水平層狀圍巖光面爆破施工技術(shù)

馮桂紅

摘 要：水平或近水平層狀圍巖在隧道爆破施工過(guò)程中，受到巖石節(jié)理、層理及施工方法的影響，隧道超欠挖現(xiàn)象普遍，為后續(xù)施工埋下了質(zhì)量安全隱患。該文結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)要闡述水平層狀圍巖隧道光面爆破控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水平層狀圍巖 光面爆破 控制要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0106-02

隧道應(yīng)用光面爆破技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖的穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自承作用，確保施工安全。在結(jié)構(gòu)完整、節(jié)理、裂隙不發(fā)育的圍巖中光爆質(zhì)量效果較好，然而在實(shí)際施工中圍巖往往存在大量的裂隙、節(jié)理以及夾層，貴州黔東南地區(qū)普遍存在水平或近水平層狀圍巖，水平方向節(jié)理發(fā)育，超爆現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生，影響后續(xù)施工安全和施工質(zhì)量，并造成大量的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。

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(zhǎng)2862 m，單洞雙線隧道，左右線間距為5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h客運(yùn)專線。隧道區(qū)緩坡地帶覆蓋有第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q[4]（dl+pl））、志留系中統(tǒng)翁項(xiàng)組（Swx）、奧陶系下統(tǒng)大灣組（O[1]d）、奧陶系下統(tǒng)紅花園組（O[1]h）、奧陶系下統(tǒng)桐梓組（O[1]t）、寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈[o]l）。巖性為頁(yè)巖、泥巖夾砂巖和頁(yè)巖夾砂巖、灰?guī)r和白云巖夾頁(yè)巖，巖體完整，屬次硬質(zhì)和硬質(zhì)巖，為Ⅲ～Ⅳ圍巖，裂隙、節(jié)理發(fā)育，水平分層，洞身采用上下臺(tái)階鉆爆法開(kāi)挖。

2 水平層狀圍巖隧道爆破情況和產(chǎn)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(jié)理裂隙發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)象，拱頂、拱腰多超挖，拱腳邊墻多存在欠挖現(xiàn)象。超挖將影響巖體整體受力，破壞了整體穩(wěn)定性，帶來(lái)了施工安全隱患；由于超挖部分必須采用同初期支護(hù)同等級(jí)混凝土進(jìn)行回填密實(shí)，由此造成的損失不可估計(jì)，預(yù)計(jì)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(wèn)題難以保證回填和噴射混凝土施工質(zhì)量，容易產(chǎn)生質(zhì)量隱患；同時(shí)超挖增加了出渣時(shí)間、噴射混凝土?xí)r間，加大了循環(huán)作業(yè)時(shí)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(yè)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道開(kāi)挖出現(xiàn)大量的超欠挖，將給施工帶來(lái)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(jīng)過(guò)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積固結(jié)的成巖過(guò)程，使得圍巖中各巖層的彈性模量、松比、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘性模量等力學(xué)參數(shù)差異性大，受水平方向?qū)永恚瑤r石節(jié)理、裂隙共同作用下，在爆破產(chǎn)生的沖擊波震動(dòng)下，巖石被震松散破碎，整體性遭到破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的超挖現(xiàn)象。

（2）水平層狀圍巖隧道開(kāi)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(xiàn)象。平頂現(xiàn)象使得隧道拱頂以“梁”的形式支撐著上覆巖體的重力，當(dāng)此跨度達(dá)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(jié)構(gòu)，在上部荷載作用下，隧道拱部巖層會(huì)不斷發(fā)生斷裂破壞，直至拱部形成應(yīng)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(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)。

4 水平層狀圍巖光面爆破控制措施

4.1 根據(jù)圍巖特性優(yōu)化爆破參數(shù)

拱頂：由于層理面近似平行炮眼連心線，爆破應(yīng)力波的反射拉伸作用使光爆面沿層理、節(jié)理等弱面塌落，所以相對(duì)較大的間距和相對(duì)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(yōu)先沿垂直巖層面方向，爆破后形成臺(tái)階狀，為保證裂縫向利于輪廓成型方向發(fā)展，應(yīng)減小周邊眼間距，同時(shí)減小裝藥量。

邊墻：因?yàn)閹r層面與連心線近似垂直，單個(gè)炮眼在豎直方向作用范圍有限，應(yīng)減小周邊眼間距，同時(shí)適當(dāng)加大裝藥量。

該文以新莊隧道水平層狀Ⅳa圍巖，一次爆破進(jìn)尺3.6 m進(jìn)行示例，爆破參數(shù)見(jiàn)（表1），炮孔設(shè)計(jì)見(jiàn)（圖1、圖2）。

