摩寺迪隧道水平圍巖光面爆破施工技術

孫 明 傳

(中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州　450053)

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摩寺迪隧道水平圍巖光面爆破施工技術

孫 明 傳

(中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州450053)

簡述了摩寺迪隧道的工程概況，分析了該隧道水平圍巖失穩的原因，從掏槽眼布置、炮眼個數計算、炮眼布置、爆破參數等方面，闡述了水平圍巖光面爆破施工技術，確保了爆破施工的安全性。

隧道，圍巖，爆破施工，炮眼

1　工程概況

摩寺迪隧道位于河南安陽境內，地處太行山東部、紅旗渠空心壩西南側，洞身穿越區域山勢陡峭、溝谷深切，地表巖體風化剝落嚴重。進、出口地貌為石英砂巖形成的陡坡，自然坡度大于65°，坡體基巖裸露、植被稀疏。本隧道為分離式雙向四車道隧道，建筑限界凈寬10.25 m、凈高5.0 m。左右線總長682 m，最深埋深55 m、最淺埋深8 m。

洞身圍巖為強～中風化石英砂巖、板巖，巖層走向近于水平、傾角趨于垂直，巖體中主要發育2組高角度節理裂隙。第一組走向210°～225°，傾角70°～73°，裂隙寬度5 mm～10 mm，裂隙張開充填黃色黏土，發育密度2條/m～4條/m；第二組走向310°～330°，傾角80°～85°，裂隙寬度5 mm～25 mm，裂隙張開充填黃色黏土，發育密度3條/m～5條/m。

施工后發現由于高傾角節理與巖層走向組成不利組合，巖體被切割成層～塊狀、形成楔形體；高傾角節理裂隙張開充填黃色黏土，形成軟弱結構面。開挖后多次造成拱頂坍塌，給施工帶來了很大困難，后重新計算、劃分圍巖分級，Ⅴ級圍巖630 m、Ⅳ級圍巖40 m、Ⅲ級圍巖12 m。

2　水平圍巖失穩原因

在隧道施工中，由于結構面與開挖臨空面的相互作用，通常會把隧道通過區域巖體切割成不同形狀。這些被切割的巖體在一定的力學條件和巖體構造作用下，巖塊系統會發生運動，導致巖體整體失穩。對層狀巖石而言，水平圍巖最不利于隧道開挖的穩定，因為水平巖層層間結合力差，由于節理和開挖臨空面的切割，極易形成不穩定的塊體[1]。隧道水平圍巖的失穩原因，概括起來主要有以下幾種形式。

2.1水平結構面單獨作用

水平層理面對隧道圍巖的穩定性影響很大，由于層間存在黃土等填充物，會使層間結合力大大降低。隨著隧道開挖后的應力重分布，由于巖層水平層理構造的影響，圍巖體將會被擠出，從而向隧道臨空面產生位移，出現鼓脹、破裂、折斷而脫落[2]。

2.2水平結構面與其他結構面共同作用

由于地質的復雜性，大多數情況下，水平巖層隧道同時存在水平層理面和其他的節理面。在這些結構面的共同作用影響下，圍巖將會被切割成大小不一的塊狀。圍巖爆破產生臨空面后，拱部巖層在重力作用下向下拉，同時還要承受上部巖層的重力，在二者的共同作用下，水平巖層層面將會被拉開。又因為同時存在其他走向的節理面，拱部上方處的巖體將沿水平層理面和軟弱節理面成塊掉落。

2.3周邊圍巖“卸載”作用

隧道圍巖爆破后，臨空面處巖體因為失去支撐會產生向隧道內的位移。水平圍巖層間節理粘結力很弱，幾乎不能承受拉應力，因而水平層理面將逐漸張開，同時伴隨著破裂產生，因此水平圍巖的各巖層會逐步分離。隨著時間推移，分離開的各巖層在應力重分布作用下，沿軟弱結構面移動。

通過對隧道水平圍巖失穩原因的概括，發現在隧道水平圍巖地段，光面爆破效果的好壞對施工安全起到了控制性的作用。如果超挖過大，會增加隧道施工出渣、錨噴等工序施工用時，延遲了支護時間，這與新奧法原理指導隧道施工原則之一“早支護”相悖，從而使水平圍巖發生失穩的概率增大。

3　水平圍巖光面爆破施工技術

摩寺迪隧道是在新奧法原理指導下施工的高速公路山嶺隧道，新奧法是以噴射混凝土錨桿作為主要支護手段，通過監測控制圍巖的變形，充分發揮圍巖的自承能力的施工方法[3]。圍巖光面爆破效果的好壞，直接體現在新奧法原理最核心內容充分發揮圍巖的自承能力；好的光面爆破將使圍巖的自承能力得到極大的發揮，從而使錨噴支護充分發揮其“柔性”支護的作用；光面爆破效果差，對圍巖產生了很大的擾動，讓錨噴支護承擔更多的巖體壓力，從而使新奧法施工的精髓失色不少。

