水平層狀圍巖光面爆破施工技術

馮桂紅

摘 要：水平或近水平層狀圍巖在隧道爆破施工過程中，受到巖石節理、層理及施工方法的影響，隧道超欠挖現象普遍，為后續施工埋下了質量安全隱患。該文結合工程實例，簡要闡述水平層狀圍巖隧道光面爆破控制要點。

關鍵詞：水平層狀圍巖 光面爆破 控制要點

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0106-02

隧道應用光面爆破技術最顯著的優點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩定，充分發揮圍巖的自承作用，確保施工安全。在結構完整、節理、裂隙不發育的圍巖中光爆質量效果較好，然而在實際施工中圍巖往往存在大量的裂隙、節理以及夾層，貴州黔東南地區普遍存在水平或近水平層狀圍巖，水平方向節理發育，超爆現場時有發生，影響后續施工安全和施工質量，并造成大量的人力、物力、財力的浪費。

1 工程概況

滬昆客專新莊隧道位于貴州省福泉縣，隧道起迄里程為D1K622+510～D1K625+

372，全長2862 m，單洞雙線隧道，左右線間距為5 m，設計時速350 km/h客運專線。隧道區緩坡地帶覆蓋有第四系全新統坡洪積層（Q[4]（dl+pl））、志留系中統翁項組（Swx）、奧陶系下統大灣組（O[1]d）、奧陶系下統紅花園組（O[1]h）、奧陶系下統桐梓組（O[1]t）、寒武系中上統婁山關群（∈[o]l）。巖性為頁巖、泥巖夾砂巖和頁巖夾砂巖、灰巖和白云巖夾頁巖，巖體完整，屬次硬質和硬質巖，為Ⅲ～Ⅳ圍巖，裂隙、節理發育，水平分層，洞身采用上下臺階鉆爆法開挖。

2 水平層狀圍巖隧道爆破情況和產生的影響

滬昆客專新莊隧道掌子面圍巖為黃褐色白云巖夾砂巖，薄～中層狀，水平分布，節理裂隙發育。經現場觀察，前期光面爆破效果不佳，隧道拱頂處爆破輪廓呈大面積平板狀，存在不同程度超挖現象，拱頂、拱腰多超挖，拱腳邊墻多存在欠挖現象。超挖將影響巖體整體受力，破壞了整體穩定性，帶來了施工安全隱患；由于超挖部分必須采用同初期支護同等級混凝土進行回填密實，由此造成的損失不可估計，預計平均每延米僅噴射混凝土就增加成本近2000元；如施工方法、回填厚度等存在問題難以保證回填和噴射混凝土施工質量，容易產生質量隱患；同時超挖增加了出渣時間、噴射混凝土時間，加大了循環作業時間，工期難以保證。欠挖需要二次爆破或破碎錘處理，增加了作業時間和經濟成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道開挖出現大量的超欠挖，將給施工帶來一系列不良后果。

3 水平層狀圍巖超欠挖原因分析

（1）水平層狀圍巖一般為沉積巖，沉積巖一般經過風化、搬運、沉積固結的成巖過程，使得圍巖中各巖層的彈性模量、松比、抗壓強度、抗拉強度、粘性模量等力學參數差異性大，受水平方向層理，巖石節理、裂隙共同作用下，在爆破產生的沖擊波震動下，巖石被震松散破碎，整體性遭到破壞，產生嚴重的超挖現象。

（2）水平層狀圍巖隧道開挖后，巖體極易沿著拱頂層理面整體脫落，形成平如桌面的平頂現象。平頂現象使得隧道拱頂以“梁”的形式支撐著上覆巖體的重力，當此跨度達到巖石“梁”的極限跨度，拱頂巖層斷裂，斷裂后又使得上面巖層又形成“梁”式結構，在上部荷載作用下，隧道拱部巖層會不斷發生斷裂破壞，直至拱部形成應力平衡拱，上部覆巖層重力將由平衡拱傳至拱腳，圍巖才整體達到應力平衡狀態。

4 水平層狀圍巖光面爆破控制措施

4.1 根據圍巖特性優化爆破參數

拱頂：由于層理面近似平行炮眼連心線，爆破應力波的反射拉伸作用使光爆面沿層理、節理等弱面塌落，所以相對較大的間距和相對較小的藥量既可以爆破出較好的輪廓線。

拱腰：由于連心線與巖層面斜交，貫通裂縫難以形成，裂縫往往優先沿垂直巖層面方向，爆破后形成臺階狀，為保證裂縫向利于輪廓成型方向發展，應減小周邊眼間距，同時減小裝藥量。

