辟臨空面。實現(xiàn)順序起爆的手段是采用非電毫秒雷管分段起爆，為保證起爆順序的精確性，非電毫秒雷管必須跳段使用。

6 光面爆破施工工藝

（1）放樣布眼、鉆眼前，用油漆準(zhǔn)確繪出斷面的中心線和輪廓線，標(biāo)出炮眼的位置。

（2）定位鉆眼采用YT-28型氣腿式手持風(fēng)鉆鉆孔作業(yè)，人員就位后要嚴(yán)格按炮眼布置圖正確鉆孔，加強(qiáng)周邊眼和掏槽眼的鉆孔精度，鉆眼誤差要控制在最低范圍內(nèi)，風(fēng)鉆工要定點定位，熟悉炮眼布置圖，周邊眼要由技術(shù)好、責(zé)任心強(qiáng)的鉆工施鉆，確保周邊眼有準(zhǔn)確的外插角，使兩茬炮交界處銜接臺階不大于20cm。掌子面凹凸較大時，及時調(diào)整炮眼深度，保證周邊眼、輔助

眼、跟底眼、內(nèi)圈眼、底眼在同一垂直面上。

（3）裝藥前必須保證用風(fēng)管將炮眼內(nèi)的石屑、泥土吹出，保證炮眼內(nèi)的清潔，按炮眼的設(shè)計裝藥量自上而下分片裝藥，雷管要對號入座。

7 光面爆破的質(zhì)量控制

光面爆破最顯著的優(yōu)點是周邊眼炸藥的爆破能減少對周邊圍巖的擾動，保持圍巖的自穩(wěn)性，確保施工安全，減少超挖，杜絕欠挖。控制超挖、欠挖是光面爆破控制的關(guān)鍵。一個掌子面同時出現(xiàn)幾種不同級別的圍巖，就要按圍巖級別及時調(diào)整鉆眼的抵抗線間距線及炮眼的裝藥量，使同一個掌子面不同的圍巖爆破出相同的效果。

8 結(jié)語

軟弱圍巖、碎石土、黏土隧道爆破施工中，宜采用臺階法施工，對鉆爆設(shè)計，先現(xiàn)場試驗，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，再不斷地總結(jié)和完善。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）