淺談公路隧道采用爆破控制超欠挖技術(shù)

摘 要：該文以控制隧道超欠挖為研究對象，著眼于公路隧道工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際情況，基于對爆破控制技術(shù)的合理研究，首先針對該文所選取公路隧道工程項(xiàng)目的基本情況（主要包括地形地貌特征、地質(zhì)構(gòu)造特征以及隧道開挖施工方式）進(jìn)行了簡要分析，進(jìn)而研究了在公路隧道采用爆破方式控制超欠挖指標(biāo)過程中的基本設(shè)計(jì)思路，在此基礎(chǔ)之上從爆破參數(shù)的選取以及鉆孔精度控制兩個(gè)方面入手，總結(jié)了爆破作業(yè)中需要重點(diǎn)關(guān)注的幾點(diǎn)問題，旨在于為工程項(xiàng)目實(shí)踐作業(yè)中采取爆破方式控制超欠挖問題提供一定的技術(shù)性支持與實(shí)踐保障。

關(guān)鍵詞：公路隧道 爆破 控制 超欠挖 參數(shù) 鉆孔精度 技術(shù) 分析

中圖分類號：U412 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

1 公路隧道基本概況分析

長松嶺隧道為吉林朝（陽鎮(zhèn)）長（白）公路最大新建構(gòu)筑物，起訖里程K37+635～K42+460，全長4825 m，分兩個(gè)標(biāo)段進(jìn)行施工，SD01合同段承建K37+635～K39+800段任務(wù)，長度2165 m，隧道地質(zhì)復(fù)雜，節(jié)理發(fā)育，地下水豐富，IV級、V級弱圍巖占比達(dá)95%。在隧道施工過程當(dāng)中，結(jié)合長松嶺隧道施工工程實(shí)際情況，采取爆破控制隧道超欠挖措施，實(shí)現(xiàn)了隧道施工過程中超欠挖問題的有效控制，所取得的控制效果極為有效與顯著。

從公路隧道項(xiàng)目所處區(qū)域地形、地貌的角度上來說，長松嶺隧道區(qū)位于吉林省東南部長白山山脈，山體海拔高度1300～1800 m之間，屬中低地形。地形坡度30～40 °。沖溝較發(fā)育，切割不深，地形完整性好；從地質(zhì)構(gòu)造的角度上來說，洞身段主要圍巖為弱風(fēng)化紫褐色、灰色氣孔狀玄武巖及灰色玄武巖，巖層視傾角1～3 °，巖層軟弱，節(jié)理發(fā)育，灰色氣孔狀玄武巖飽和抗壓強(qiáng)度為4.31～121.35 MPa，平均值55.51 MPa，KV=0.22，[BQ]=254.4，主要為Ⅳ級圍巖。基于以上實(shí)際情況的分析，在隧道施工過程當(dāng)中采取臺階法施工方式，上、下導(dǎo)臺階在起拱線處分界，Ⅳ級圍巖段開挖順序如下圖所示（見圖1）。

2 公路隧道爆破控制超欠挖技術(shù)的設(shè)計(jì)思路分析

為確保公路隧道爆破控制超欠挖技術(shù)質(zhì)量的有效發(fā)揮，首先需要關(guān)注的是對爆破過程中相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的選取，其次需要針對爆破實(shí)踐中的鉆孔精度進(jìn)行必要的控制，從而最大限度地確保超欠挖問題能夠通過爆破方式得到有效解決。首先，爆破指標(biāo)參數(shù)的選取是確保爆破有效的前期所在。大量的實(shí)踐研究結(jié)果證實(shí)，公路隧道借助于爆破方式實(shí)現(xiàn)對控制超欠挖現(xiàn)象的有效性在很大程度上取決于爆破技術(shù)執(zhí)行的好壞，而這與爆破參數(shù)確定精確性之間的關(guān)系更是極為突出。在現(xiàn)場施工過程中，對于爆破參數(shù)的確定首先需要針對施工區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)條件予以合理測定與分析，需要安排專業(yè)工作人員緊跟開挖作業(yè)面，對工作面圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效觀測，確保施工過程當(dāng)中能夠?qū)鷰r結(jié)構(gòu)的巖性、層理、節(jié)理、裂隙等進(jìn)行有效預(yù)測，結(jié)合實(shí)際情況對隧道施工方式以及爆破參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，對于控制隧道工程超欠挖問題而言可以說是基礎(chǔ)與前提所在；其次，鉆孔精度的控制是確保爆破有效的重點(diǎn)所在。即在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，公路隧道開挖作業(yè)質(zhì)量的高低在很大程度上取決于公路隧道輪廓測量畫線作業(yè)的精度指標(biāo)。特別是對于周邊眼精度的測量與控制作業(yè)而言，其作業(yè)質(zhì)量相對與公路隧道工作面超欠挖值的影響是極為突出的。簡單來說，要想從根本上解決超欠挖問題，首先需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)意義上的思想觀念，徹底打破既有施工作業(yè)下“寧超勿欠”的作業(yè)思想，按設(shè)計(jì)輪廓嚴(yán)格規(guī)范放樣作業(yè)。在此基礎(chǔ)之上還需要針對施工現(xiàn)場的沉降量指標(biāo)與變形量指標(biāo)予以充分考慮，確保測量放樣處理作業(yè)的精確性。