邊墻：因為巖層面與連心線近似垂直，單個炮眼在豎直方向作用范圍有限，應減小周邊眼間距，同時適當加大裝藥量。

該文以新莊隧道水平層狀Ⅳa圍巖，一次爆破進尺3.6 m進行示例，爆破參數見（表1），炮孔設計見（圖1、圖2）。

4.2 鉆爆施工要點

4.2.1 鉆眼

為保證開挖輪廓圓順，充分利用圍巖自承能力，減小圍巖振動，確保良好的爆破效果，施鉆前由測量人員進行測量放線，司鉆人員嚴格按照炮眼的設計位置、深度和角度進行鉆眼。

4.2.2 裝藥

鉆完孔后，用高壓風吹孔，將炮眼內的殘碴、積水排除干凈，并仔細檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設計要求，裝藥時應嚴格按照設計的炸藥量進行裝藥。

4.2.3 堵塞

所有炮裝藥結束后必須進行堵塞，使爆炸產生的能量更多地轉換成破碎巖體的機械功，提高炸藥利用率，堵塞材料為砂子和黏土的混合物，堵塞長度不能小于30 cm。

5 水平層狀圍巖隧道支護參數優化

5.1 超前支護參數優化

根據設計圖紙，Ⅳ圍巖拱部150°范圍施做φ42超前注漿小導管，環向間距50 cm、40 cm。由于拱頂處巖石水平層狀分布，節理裂隙較發育，圍巖自穩能力差，斷裂破碎的巖石從拱頂、拱肩小導管間掉落，小導管經常處于懸空狀態。保證設計數量不變，拱頂超前小導管間距根據實際情況適當加密，環向小導管間距調整為30～40 cm，邊墻適當加大。

5.2 錨噴支護參數優化

錨桿支護的作用機理，加固作用、懸吊作用、組合梁作用，根據水平層狀圍巖拱部易發生彎折斷裂破壞，而隧道邊墻處圍巖穩定性較好，在不改變設計數量的情況下，在隧道起拱線處適當加強。

6 水平層狀圍巖爆破效果

經過現場爆破參數優化和超前支護參數優化后，新莊隧道在不增加投入的情況下，超欠挖現象得到了有效控制，同時加快了施工進度，節省了施工材料。鉆爆施工及鉆爆效果見（圖3、4）。

7 結語

目前新莊隧道已施工完畢，經過爆破參數優化，支護參數優化，加強施工管理、隧道光面爆破效果較好，經濟效果顯著，為水平層狀圍巖隧道安全、經濟、快速施工提供了保障，并為以后類似隧道圍巖施工提供了寶貴經驗。

參考文獻

[1] 萬姜林.隧道超欠挖力學效應的研究[J].西部探礦工程，2000，12（4）：6-10.

[2] 楊延毅.加錨層狀巖體的變形破壞過程與加固效果分析模型[J].巖石力學與工程學報，1994，13（4）：309-317.

[3] 劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京.冶金工業出版社，1999.

[5] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6] 朱永全，宋香玉.隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2007.endprint

摘 要：水平或近水平層狀圍巖在隧道爆破施工過程中，受到巖石節理、層理及施工方法的影響，隧道超欠挖現象普遍，為后續施工埋下了質量安全隱患。該文結合工程實例，簡要闡述水平層狀圍巖隧道光面爆破控制要點。

關鍵詞：水平層狀圍巖 光面爆破 控制要點

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0106-02

隧道應用光面爆破技術最顯著的優點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩定，充分發揮圍巖的自承作用，確保施工安全。在結構完整、節理、裂隙不發育的圍巖中光爆質量效果較好，然而在實際施工中圍巖往往存在大量的裂隙、節理以及夾層，貴州黔東南地區普遍存在水平或近水平層狀圍巖，水平方向節理發育，超爆現場時有發生，影響后續施工安全和施工質量，并造成大量的人力、物力、財力的浪費。

1 工程概況

滬昆客專新莊隧道位于貴州省福泉縣，隧道起迄里程為D1K622+510～D1K625+

372，全長2862 m，單洞雙線隧道，左右線間距為5 m，設計時速350 km/h客運專線。隧道區緩坡地帶覆蓋有第四系全新統坡洪積層（Q[4]（dl+pl））、志留系中統翁項組（Swx）、奧陶系下統大灣組（O[1]d）、奧陶系下統紅花園組（O[1]h）、奧陶系下統桐梓組（O[1]t）、寒武系中上統婁山關群（∈[o]l）。巖性為頁巖、泥巖夾砂巖和頁巖夾砂巖、灰巖和白云巖夾頁巖，巖體完整，屬次硬質和硬質巖，為Ⅲ～Ⅳ圍巖，裂隙、節理發育，水平分層，洞身采用上下臺階鉆爆法開挖。

