大斷面隧道分部開挖的爆破技術

鄧詩泉DENG Shi-quan；欒龍發LUAN Long-fa

（昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093）

（Faculty of Land Resources Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

1 工程概況

八家村隧道全長231m，起于K2+168 止于K2+399，隧道按照客貨共線雙線隧道設計，進口施工區段為淺埋地段，最大的埋深達到30m，最小的埋深僅有8m，隧道開挖斷面形狀如圖1 所示。地表的施工環境復雜，距隧道口東北方向200m 處是320 國道，車流量大，距隧道口西南方向180m 處是楊林鑫地園藝場，隧道四周有密集的居民房屋。隧道穿過的巖石多為IV、V 級圍巖，主要由泥巖和砂巖組成，自穩能力較差。

圖1 隧道開挖斷面示意圖

2 地形地貌

隧道穿過嵩明縣著名的風景區長蟲山，地表海拔為1905-2100m，高差達到195m，所處的地形起伏比較大，自然橫坡為9°～40°，部分地形比較陡峭。由于隧道埋深小，考慮爆破作業震動對既有隧道的影響，保證既有隧道投入使用后的安全，決定在隧道進口25m 內（即K2+168 至K2+193）運用破碎錘進行掘進，剩余的采用控制爆破方法進行掘進。

3 爆破施工技術

隧道的巖層屬IV、V 級巖石，圍巖軟弱自穩能力較差，受到震動容易坍塌，施工難度較大。結合隧道的工程地質條件、場地條件、結構埋深和工期等因素，根據鐵路隧道施工的規定，為保證施工時和投入使用時的安全，掘進方法擬選用三臺七步開挖法，一邊掘進一邊進行支護，隧道的周邊孔則使用光面爆破技術開挖隧道輪廓[1-3]。

3.1 設計原則

①控制爆破的有害效應。降低爆破震動的幅度，最大限度的減少沖擊波對圍巖的震動作用，保證周圍居民房屋的安全；控制飛石的距離，保護周圍的建筑物和苗圃等。

②在爆破效果不受影響的條件下，最大可能的減少炸藥單耗量，提高掘進進度，縮短工期，獲得最大的工程效益[4]。

3.2 爆破掘進的順序及方法 隧道掘進順序如圖2 所示。為了保證上臺階不塌方，運用傳統的預留核心土的方法，整個掘進面運用三臺階七步開挖法。臺階的高度分別為340cm、320cm 和340cm。

圖2 隧道掘進順序示意圖（單位：cm）

3.3 選取爆破參數

①孔徑d。鉆孔設備使用YT-28 型鉆機，鉆機的鉆頭直徑38mm，炮孔直徑42mm。

②炮孔深度L。若炮孔太深，周圍巖石對炸藥的夾制作用比較明顯，影響爆破效果[5]，因此炮孔深度不能太大，在能使周邊巖石處于穩定的條件下，應最大限度的增加循環進尺。根據施工要求，循環進尺為0.8m 時，炮孔深度為1m。

③掏槽方式及參數。通過分析類似工程實例，根據循環進尺決定楔形掏槽的級數的原則：當循環進尺在0.7m與2.0m 之間時，一般采用單楔形掏槽方式[6]。本工程掏槽孔布置采用單級楔形陶槽方式，結合工程經驗及相關計算取：孔口距a=95cm，孔底距a1=40cm，排距b=85cm，掏槽角=70°。

④周邊孔參數。根據周邊孔的計算公式，間距E=（8-12）d=33.6～50.4cm；抵抗線W=（1-1.5）E=33.6～75.6cm；裝藥系數：0.04～0.19kg/m。由以上計算公式，周邊空的間距E取40cm，抵抗線W 取60cm。

⑤掘進孔參數。通過查表及相關工程數據，掘進孔的間距一般是周邊孔的2 倍左右，抵抗線是間距的0.7 倍左右[7]，取間距E=80～100cm，排距b=80～90cm，鉆孔時可以根據實際情況靈活調整數據。炮孔布置示意如圖3 所示。

圖3 炮孔布置示意圖（單位：cm）

⑥炸藥單耗q。結合工程經驗，隧道掘進的炸藥單耗量一般是0.6～2.5kg/m3，八家村隧道穿過的巖石是IV、V 級圍巖，故q 應取小值，取q=0.6kg/m3。

⑦裝藥總量Q 和理論炮孔數量N。Q=qv=qSLη=0.6×115×1×0.8=55.2kg，N=Q/Q0=55.2/0.25=221 個，其中S 為隧道開挖斷面面積，η 為炮孔利用率。實際炮孔數量217 個，實際炮孔數與理論炮孔數比較接近，實際裝藥量53.6kg,比理論裝藥量略少。

⑧裝藥結構。掘進孔根據表1 中的數據進行裝藥，周邊孔采用減弱裝藥，具體裝藥形式和裝藥量參見表1。

⑨起爆網路。采用一手抓的起爆方式，中間插2 發電雷管起爆。

4 爆破效果

施工單位采納了以上施工方案，得到了良好的爆破效果：運用三臺階七步法保證了作業人員的安全，加快了施工掘進進度，提前完成了工程項目，達到了較好的工程效益；周邊空運用光面爆破技術，不僅很好的控制了隧道的輪廓，減少了超挖和欠挖的現象，縮短了預定工期，還降低了爆破震動對圍巖的影響，提高了既有隧道投入使用后的安全性。

5 結語

①掏槽方式和參數。對于軟巖隧道，選擇合理的掏槽方式和參數至關重要。結合隧道的巖體特征，合理的掏槽方式和參數是取得良好爆破效果的前提。②靈活選擇掘進方式。根據工程的需要，為了提高工程的安全系數，有時采用人工掘進的方式，有時采用爆破的方式進行開挖，總之根據需要因地制宜的選擇掘進方式。③三臺階七步法。一邊開挖一邊支護，最大限度的減少了圍巖的暴露時間；減少了一次爆破裝藥量，降低了爆破震動源強度[8]，提高了圍巖的自穩能力。

表1 裝藥量及爆炸物品消耗統計表

[1]邵曉寧，張道振.光面爆破技術在新武家莊隧道掘進中的應用[J].鐵道建筑，2011，11：54-56.

[2]王雪琴，張春鋼.超大斷面隧道分部開挖施工技術[J].鐵道建筑，2009，8：58-60.

[3]韋猛，熊冰.控制爆破技術在路基施工中的應用[J].路基工程，2007（5）：116-117.

[4]翁春林，葉加冕.工程爆破[M].北京:冶金工業出版社，2006:99.

[5]廟延鋼，王文忠，王成龍.工程爆破與安全[M].昆明:云南科技出版社，2005.

[6]張志毅，王中黔.爆破工程師手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.

[7]顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[8]欒龍發，張智宇編.爆破工程與安全技術[M].北京：化學工業出版社，2011.