3 公路隧道采用爆破控制超欠挖技術(shù)的關(guān)鍵問題分析

（1）一方面，從爆破參數(shù)的選取角度上來說，在有關(guān)公路隧道爆破參數(shù)的確定過程中，所涉及到的關(guān)鍵指標(biāo)可分為如下

幾點(diǎn)。

①首先是對周邊眼孔距參數(shù)的確定：在本公路隧道工程實(shí)際情況中，巖石抗壓強(qiáng)度在4.31～121.35 MPa范圍內(nèi)，計(jì)算過程中取其均值55.51 MPa，與之相對應(yīng)的巖石普氏系數(shù)取值為55.51/10=5.55，由此也可以判定巖石的抗屈服系數(shù)=0.04×巖石普氏系數(shù)，經(jīng)計(jì)算取值為0.22。結(jié)合施工作業(yè)中所選取的2#巖石炸藥（技術(shù)指標(biāo)炮孔直徑參數(shù)取值為40 mm）。通過以上分析與公式計(jì)算，最終可推定周邊眼孔距爆破參數(shù)取值為45 cm。

②其次是對最小抵抗線爆破參數(shù)的確定：結(jié)合以上所推定的周邊眼孔距爆破參數(shù)取值，按照最小抵抗線爆破參數(shù)=周邊眼孔距爆破參數(shù)×1.25的計(jì)算方式，將本公路隧道工程實(shí)踐中的最小抵抗線爆破參數(shù)取值為56.25 cm。

③再次是對裝藥不耦合系數(shù)取值的確定：在對裝藥不耦合系數(shù)進(jìn)行計(jì)算之前，首先需要確定整個(gè)爆破過程中的空隙比參數(shù)。一般情況下空隙比參數(shù)=[0.605×（6997/Rc）0.8299+0.395]-0.5×炮孔直徑參數(shù)。按照此種方式可確定空隙比參數(shù)取值為2.51 cm。在此基礎(chǔ)之上，可以按照炮孔直徑參數(shù)/空隙比參數(shù)的方式進(jìn)行計(jì)算，即取值為4 cm/2.51 cm=1.59 cm。特別需要注意的一點(diǎn)在于，考慮到爆破作業(yè)過程當(dāng)中對于藥卷直徑的特殊性需求，將周邊裝藥不耦合系數(shù)控制為1.6，能夠確保其符合相關(guān)規(guī)范與需求。

④最后是對裝藥集中度數(shù)值取值的確定：本隧道工程上導(dǎo)坑斷面面積為62.312 m2，炮孔深度為3.0 m。按照一般性規(guī)范，以上數(shù)值所對應(yīng)的隧道掘進(jìn)炸藥單耗數(shù)值取值為1.26 kg/m3。按照循環(huán)耗藥量指標(biāo)（單位：kg）=隧道掘進(jìn)炸藥單耗參數(shù)（單位：kg/m3）×隧道導(dǎo)坑斷面面積參數(shù)（單位：m2）×炮孔深度參數(shù)（單位：m）。按照以上范圍能夠計(jì)算得出循環(huán)耗藥量為