2 水平層狀圍巖隧道爆破情況和產生的影響

滬昆客專新莊隧道掌子面圍巖為黃褐色白云巖夾砂巖，薄～中層狀，水平分布，節理裂隙發育。經現場觀察，前期光面爆破效果不佳，隧道拱頂處爆破輪廓呈大面積平板狀，存在不同程度超挖現象，拱頂、拱腰多超挖，拱腳邊墻多存在欠挖現象。超挖將影響巖體整體受力，破壞了整體穩定性，帶來了施工安全隱患；由于超挖部分必須采用同初期支護同等級混凝土進行回填密實，由此造成的損失不可估計，預計平均每延米僅噴射混凝土就增加成本近2000元；如施工方法、回填厚度等存在問題難以保證回填和噴射混凝土施工質量，容易產生質量隱患；同時超挖增加了出渣時間、噴射混凝土時間，加大了循環作業時間，工期難以保證。欠挖需要二次爆破或破碎錘處理，增加了作業時間和經濟成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道開挖出現大量的超欠挖，將給施工帶來一系列不良后果。

3 水平層狀圍巖超欠挖原因分析

（1）水平層狀圍巖一般為沉積巖，沉積巖一般經過風化、搬運、沉積固結的成巖過程，使得圍巖中各巖層的彈性模量、松比、抗壓強度、抗拉強度、粘性模量等力學參數差異性大，受水平方向層理，巖石節理、裂隙共同作用下，在爆破產生的沖擊波震動下，巖石被震松散破碎，整體性遭到破壞，產生嚴重的超挖現象。

（2）水平層狀圍巖隧道開挖后，巖體極易沿著拱頂層理面整體脫落，形成平如桌面的平頂現象。平頂現象使得隧道拱頂以“梁”的形式支撐著上覆巖體的重力，當此跨度達到巖石“梁”的極限跨度，拱頂巖層斷裂，斷裂后又使得上面巖層又形成“梁”式結構，在上部荷載作用下，隧道拱部巖層會不斷發生斷裂破壞，直至拱部形成應力平衡拱，上部覆巖層重力將由平衡拱傳至拱腳，圍巖才整體達到應力平衡狀態。

4 水平層狀圍巖光面爆破控制措施

4.1 根據圍巖特性優化爆破參數

拱頂：由于層理面近似平行炮眼連心線，爆破應力波的反射拉伸作用使光爆面沿層理、節理等弱面塌落，所以相對較大的間距和相對較小的藥量既可以爆破出較好的輪廓線。

拱腰：由于連心線與巖層面斜交，貫通裂縫難以形成，裂縫往往優先沿垂直巖層面方向，爆破后形成臺階狀，為保證裂縫向利于輪廓成型方向發展，應減小周邊眼間距，同時減小裝藥量。

邊墻：因為巖層面與連心線近似垂直，單個炮眼在豎直方向作用范圍有限，應減小周邊眼間距，同時適當加大裝藥量。

該文以新莊隧道水平層狀Ⅳa圍巖，一次爆破進尺3.6 m進行示例，爆破參數見（表1），炮孔設計見（圖1、圖2）。

4.2 鉆爆施工要點

4.2.1 鉆眼

為保證開挖輪廓圓順，充分利用圍巖自承能力，減小圍巖振動，確保良好的爆破效果，施鉆前由測量人員進行測量放線，司鉆人員嚴格按照炮眼的設計位置、深度和角度進行鉆眼。

4.2.2 裝藥

鉆完孔后，用高壓風吹孔，將炮眼內的殘碴、積水排除干凈，并仔細檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設計要求，裝藥時應嚴格按照設計的炸藥量進行裝藥。

4.2.3 堵塞

所有炮裝藥結束后必須進行堵塞，使爆炸產生的能量更多地轉換成破碎巖體的機械功，提高炸藥利用率，堵塞材料為砂子和黏土的混合物，堵塞長度不能小于30 cm。

5 水平層狀圍巖隧道支護參數優化

5.1 超前支護參數優化

根據設計圖紙，Ⅳ圍巖拱部150°范圍施做φ42超前注漿小導管，環向間距50 cm、40 cm。由于拱頂處巖石水平層狀分布，節理裂隙較發育，圍巖自穩能力差，斷裂破碎的巖石從拱頂、拱肩小導管間掉落，小導管經常處于懸空狀態。保證設計數量不變，拱頂超前小導管間距根據實際情況適當加密，環向小導管間距調整為30～40 cm，邊墻適當加大。