4.2 鉆爆施工要點(diǎn)

4.2.1 鉆眼

為保證開(kāi)挖輪廓圓順，充分利用圍巖自承能力，減小圍巖振動(dòng)，確保良好的爆破效果，施鉆前由測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量放線，司鉆人員嚴(yán)格按照炮眼的設(shè)計(jì)位置、深度和角度進(jìn)行鉆眼。

4.2.2 裝藥

鉆完孔后，用高壓風(fēng)吹孔，將炮眼內(nèi)的殘碴、積水排除干凈，并仔細(xì)檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設(shè)計(jì)要求，裝藥時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的炸藥量進(jìn)行裝藥。

4.2.3 堵塞

所有炮裝藥結(jié)束后必須進(jìn)行堵塞，使爆炸產(chǎn)生的能量更多地轉(zhuǎn)換成破碎巖體的機(jī)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(zhǎng)度不能小于30 cm。

5 水平層狀圍巖隧道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

5.1 超前支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，Ⅳ圍巖拱部150°范圍施做φ42超前注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距50 cm、40 cm。由于拱頂處巖石水平層狀分布，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力差，斷裂破碎的巖石從拱頂、拱肩小導(dǎo)管間掉落，小導(dǎo)管經(jīng)常處于懸空狀態(tài)。保證設(shè)計(jì)數(shù)量不變，拱頂超前小導(dǎo)管間距根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加密，環(huán)向小導(dǎo)管間距調(diào)整為30～40 cm，邊墻適當(dāng)加大。

5.2 錨噴支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

錨桿支護(hù)的作用機(jī)理，加固作用、懸吊作用、組合梁作用，根據(jù)水平層狀圍巖拱部易發(fā)生彎折斷裂破壞，而隧道邊墻處圍巖穩(wěn)定性較好，在不改變?cè)O(shè)計(jì)數(shù)量的情況下，在隧道起拱線處適當(dāng)加強(qiáng)。

6 水平層狀圍巖爆破效果

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破參數(shù)優(yōu)化和超前支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后，新莊隧道在不增加投入的情況下，超欠挖現(xiàn)象得到了有效控制，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了施工材料。鉆爆施工及鉆爆效果見(jiàn)（圖3、4）。

7 結(jié)語(yǔ)

目前新莊隧道已施工完畢，經(jīng)過(guò)爆破參數(shù)優(yōu)化，支護(hù)參數(shù)優(yōu)化，加強(qiáng)施工管理、隧道光面爆破效果較好，經(jīng)濟(jì)效果顯著，為水平層狀圍巖隧道安全、經(jīng)濟(jì)、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(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬(wàn)姜林.隧道超欠挖力學(xué)效應(yīng)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(guò)程與加固效果分析模型[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1994，13（4）：309-317.

[3] 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊(cè)[M].北京.冶金工業(yè)出版社，1999.

[5] 關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)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(guó)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(guò)程中，受到巖石節(jié)理、層理及施工方法的影響，隧道超欠挖現(xiàn)象普遍，為后續(xù)施工埋下了質(zhì)量安全隱患。該文結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)要闡述水平層狀圍巖隧道光面爆破控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水平層狀圍巖 光面爆破 控制要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0106-02

隧道應(yīng)用光面爆破技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖的穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自承作用，確保施工安全。在結(jié)構(gòu)完整、節(jié)理、裂隙不發(fā)育的圍巖中光爆質(zhì)量效果較好，然而在實(shí)際施工中圍巖往往存在大量的裂隙、節(jié)理以及夾層，貴州黔東南地區(qū)普遍存在水平或近水平層狀圍巖，水平方向節(jié)理發(fā)育，超爆現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生，影響后續(xù)施工安全和施工質(zhì)量，并造成大量的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。

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(zhǎng)2862 m，單洞雙線隧道，左右線間距為5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h客運(yùn)專線。隧道區(qū)緩坡地帶覆蓋有第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q[4]（dl+pl））、志留系中統(tǒng)翁項(xiàng)組（Swx）、奧陶系下統(tǒng)大灣組（O[1]d）、奧陶系下統(tǒng)紅花園組（O[1]h）、奧陶系下統(tǒng)桐梓組（O[1]t）、寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈[o]l）。巖性為頁(yè)巖、泥巖夾砂巖和頁(yè)巖夾砂巖、灰?guī)r和白云巖夾頁(yè)巖，巖體完整，屬次硬質(zhì)和硬質(zhì)巖，為Ⅲ～Ⅳ圍巖，裂隙、節(jié)理發(fā)育，水平分層，洞身采用上下臺(tái)階鉆爆法開(kāi)挖。

