大斷面隧道爆破設計與改進

王 軼

(中交一航局，天津 300000)

0 引言

花石隧道采用的是新奧法原理，上下臺階法開挖，開挖爆破中炮眼的布置間距較小，炮眼平行，通過控制每個炮眼的裝藥量，選用私密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥，得以控制爆破作用的范圍和方向，借此減少超挖、欠挖和支護的工作量，增加巖壁的穩定性，減少爆破的震動作用，進而達到控制巖體的開挖輪廓。爆破結束后可以更加有效地與混凝土和錨桿支護相配合。

1 工程概況

新建蘭渝鐵路六標段花石入口隧道所處位置，地形西高東低，起伏較大。地面高程約在615 m～1 284 m，相對高差約669 m，隧道最大埋深約630 m。隧道進口位于四川省廣元市朝天區花石鄉小灣子頭村，施工里程為DK478+765～DK481+750，長度為2 985 m，縱坡依次為6‰，13‰，12.8‰的單面下坡。

隧道采用新奧法開挖，上下臺階法作業，上臺階開挖斷面74 m2，下臺階開挖49 m2，以炭質千枚巖和板巖為主。巖體較破碎，節理、裂隙較發育。現以風化破碎的千枚巖段(f=4～6)為例進行分析。

2 爆破設計

1)根據月計劃計算炮眼深度進行炮眼深度的設計。

其中，l為炮眼深度;L為每月工作進度，m;N為每月工作日，d;n為每天完成循環數;η1為正規循環率(每月實際完成的循環個數與計劃循環個數的百分比，應不小于90%);η2為炮眼利用率。

2)炮眼直徑。

依據我們選用乳化炸藥的密度和爆速，以及圍巖的單軸抗壓強度，并結合以往的施工經驗選擇2.0的不耦合系數，選用的乳化炸藥的直徑為200 mm，鉆桿的直徑為200 mm，釬頭的直徑為400 mm，炮眼直徑為400 mm。

3)炮眼數目(N)。

其中，N為炮眼數目;q為單位炸藥消耗量，kg/m3;s為巷道掘進面積，m2;m為每個藥卷長度;η為炮眼利用率，0.85～0.9;α為平均裝藥系數，0.5 ～0.7，掏槽眼取 0.7 ～0.8;p 為每個藥卷的重量，kg。

經過計算上臺階炮眼計算數目為136個。

炮眼數目初定后，經試排，確定數目，經過n個循環實踐調整、優化，最終確定炮眼數目。

4)工作面炮眼的布置。

主要有以下幾類:掏槽眼:在工作面上最先爆破，形成第二個自由面的一組炮眼。周邊眼:在井巷工作面為控制掘進斷面周邊輪廓而鉆鑿的一組炮眼。輔助眼:在掏槽眼和周邊眼之間鉆鑿的炮眼，使大量巖石崩落的一組炮眼。

a.選擇掏槽方式。

根據現場的實際情況，圍巖性質，決定采用楔形掏槽，與工作面夾角55°～75°，每側眼間距取300 mm～500 mm，眼底比其他炮眼深200 mm，眼底距200 mm，采用楔形掏槽，掏槽面積大;爆破效果好;雷管段數少;利于全斷面一次爆破。由于在斷面大時不約束炮眼的施作，尤其適合大斷面的隧道的開挖。

b.確定周邊眼距，輔助眼和底眼眼距，以及最小抵抗線。

查找《爆破工程實用大全》，結合花石隧道的圍巖性質，初步確定周邊的眼距為600 mm，底眼的眼距為800 mm。輔助眼的眼距為700 mm，最外層炮眼距離設計線為150 mm。

c.分配各種炮眼裝藥量(見表1)，再驗算單位炸藥消耗量。

表1 炮眼排列及裝藥量表

d.裝藥結構和起爆順序。

采用不耦合裝藥，且采用空氣柱間隔裝藥的方式。起爆順序是:掏槽眼，輔助眼，幫眼，頂眼，底眼。

3 實際爆破過程中出現的問題

進行了爆破作業的初步設計后，我們通過現場的實際操作進行檢驗，按照動態管理的思想，從組織、管理、經濟、技術的角度去實施糾偏。

在隧道開挖進行了一段時間后我們發現了以下問題:

1)隧道開挖的超欠挖現象突出，開挖面不整齊。

2)炮眼的利用率低，最低的時候僅為55%，開挖狀態不均衡，有時候的炮眼利用率能達到90%。

3)爆破的巖塊不均勻。

4)炮工打眼時炮眼定位不準確，不進行系統的定位，打眼作業非常隨意。

5)掌子面開挖凹凸嚴重，十分的不平整。

4 解決措施

4.1 原因分析

依據動態管理的理論，依照隧道已開挖段的圍巖、機械、人員、組織等方面進行了分析。

1)開挖炮眼利用率有時不足85%，主要由以下幾個方面造成:

隧道內的圍巖性質有變化，在花石隧道中，每開挖幾十米總會遇到巖性軟弱的巖層，這個時候，炮眼利用率較低的情況特別的明顯。

在開挖時，炮工班為了圖省事，在現場技術人員不在的情況下，竟然使用炮泥，直接的開口放炮。

輔助眼的分布不均勻，不按照炮眼分布圖進行炮眼布置，導致爆破后巖塊體積較大。

2)開挖超欠挖現象突出，掌子面凹凸嚴重，隧道輪廓線上留下半個眼痕的炮眼數不足50%。主要由以下幾個方面造成:

炮工在開鉆周邊眼時，不按照技術交底的炮眼角度進行打鉆，周邊眼眼距和鉆眼角度，有時甚至超過隧道輪廓線。炮眼的眼底，不落在同一個底面上，以控制炮眼的深度為主要控制，不注意炮眼眼底的控制。

4.2 糾偏措施

1)組織措施。

在現有的炮工隊伍里將炮工組長的任務明確為:保證炮工班的施工作業質量，尤其是保證炮工炮眼的布置，打眼的質量，輔助眼的均勻分布和周邊眼的角度控制。

2)管理措施。

和開挖班簽訂質量及進度保證合同。對炮工班進行最低工作量限制，督促提高自身作業質量的意識。加強現場工作的指導，技術員及時的了解掌子面的開挖狀況，結合現場及時的做出調整。

3)經濟措施。

結合簽訂的質量和進度合同，當開挖班的月進度以及質量達到合同要求，要進行合理的獎勵，如達不到要求，在領取保底工資的同時，根據實際情況領取全額獎金的一部分。

4)技術措施。

每個星期對現有的循環數進行班組分析，找出技術上的難點易錯點和通病，及時的通報解決;保證班前技術交底落到實處，檢查交底的落實情況。當碰到軟弱圍巖時，不采用一次爆破的手段，采用跳段爆破的手段。由于各段的爆破時間延長，巖石得以充分的粉碎。第一，可以減少拋擲的距離以及巖石的拋擲量。第二，增加了巖石的破碎程度。跳段爆破后，爆破綴體集中性好，利于裝巖運輸。

5 結語

經過一系列的糾偏措施，花石隧道進口，在糾偏結束后即達到采用氣腿式風鉆，在僅有14人作業的情況下，月度連續作業開挖130 m的業績，領先于同類施工機械的其他隧道開挖量。隧道的爆破開挖設計應該包括前期的參數設計和后期的參數改進，特別是設計后期的采取動態管理的方法提出的糾偏措施，是保證隧道開挖設計科學、有效、經濟的必要手段。花石隧道的開挖設計可以作為其他隧道開挖設計的一個現實范例。

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