5.2 錨噴支護參數優化

錨桿支護的作用機理，加固作用、懸吊作用、組合梁作用，根據水平層狀圍巖拱部易發生彎折斷裂破壞，而隧道邊墻處圍巖穩定性較好，在不改變設計數量的情況下，在隧道起拱線處適當加強。

6 水平層狀圍巖爆破效果

經過現場爆破參數優化和超前支護參數優化后，新莊隧道在不增加投入的情況下，超欠挖現象得到了有效控制，同時加快了施工進度，節省了施工材料。鉆爆施工及鉆爆效果見（圖3、4）。

7 結語

目前新莊隧道已施工完畢，經過爆破參數優化，支護參數優化，加強施工管理、隧道光面爆破效果較好，經濟效果顯著，為水平層狀圍巖隧道安全、經濟、快速施工提供了保障，并為以后類似隧道圍巖施工提供了寶貴經驗。

參考文獻

[1] 萬姜林.隧道超欠挖力學效應的研究[J].西部探礦工程，2000，12（4）：6-10.

[2] 楊延毅.加錨層狀巖體的變形破壞過程與加固效果分析模型[J].巖石力學與工程學報，1994，13（4）：309-317.

[3] 劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京.冶金工業出版社，1999.

[5] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6] 朱永全，宋香玉.隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2007.endprint

摘 要：水平或近水平層狀圍巖在隧道爆破施工過程中，受到巖石節理、層理及施工方法的影響，隧道超欠挖現象普遍，為后續施工埋下了質量安全隱患。該文結合工程實例，簡要闡述水平層狀圍巖隧道光面爆破控制要點。

關鍵詞：水平層狀圍巖 光面爆破 控制要點

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0106-02

隧道應用光面爆破技術最顯著的優點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩定，充分發揮圍巖的自承作用，確保施工安全。在結構完整、節理、裂隙不發育的圍巖中光爆質量效果較好，然而在實際施工中圍巖往往存在大量的裂隙、節理以及夾層，貴州黔東南地區普遍存在水平或近水平層狀圍巖，水平方向節理發育，超爆現場時有發生，影響后續施工安全和施工質量，并造成大量的人力、物力、財力的浪費。

1 工程概況

滬昆客專新莊隧道位于貴州省福泉縣，隧道起迄里程為D1K622+510～D1K625+

372，全長2862 m，單洞雙線隧道，左右線間距為5 m，設計時速350 km/h客運專線。隧道區緩坡地帶覆蓋有第四系全新統坡洪積層（Q[4]（dl+pl））、志留系中統翁項組（Swx）、奧陶系下統大灣組（O[1]d）、奧陶系下統紅花園組（O[1]h）、奧陶系下統桐梓組（O[1]t）、寒武系中上統婁山關群（∈[o]l）。巖性為頁巖、泥巖夾砂巖和頁巖夾砂巖、灰巖和白云巖夾頁巖，巖體完整，屬次硬質和硬質巖，為Ⅲ～Ⅳ圍巖，裂隙、節理發育，水平分層，洞身采用上下臺階鉆爆法開挖。

2 水平層狀圍巖隧道爆破情況和產生的影響

滬昆客專新莊隧道掌子面圍巖為黃褐色白云巖夾砂巖，薄～中層狀，水平分布，節理裂隙發育。經現場觀察，前期光面爆破效果不佳，隧道拱頂處爆破輪廓呈大面積平板狀，存在不同程度超挖現象，拱頂、拱腰多超挖，拱腳邊墻多存在欠挖現象。超挖將影響巖體整體受力，破壞了整體穩定性，帶來了施工安全隱患；由于超挖部分必須采用同初期支護同等級混凝土進行回填密實，由此造成的損失不可估計，預計平均每延米僅噴射混凝土就增加成本近2000元；如施工方法、回填厚度等存在問題難以保證回填和噴射混凝土施工質量，容易產生質量隱患；同時超挖增加了出渣時間、噴射混凝土時間，加大了循環作業時間，工期難以保證。欠挖需要二次爆破或破碎錘處理，增加了作業時間和經濟成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道開挖出現大量的超欠挖，將給施工帶來一系列不良后果。