2 水平層狀圍巖隧道爆破情況和產(chǎn)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(jié)理裂隙發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)象，拱頂、拱腰多超挖，拱腳邊墻多存在欠挖現(xiàn)象。超挖將影響巖體整體受力，破壞了整體穩(wěn)定性，帶來(lái)了施工安全隱患；由于超挖部分必須采用同初期支護(hù)同等級(jí)混凝土進(jìn)行回填密實(shí)，由此造成的損失不可估計(jì)，預(yù)計(jì)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(wèn)題難以保證回填和噴射混凝土施工質(zhì)量，容易產(chǎn)生質(zhì)量隱患；同時(shí)超挖增加了出渣時(shí)間、噴射混凝土?xí)r間，加大了循環(huán)作業(yè)時(shí)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(yè)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道開(kāi)挖出現(xiàn)大量的超欠挖，將給施工帶來(lái)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(jīng)過(guò)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積固結(jié)的成巖過(guò)程，使得圍巖中各巖層的彈性模量、松比、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘性模量等力學(xué)參數(shù)差異性大，受水平方向?qū)永恚瑤r石節(jié)理、裂隙共同作用下，在爆破產(chǎn)生的沖擊波震動(dòng)下，巖石被震松散破碎，整體性遭到破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的超挖現(xiàn)象。

（2）水平層狀圍巖隧道開(kāi)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(xiàn)象。平頂現(xiàn)象使得隧道拱頂以“梁”的形式支撐著上覆巖體的重力，當(dāng)此跨度達(dá)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(jié)構(gòu)，在上部荷載作用下，隧道拱部巖層會(huì)不斷發(fā)生斷裂破壞，直至拱部形成應(yīng)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(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)。

4 水平層狀圍巖光面爆破控制措施

4.1 根據(jù)圍巖特性優(yōu)化爆破參數(shù)

拱頂：由于層理面近似平行炮眼連心線，爆破應(yīng)力波的反射拉伸作用使光爆面沿層理、節(jié)理等弱面塌落，所以相對(duì)較大的間距和相對(duì)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(yōu)先沿垂直巖層面方向，爆破后形成臺(tái)階狀，為保證裂縫向利于輪廓成型方向發(fā)展，應(yīng)減小周邊眼間距，同時(shí)減小裝藥量。

邊墻：因?yàn)閹r層面與連心線近似垂直，單個(gè)炮眼在豎直方向作用范圍有限，應(yīng)減小周邊眼間距，同時(shí)適當(dāng)加大裝藥量。

該文以新莊隧道水平層狀Ⅳa圍巖，一次爆破進(jìn)尺3.6 m進(jìn)行示例，爆破參數(shù)見(jiàn)（表1），炮孔設(shè)計(jì)見(jiàn)（圖1、圖2）。

4.2 鉆爆施工要點(diǎn)

4.2.1 鉆眼

為保證開(kāi)挖輪廓圓順，充分利用圍巖自承能力，減小圍巖振動(dòng)，確保良好的爆破效果，施鉆前由測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量放線，司鉆人員嚴(yán)格按照炮眼的設(shè)計(jì)位置、深度和角度進(jìn)行鉆眼。

4.2.2 裝藥

鉆完孔后，用高壓風(fēng)吹孔，將炮眼內(nèi)的殘碴、積水排除干凈，并仔細(xì)檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設(shè)計(jì)要求，裝藥時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的炸藥量進(jìn)行裝藥。

4.2.3 堵塞

所有炮裝藥結(jié)束后必須進(jìn)行堵塞，使爆炸產(chǎn)生的能量更多地轉(zhuǎn)換成破碎巖體的機(jī)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(zhǎng)度不能小于30 cm。

5 水平層狀圍巖隧道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

5.1 超前支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，Ⅳ圍巖拱部150°范圍施做φ42超前注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距50 cm、40 cm。由于拱頂處巖石水平層狀分布，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力差，斷裂破碎的巖石從拱頂、拱肩小導(dǎo)管間掉落，小導(dǎo)管經(jīng)常處于懸空狀態(tài)。保證設(shè)計(jì)數(shù)量不變，拱頂超前小導(dǎo)管間距根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加密，環(huán)向小導(dǎo)管間距調(diào)整為30～40 cm，邊墻適當(dāng)加大。