1.26 kg/m3×62.312 m2×3.0 m=235 kg。在此基礎(chǔ)之上，可以按照隧道掘進(jìn)眼單眼裝藥量指標(biāo)（單位：kg）=隧道掘進(jìn)炸藥單耗參數(shù)（單位：kg/m3）×周邊眼孔距參數(shù)（單位：cm）×最小抵抗線指標(biāo)（單位：cm）×炮孔深度參數(shù)（單位：m）×1的方式進(jìn)行計(jì)算，測定為1.021 kg，所對應(yīng)線裝藥密度指標(biāo)為0.34 kg/m。

根據(jù)以上計(jì)算參數(shù)，確定隧道爆破作業(yè)斷面示意圖如下圖所示（見圖2）。

（2）另一方面，從公路隧道爆破控制超欠挖技術(shù)實(shí)施過程當(dāng)中的對于鉆孔精度的控制角度上來說，相關(guān)工程實(shí)踐研究證明：相對于公路隧道工程項(xiàng)目作業(yè)而言，施工過程中所涉及到的超欠挖指標(biāo)可以按照如下方式進(jìn)行計(jì)算，即公路隧道超欠挖指標(biāo)=周邊炮眼開口位置+周邊炮眼位置鉆孔深度參數(shù)×tan周邊炮眼位置外插角角度。從這一角度上來說，在周邊炮眼位置外插角角度以及鉆孔深度參數(shù)有所增加的條件下，所對應(yīng)的公路隧道超欠挖指標(biāo)也勢必會呈現(xiàn)出一定的增長取值。換句話來說，要想實(shí)現(xiàn)對公路隧道超欠挖指標(biāo)的有效控制，可以重點(diǎn)關(guān)注如下幾個(gè)方面的問題：首先，周邊炮眼的開口位置應(yīng)當(dāng)盡量保持與整個(gè)公路隧道工程開挖輪廓線的有效重合，其目的在于實(shí)現(xiàn)周邊炮眼開口位置參數(shù)取值能夠傾向零值，進(jìn)而達(dá)到控制因鉆孔精度偏差問題所導(dǎo)致超欠挖指標(biāo)加大的現(xiàn)象；其次，周邊炮眼外插角角度需要結(jié)合鉆孔深度以及超欠挖指標(biāo)允許限制進(jìn)行綜合考量，一般情況下應(yīng)當(dāng)將其控制在2 °范圍之內(nèi)，與之相對的周邊炮眼鉆孔深度參數(shù)應(yīng)當(dāng)控制在

10.5 cm范圍之內(nèi)；最后，除掏槽眼以外的所有炮眼均應(yīng)當(dāng)將眼底位置控制在同一垂直平面上，確保超欠挖指標(biāo)的最小化，從而提高隧道開挖質(zhì)量。

4 結(jié)語

伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程日益完善，對新時(shí)期的公路隧道施工作業(yè)提出了更為全面與系統(tǒng)的發(fā)展要求。對于超欠挖這一可能導(dǎo)致公路隧道施工作業(yè)質(zhì)量明顯下降和影響成本的重要因素，采取爆破方式對其進(jìn)行有效控制無疑有著重要意義。

總而言之，該文針對有關(guān)公路隧道采用爆破控制超欠挖技術(shù)應(yīng)用相關(guān)問題做出了簡要分析與說明，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與類似工程實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]林立，高偉，屠永蓮，等.大孤山水電站引水隧洞Ⅲ標(biāo)的超欠挖控制[J].甘肅水利水電技術(shù)，2009，45（4）：47-48，51.

[2]李青松，彭建陽.吉羅公路牛角山2#隧道施工超欠挖控制[J].湖南交通科技，2005，31（4）：139-140，164.

[3]葉國銓，馬建榮.湖南汝城老坡口水電站引水隧洞斜井及彎段開挖放樣[J].貴州水力發(fā)電，2010，24（1）：52-53.

[4]傅洪賢.條形藥包在隧道爆破中產(chǎn)生的應(yīng)力場的實(shí)測分析[J].巖土力學(xué)，2009，30（2）：483-486.

[5]肖清華，張繼春，夏真榮，等.基于先驗(yàn)知識和BP網(wǎng)絡(luò)的隧道爆破參數(shù)計(jì)算[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，42（5）：537-541.