3 水平層狀圍巖超欠挖原因分析

（1）水平層狀圍巖一般為沉積巖，沉積巖一般經過風化、搬運、沉積固結的成巖過程，使得圍巖中各巖層的彈性模量、松比、抗壓強度、抗拉強度、粘性模量等力學參數差異性大，受水平方向層理，巖石節理、裂隙共同作用下，在爆破產生的沖擊波震動下，巖石被震松散破碎，整體性遭到破壞，產生嚴重的超挖現象。

（2）水平層狀圍巖隧道開挖后，巖體極易沿著拱頂層理面整體脫落，形成平如桌面的平頂現象。平頂現象使得隧道拱頂以“梁”的形式支撐著上覆巖體的重力，當此跨度達到巖石“梁”的極限跨度，拱頂巖層斷裂，斷裂后又使得上面巖層又形成“梁”式結構，在上部荷載作用下，隧道拱部巖層會不斷發生斷裂破壞，直至拱部形成應力平衡拱，上部覆巖層重力將由平衡拱傳至拱腳，圍巖才整體達到應力平衡狀態。

4 水平層狀圍巖光面爆破控制措施

4.1 根據圍巖特性優化爆破參數

拱頂：由于層理面近似平行炮眼連心線，爆破應力波的反射拉伸作用使光爆面沿層理、節理等弱面塌落，所以相對較大的間距和相對較小的藥量既可以爆破出較好的輪廓線。

拱腰：由于連心線與巖層面斜交，貫通裂縫難以形成，裂縫往往優先沿垂直巖層面方向，爆破后形成臺階狀，為保證裂縫向利于輪廓成型方向發展，應減小周邊眼間距，同時減小裝藥量。

邊墻：因為巖層面與連心線近似垂直，單個炮眼在豎直方向作用范圍有限，應減小周邊眼間距，同時適當加大裝藥量。

該文以新莊隧道水平層狀Ⅳa圍巖，一次爆破進尺3.6 m進行示例，爆破參數見（表1），炮孔設計見（圖1、圖2）。

4.2 鉆爆施工要點

4.2.1 鉆眼

為保證開挖輪廓圓順，充分利用圍巖自承能力，減小圍巖振動，確保良好的爆破效果，施鉆前由測量人員進行測量放線，司鉆人員嚴格按照炮眼的設計位置、深度和角度進行鉆眼。

4.2.2 裝藥

鉆完孔后，用高壓風吹孔，將炮眼內的殘碴、積水排除干凈，并仔細檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設計要求，裝藥時應嚴格按照設計的炸藥量進行裝藥。

4.2.3 堵塞

所有炮裝藥結束后必須進行堵塞，使爆炸產生的能量更多地轉換成破碎巖體的機械功，提高炸藥利用率，堵塞材料為砂子和黏土的混合物，堵塞長度不能小于30 cm。

5 水平層狀圍巖隧道支護參數優化

5.1 超前支護參數優化

根據設計圖紙，Ⅳ圍巖拱部150°范圍施做φ42超前注漿小導管，環向間距50 cm、40 cm。由于拱頂處巖石水平層狀分布，節理裂隙較發育，圍巖自穩能力差，斷裂破碎的巖石從拱頂、拱肩小導管間掉落，小導管經常處于懸空狀態。保證設計數量不變，拱頂超前小導管間距根據實際情況適當加密，環向小導管間距調整為30～40 cm，邊墻適當加大。

5.2 錨噴支護參數優化

錨桿支護的作用機理，加固作用、懸吊作用、組合梁作用，根據水平層狀圍巖拱部易發生彎折斷裂破壞，而隧道邊墻處圍巖穩定性較好，在不改變設計數量的情況下，在隧道起拱線處適當加強。

6 水平層狀圍巖爆破效果

經過現場爆破參數優化和超前支護參數優化后，新莊隧道在不增加投入的情況下，超欠挖現象得到了有效控制，同時加快了施工進度，節省了施工材料。鉆爆施工及鉆爆效果見（圖3、4）。

7 結語

目前新莊隧道已施工完畢，經過爆破參數優化，支護參數優化，加強施工管理、隧道光面爆破效果較好，經濟效果顯著，為水平層狀圍巖隧道安全、經濟、快速施工提供了保障，并為以后類似隧道圍巖施工提供了寶貴經驗。

參考文獻

[1] 萬姜林.隧道超欠挖力學效應的研究[J].西部探礦工程，2000，12（4）：6-10.

[2] 楊延毅.加錨層狀巖體的變形破壞過程與加固效果分析模型[J].巖石力學與工程學報，1994，13（4）：309-317.

[3] 劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京.冶金工業出版社，1999.

[5] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6] 朱永全，宋香玉.隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2007.endprint