5.2 錨噴支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

錨桿支護(hù)的作用機(jī)理，加固作用、懸吊作用、組合梁作用，根據(jù)水平層狀圍巖拱部易發(fā)生彎折斷裂破壞，而隧道邊墻處圍巖穩(wěn)定性較好，在不改變?cè)O(shè)計(jì)數(shù)量的情況下，在隧道起拱線處適當(dāng)加強(qiáng)。

6 水平層狀圍巖爆破效果

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破參數(shù)優(yōu)化和超前支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后，新莊隧道在不增加投入的情況下，超欠挖現(xiàn)象得到了有效控制，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了施工材料。鉆爆施工及鉆爆效果見(jiàn)（圖3、4）。

7 結(jié)語(yǔ)

目前新莊隧道已施工完畢，經(jīng)過(guò)爆破參數(shù)優(yōu)化，支護(hù)參數(shù)優(yōu)化，加強(qiáng)施工管理、隧道光面爆破效果較好，經(jīng)濟(jì)效果顯著，為水平層狀圍巖隧道安全、經(jīng)濟(jì)、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(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬(wàn)姜林.隧道超欠挖力學(xué)效應(yīng)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(guò)程與加固效果分析模型[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1994，13（4）：309-317.

[3] 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊(cè)[M].北京.冶金工業(yè)出版社，1999.

[5] 關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)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(guó)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(guò)程中，受到巖石節(jié)理、層理及施工方法的影響，隧道超欠挖現(xiàn)象普遍，為后續(xù)施工埋下了質(zhì)量安全隱患。該文結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)要闡述水平層狀圍巖隧道光面爆破控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水平層狀圍巖 光面爆破 控制要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0106-02

隧道應(yīng)用光面爆破技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖的穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自承作用，確保施工安全。在結(jié)構(gòu)完整、節(jié)理、裂隙不發(fā)育的圍巖中光爆質(zhì)量效果較好，然而在實(shí)際施工中圍巖往往存在大量的裂隙、節(jié)理以及夾層，貴州黔東南地區(qū)普遍存在水平或近水平層狀圍巖，水平方向節(jié)理發(fā)育，超爆現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生，影響后續(xù)施工安全和施工質(zhì)量，并造成大量的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。

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(zhǎng)2862 m，單洞雙線隧道，左右線間距為5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h客運(yùn)專線。隧道區(qū)緩坡地帶覆蓋有第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q[4]（dl+pl））、志留系中統(tǒng)翁項(xiàng)組（Swx）、奧陶系下統(tǒng)大灣組（O[1]d）、奧陶系下統(tǒng)紅花園組（O[1]h）、奧陶系下統(tǒng)桐梓組（O[1]t）、寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈[o]l）。巖性為頁(yè)巖、泥巖夾砂巖和頁(yè)巖夾砂巖、灰?guī)r和白云巖夾頁(yè)巖，巖體完整，屬次硬質(zhì)和硬質(zhì)巖，為Ⅲ～Ⅳ圍巖，裂隙、節(jié)理發(fā)育，水平分層，洞身采用上下臺(tái)階鉆爆法開(kāi)挖。

2 水平層狀圍巖隧道爆破情況和產(chǎn)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(jié)理裂隙發(fā)育。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)象，拱頂、拱腰多超挖，拱腳邊墻多存在欠挖現(xiàn)象。超挖將影響巖體整體受力，破壞了整體穩(wěn)定性，帶來(lái)了施工安全隱患；由于超挖部分必須采用同初期支護(hù)同等級(jí)混凝土進(jìn)行回填密實(shí)，由此造成的損失不可估計(jì)，預(yù)計(jì)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(wèn)題難以保證回填和噴射混凝土施工質(zhì)量，容易產(chǎn)生質(zhì)量隱患；同時(shí)超挖增加了出渣時(shí)間、噴射混凝土?xí)r間，加大了循環(huán)作業(yè)時(shí)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(yè)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道開(kāi)挖出現(xiàn)大量的超欠挖，將給施工帶來(lái)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(jīng)過(guò)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積固結(jié)的成巖過(guò)程，使得圍巖中各巖層的彈性模量、松比、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘性模量等力學(xué)參數(shù)差異性大，受水平方向?qū)永恚瑤r石節(jié)理、裂隙共同作用下，在爆破產(chǎn)生的沖擊波震動(dòng)下，巖石被震松散破碎，整體性遭到破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的超挖現(xiàn)象。

