發(fā)鳩山隧道光爆控制技術(shù)探討

刁天國（中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司,河北 唐山 063004）

發(fā)鳩山隧道光爆控制技術(shù)探討

刁天國
（中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司,河北 唐山 063004）

爆破參數(shù)的選擇直接影響著爆破效果，是光面爆破工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。本文結(jié)合發(fā)鳩山隧道光爆施工工程實(shí)踐，采取經(jīng)驗(yàn)公式與光爆試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定了光面爆破的技術(shù)參數(shù)，并對(duì)確保光爆破質(zhì)量的技術(shù)措施進(jìn)行了歸納總結(jié)。

隧道；光爆；爆破效果；控制技術(shù)

0　引言

近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，道路橋梁的建設(shè)施工在不斷的增多，作為聯(lián)通地域之間經(jīng)濟(jì)的互通性，需要借助交通來實(shí)現(xiàn)。但是由于我國幅員遼闊，地勢(shì)呈現(xiàn)三個(gè)階梯的形式分布，這就意味著要想溝通地域之間的聯(lián)系，就需要進(jìn)行爆破技術(shù)，來幫助在進(jìn)行施工建設(shè)當(dāng)中，由于地勢(shì)險(xiǎn)要等因素造成的施工不便。在新中國之后，國家意境開始重視爆破技術(shù)在隧道修筑當(dāng)中的應(yīng)用。其中，光面爆破技術(shù)是當(dāng)下在我國的隧道交涉當(dāng)中，應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù)手段，在施工過程當(dāng)中，發(fā)揮著重要的核心作用。

光面爆破借助在傳統(tǒng)施工工藝的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)于爆破參數(shù)的優(yōu)化來進(jìn)行制定適合的施工技巧。這樣，在過程當(dāng)中，跟同類爆破產(chǎn)品相比，擁有更高的穩(wěn)定性和可控性。同時(shí)，對(duì)于巖石、山體硬度的不同，以及爆破深淺的不同需要，可以借助光面爆破進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)。同時(shí)，由于光面爆破的成本較低，因此在應(yīng)用當(dāng)中，也可以大大降低施工成本。在靈活使用控制、低成本應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，光面爆破技術(shù)在我國的隧道、山體等爆破當(dāng)中，應(yīng)用范圍不斷增大。但是在具體的隧道爆破應(yīng)用當(dāng)中，由于山體、地質(zhì)等因素的多樣性，從而導(dǎo)致在具體的施工操作當(dāng)中，還需要具有針對(duì)性的進(jìn)行區(qū)分和對(duì)待，這樣，才能夠在根本上保證光面爆破的效果得到最大程度的發(fā)揮，同時(shí)可以大大降低隧道爆破的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)光爆施工控制技術(shù)進(jìn)行了一些探討，以供相關(guān)施工技術(shù)參考。

1　工程概況

發(fā)鳩山隧道設(shè)計(jì)為雙線隧道，全長16118m，隧道最大埋深為475m。隧道洞身坡度分別為3.5‰的上坡和6.0‰的下坡。隧道穿越地層主要為三疊系砂巖、泥巖頁巖及其互層和第四系黃土，地下水主要為基巖裂隙水。本次光爆控制技術(shù)探討主要是以發(fā)鳩山隧道4#斜井大里程為主，圍巖為Ⅲ級(jí)，砂巖，淺紅褐色，屬中硬巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，呈中厚層～厚層狀分布，邊墻圍巖局部呈厚層狀構(gòu)造，巖層傾角10°～20°左右，圍巖整體性較好。

2　光爆技術(shù)參數(shù)選擇

在進(jìn)行光面爆破過程當(dāng)中，爆破的參數(shù)同效果之間存在著直接的因果關(guān)系。因?yàn)楦鶕?jù)地質(zhì)的不同，和爆破力度的不同，來進(jìn)行相關(guān)技術(shù)參數(shù)的選擇。在當(dāng)下的光面爆破參數(shù)計(jì)算當(dāng)中，由于近些年來的發(fā)展，積累了較多的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工當(dāng)中，根據(jù)巖石的特性來進(jìn)行相應(yīng)的工程地質(zhì)建設(shè)在施工工藝方面都有較高的研究，具體的爆破參數(shù)選擇要點(diǎn)有一下幾個(gè)方面：

2.1炮孔間距(a)