通過摩寺迪隧道Ⅴ級水平圍巖段上臺階光面爆破施工技術的經驗總結，歸納出幾點硬質水平圍巖光面爆破施工技術的心得。爆破設計遵循以下兩個施工技術要求：1)掏槽眼布置采取水平楔形掏槽；2)開挖方法為預留核心土、石法，減小開挖斷面，降低爆破對巖體的擾動。

3.1掏槽眼布置

開始爆破設計采用垂直楔形掏槽布置，由于圍巖為水平圍巖，不宜采取垂直楔形掏槽，優化后掏槽眼布置為水平楔形掏槽，掏槽眼布置示意如圖1，圖2所示。

3.2炮眼個數計算[4]

炸藥采用2號巖石乳化粉狀炸藥，藥卷直徑32 mm，根據式(1)計算炮眼個數：

(1)

其中，N為炮孔數量；q為單位炸藥消耗量，kg/m；S為掘進面積，m2；τ為裝藥系數；γ為每米藥卷的炸藥質量。

3.3炮眼布置

3)裝藥量計算復核。按裝藥量計算公式Q=q×l×S×η計算一個爆破循環理論總用炸藥量，則一爆破循環理論總用炸藥量Q=1.2×1.4×35.78×0.85=51.09 kg。

按裝藥系數計算單孔裝藥量及總裝藥量，根據前期爆破效果，調整后各炮眼裝藥系數，取掏槽眼裝藥系數τ=0.5、周邊眼裝藥系數τ=0.4、輔助眼裝藥系數τ=0.4。

根據公式Q′=qLτ計算單孔裝藥量(Q′為單孔裝藥量；L為炮眼深度；τ為各炮眼裝藥系數)。

掏槽眼裝藥量=0.78×1.6×0.5×12=7.488 kg，周邊眼裝藥量=0.78×1.4×0.4×62=27.08 kg，輔助眼裝藥量=0.78×1.4×0.4×36=15.72 kg，總裝藥量Q=7.488+27.08+15.72=50.28 kg。

可見后者計算出裝藥量略小于前者，但相差不大，施工時采用后者計算進行裝藥。

4)爆破參數。經過反復調整優化，爆破參數如表1所示。

表1　爆破參數

炮眼布置如圖3所示。

由于采取了合理的爆破設計，摩寺迪隧道水平圍巖光面爆破得到了極大的提高和改善，確保了施工安全，加快了施工進度。施工最高峰時候，Ⅴ級圍巖段雙洞月進尺合計約100 m。

4　結語

經過不斷的改進爆破參數和廣大作業人員的艱辛努力，摩寺迪隧道現已安全順利貫通。通過近2年的施工，總結了幾點在高傾角水平層理硬巖中進行光面爆破施工的心得，望能給相似工程提供一定借鑒。

1)在水平圍巖爆破設計時，掏槽宜采用水平楔形掏槽，以能夠創造出更多的爆破臨空面。2)開挖臺階高度不宜過高，以減少爆破對圍巖的擾動，從而充分發揮圍巖自身的承載能力，使超前預支護措施和錨噴支護體系能發揮應有的設計功能。3)在進行裝藥分配時，應根據每一段圍巖確定相應的裝藥系數，掏槽眼系數比周邊眼和輔助眼系數大0.1～0.2。

[1]汶文釗.橫山隧道水平巖層穩定性分析及施工措施[J].鐵道標準設計，2009(S1)：133-135.

[2]栗斌.冒天山隧道水平巖層穩定性分析及施工措施[J].鐵道建筑技術，2010(3)：49-52.

[3]朱永全，宋玉香.隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[4]王海亮.工程爆破[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

Blasting construction technologies of horizontal surrounding rock glaze of Mosidi tunnel

Sun Mingchuan

(China Railway Daqiao Bureau Group 1st Engineering Co., Ltd, Zhengzhou 450053, China)

The article briefly describes Mosidi tunnel engineering conditions, analyzes its horizontal surrounding rock instability causes, and illustrates blasting construction technologies of horizontal surrounding rock glaze from aspects of breaking-in-hole distribution, blasthole numbers calculation, blasthole distribution and blasting parameters. As a result, it guarantees the blasting construction safety.

tunnel, surrounding rock, blasting construction, blasthole

1009-6825(2016)25-0175-02

2016-06-23

孫明傳(1986- )，男，助理工程師

U455.6

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