（2）水平層狀圍巖隧道開(kāi)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(xiàn)象。平頂現(xiàn)象使得隧道拱頂以“梁”的形式支撐著上覆巖體的重力，當(dāng)此跨度達(dá)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(jié)構(gòu)，在上部荷載作用下，隧道拱部巖層會(huì)不斷發(fā)生斷裂破壞，直至拱部形成應(yīng)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(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)。

4 水平層狀圍巖光面爆破控制措施

4.1 根據(jù)圍巖特性優(yōu)化爆破參數(shù)

拱頂：由于層理面近似平行炮眼連心線，爆破應(yīng)力波的反射拉伸作用使光爆面沿層理、節(jié)理等弱面塌落，所以相對(duì)較大的間距和相對(duì)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(yōu)先沿垂直巖層面方向，爆破后形成臺(tái)階狀，為保證裂縫向利于輪廓成型方向發(fā)展，應(yīng)減小周邊眼間距，同時(shí)減小裝藥量。

邊墻：因?yàn)閹r層面與連心線近似垂直，單個(gè)炮眼在豎直方向作用范圍有限，應(yīng)減小周邊眼間距，同時(shí)適當(dāng)加大裝藥量。

該文以新莊隧道水平層狀Ⅳa圍巖，一次爆破進(jìn)尺3.6 m進(jìn)行示例，爆破參數(shù)見(jiàn)（表1），炮孔設(shè)計(jì)見(jiàn)（圖1、圖2）。

4.2 鉆爆施工要點(diǎn)

4.2.1 鉆眼

為保證開(kāi)挖輪廓圓順，充分利用圍巖自承能力，減小圍巖振動(dòng)，確保良好的爆破效果，施鉆前由測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量放線，司鉆人員嚴(yán)格按照炮眼的設(shè)計(jì)位置、深度和角度進(jìn)行鉆眼。

4.2.2 裝藥

鉆完孔后，用高壓風(fēng)吹孔，將炮眼內(nèi)的殘碴、積水排除干凈，并仔細(xì)檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設(shè)計(jì)要求，裝藥時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的炸藥量進(jìn)行裝藥。

4.2.3 堵塞

所有炮裝藥結(jié)束后必須進(jìn)行堵塞，使爆炸產(chǎn)生的能量更多地轉(zhuǎn)換成破碎巖體的機(jī)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(zhǎng)度不能小于30 cm。

5 水平層狀圍巖隧道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

5.1 超前支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，Ⅳ圍巖拱部150°范圍施做φ42超前注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距50 cm、40 cm。由于拱頂處巖石水平層狀分布，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力差，斷裂破碎的巖石從拱頂、拱肩小導(dǎo)管間掉落，小導(dǎo)管經(jīng)常處于懸空狀態(tài)。保證設(shè)計(jì)數(shù)量不變，拱頂超前小導(dǎo)管間距根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加密，環(huán)向小導(dǎo)管間距調(diào)整為30～40 cm，邊墻適當(dāng)加大。

5.2 錨噴支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

錨桿支護(hù)的作用機(jī)理，加固作用、懸吊作用、組合梁作用，根據(jù)水平層狀圍巖拱部易發(fā)生彎折斷裂破壞，而隧道邊墻處圍巖穩(wěn)定性較好，在不改變?cè)O(shè)計(jì)數(shù)量的情況下，在隧道起拱線處適當(dāng)加強(qiáng)。

6 水平層狀圍巖爆破效果

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破參數(shù)優(yōu)化和超前支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后，新莊隧道在不增加投入的情況下，超欠挖現(xiàn)象得到了有效控制，同時(shí)加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了施工材料。鉆爆施工及鉆爆效果見(jiàn)（圖3、4）。

7 結(jié)語(yǔ)

目前新莊隧道已施工完畢，經(jīng)過(guò)爆破參數(shù)優(yōu)化，支護(hù)參數(shù)優(yōu)化，加強(qiáng)施工管理、隧道光面爆破效果較好，經(jīng)濟(jì)效果顯著，為水平層狀圍巖隧道安全、經(jīng)濟(jì)、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(jīng)驗(yàn)。

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