光面爆破的實(shí)質(zhì)是使炮眼之間產(chǎn)生貫通裂隙，以沿著設(shè)計(jì)開挖輪廓線形成規(guī)整的斷裂面。因此，炮孔間距對(duì)形成貫通裂縫有著非常重要的作用。炮孔間距的大小主要取決于圍巖巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、炸藥的性質(zhì)、不耦合系數(shù)和光爆層厚度。炮孔間距可按以下公式進(jìn)行計(jì)算：式中，Li為每個(gè)炮孔產(chǎn)生的裂縫長度，為巖石的抗拉強(qiáng)度；d為炮孔直徑；Pa為爆生氣體充滿炮孔時(shí)的靜壓kPa，按計(jì)算。ki為系數(shù)，炸藥密度為1.0g/m時(shí)，ki＝25，炸藥密度為1.5~1.6g/m時(shí)，ki＝58，Q為炸藥的爆熱，為爆破孔內(nèi)的裝藥密度g/ml，為炸藥本身的密度g/ml。

2.2掏槽眼的確定

掏槽技術(shù)是隧道爆破的關(guān)鍵之一，它直接要為開挖爆破創(chuàng)造一個(gè)新的臨空面，影響著炮眼的利用率和開挖進(jìn)尺，因此選擇一個(gè)好的掏槽方式是隧道開挖尤為重要的。

通過認(rèn)真考慮隧道圍巖的整體性能、巖性特點(diǎn)、開挖斷面的大小、施工隊(duì)伍的施鉆技術(shù)水平、鉆機(jī)鉆進(jìn)速度、開挖循環(huán)時(shí)間、炮眼數(shù)量、裝藥量、爆破的震動(dòng)強(qiáng)度、對(duì)圍巖的擾動(dòng)等因素。經(jīng)過比選直眼掏槽與斜眼掏槽的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定采用斜眼掏槽方式。

2.3最小抵抗線(W)

對(duì)于光面爆破，最小抵抗線又稱為光爆層厚度，由經(jīng)驗(yàn)公式來確定。

式中，C為爆破系數(shù)，相當(dāng)于炸藥單耗值；Lb為炮孔深度；Q為單孔藥量；a為孔距。

最小抵抗線W也可通過炮孔密度集系數(shù)m來確定。光面爆破中的炮孔密度集系數(shù)是指孔距a與最小抵抗線W的比值，即

m=a/W

一般取m=0.8~1.0。根據(jù)工程試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造和開挖跨度等條件發(fā)生變化時(shí)，也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。因此，最終選取的m值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)的爆破試驗(yàn)確定。

2.4炮孔裝藥量(q )

炮孔裝藥量可按下式計(jì)算

式中，q為每米深炮孔裝藥量kg/m；A為炮眼口堵塞系數(shù)，一般取1.0，K為與巖石性質(zhì)有關(guān)的介質(zhì)系數(shù)，軟巖為0.5~0.7，中硬巖0.75~0.95，硬巖1.0~1.5，m為炮孔密集系數(shù)，k1為根據(jù)炮孔密度而定的系數(shù)，一般為0.5，每加深1m增加0.2，W為最小抵抗線。

2.5炮眼深度

炮眼深度根據(jù)循行進(jìn)尺確定,公式為L=l/η。

式中：L-炮眼眼深度（m）；l-循環(huán)進(jìn)尺（m）；η-炮眼利用率。

2.6起爆順序及網(wǎng)絡(luò)

光爆爆破時(shí)，從掏槽眼開始，一層一層從截面中心向外起爆，最后是周邊眼爆破。起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆管并聯(lián)起爆。

3　光爆效果分析

通過對(duì)于光面爆破的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析和對(duì)比，同時(shí)對(duì)于技術(shù)參數(shù)的調(diào)整和控制，在對(duì)于參數(shù)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)的實(shí)地檢測(cè)之后，可以清晰的看到在光面爆破當(dāng)中，通過對(duì)于光面爆破各種數(shù)據(jù)的分析，來進(jìn)行整理之后，所得到的整理數(shù)據(jù)具有一定的理論依據(jù)，存在的科學(xué)參考價(jià)值。本次光爆施工分別采取不同參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下：

第一次試驗(yàn)：鉆眼深度2.5m，周邊眼間距35cm，單孔裝藥量為0.24kg，炸藥采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，全部塞入眼底；掏槽眼采用斜眼掏槽，單孔裝藥量2.16kg，采用電雷管和非電毫秒雷管起爆，爆破后發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：部分炮眼半眼痕跡可以得到有效保留，但整體保存率偏低，僅達(dá)到70%；部分炮眼附近出現(xiàn)20～30cm的超挖，個(gè)別周邊炮眼眼口附近出現(xiàn)“牛鼻”狀欠挖，總體光爆效果較差。

第二次試驗(yàn)：鉆眼深度4m，周邊眼間距40cm，單孔裝藥量為0.72kg，采用導(dǎo)爆索配合非電毫秒雷管間隔裝藥結(jié)構(gòu)，周邊眼眼底2支，炮眼眼口1支；掏槽眼依舊采用斜眼掏槽方式，單孔裝藥量3.6kg，采用電雷管和非電毫秒雷管起爆，爆破效果較第一次有了較大改進(jìn)，周邊炮眼半眼痕跡保存率達(dá)到75%，但依然存在爆破后掌子面不齊、局部超挖量較大等問題。

第三次試驗(yàn)：鉆眼深度4m，周邊眼間距40cm，單孔裝藥量為0.72kg，采用導(dǎo)爆索配合非電毫秒雷管間隔裝藥結(jié)構(gòu)，眼底、中部、眼口各1支，使炸藥盡量均勻分配至周邊炮孔，減小炸藥對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，其他炮眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。掏槽眼依舊采用斜眼掏槽結(jié)構(gòu)，單孔裝藥量3.12kg，采用電雷管和非電毫秒雷管起爆，爆破效果較為理想，周邊炮眼半眼痕跡保存率達(dá)到90%以上，同時(shí)掌子面較為整齊。通過三種不同參數(shù)的對(duì)比施工，從表1中可以看出第三種光爆施工參數(shù)的選取所取得的施工效果最好。實(shí)現(xiàn)光面爆破最主要是選取合理的光爆層（最小抵抗線）、周邊眼裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)，通過不斷試驗(yàn)摸索，確定在發(fā)鳩山中厚層砂泥巖Ⅲ級(jí)段的光爆層厚度為60cm，周邊眼間距40cm，并在周邊炮眼采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，控制周邊炮眼線性裝藥量0.18kg/m。同時(shí)為控制鉆眼方向與線路方向的平行，可選定技術(shù)水平高、經(jīng)驗(yàn)豐富的開挖工先行打設(shè)鉆眼，并在炮眼內(nèi)插入鋼釬，便于其他開挖工控制鉆眼方向與隧道線路方向及縱坡保持一致，減小因人為因素造成的超欠挖。

光面爆破效果評(píng)價(jià)表

4　結(jié)論

（1）炮眼間距和最小抵抗線對(duì)光面爆破效果有很大的影響，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格按鉆爆設(shè)計(jì)布眼，每茬炮均要用測(cè)量儀器放出輪廓線、炮眼位置及角度，按眼鉆孔清孔，不合格的眼孔要重新鉆，檢查合格方可按設(shè)計(jì)要求正確裝藥連接爆破，以達(dá)到理想的光爆效果。

（2）在進(jìn)行光面爆破過程當(dāng)中，要想保證施工效果能夠得到最大化的實(shí)現(xiàn)。必須要加強(qiáng)圍巖功能的強(qiáng)化。這樣，不僅可以保證光面爆破的各項(xiàng)參數(shù)能夠在穩(wěn)定范圍內(nèi)得到控制，同時(shí)也可以大大降低施工當(dāng)中的風(fēng)險(xiǎn)，提升施工效率，實(shí)現(xiàn)成本的良好把控。同時(shí)，良好的控制和參數(shù)把控，也能夠?yàn)橄碌拦ば騽?chuàng)造了良好的施工條件，為實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)提供了保證。

（3）在光面爆破當(dāng)中，把握好參數(shù)的控制，是實(shí)現(xiàn)爆破控制的關(guān)鍵。在施工過程當(dāng)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)置和設(shè)計(jì)要通過反復(fù)的審核，這樣才能夠?qū)?shù)的誤差降到最低，從而提升爆破的質(zhì)量控制。

[1]宗琦,孟德君,林大澤,張建華,黃風(fēng)雷.復(fù)雜地質(zhì)條件下光面爆破間斷不耦合裝藥結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2012(04).

[2]楊小林,員小有,梁為民.不偶合裝藥爆炸作用機(jī)理及試驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2013(02).

[3]陳躍達(dá),孫忠銘,謝源,唐華蓉,高金石,楊軍,張繼春.準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用下巖體爆破成縫方向與機(jī)理的研究[J].爆炸與沖擊,2010(01).