陜北黃土巖石地層隧道爆破技術

王日照

摘要：隧道掘進爆破設計為隧道鉆爆法施工技術研究的重點內容之一，對施工安全、進度、經濟性均起到關鍵作用。結合陜北黃土巖石地層特殊地質特性，通過針對性設計，得出相對合理的參數及工藝，通過實踐驗證滿足施工需要，可為類似工程施工提供依據。

Abstract： Tunneling blasting design is one of the key contents of tunnel drilling and blasting construction technology research， and it plays a key role in construction safety， schedule and economy. Combined with the special geological characteristics of the loess rock stratum in northern Shaanxi， through the targeted design， the relatively reasonable parameters and processes are obtained， which can be verified by practice to meet the construction needs and can provide a basis for similar engineering construction.

關鍵詞：陜北;黃土巖石地層;隧道;爆破設計;環形留核心土

Key words： Northern Shaanxi;loess rock stratum;tunnel;blasting design;annular core soil

中圖分類號：TD235 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0150-04

0 ?引言

陜北黃土高原地區地勢起伏大，溝寬谷深，丘壑縱橫，再加上經濟相對不發達，基礎設施特別是交通條件發展緩慢。近年隨著西部大開發持續深入，國家“一帶一路”戰略的實施，以及西安成為我國中心城市的機遇，陜北地區迎來基礎設施建設發展的機遇。隧道掘進最關鍵的工序即是爆破設計及工法選擇，通過針對特殊的黃土巖石地層進行專門的爆破設計研究，以確保隧道掘進安全、按期完成任務，以及盡量減少超挖、控制施工成本。

1 ?工程概況

陜西省延黃高速公路起點位于陜西省延長縣，終點于陜西省黃龍縣，設計速度80km/h，為雙向四車道高速公路。項目所在區位于陜西省中東部，陜北高原東南端，走向近于南北，自北向南地質情況差別較大。延長地區黃土覆蓋層厚，土壤顏色較淺，地質構造較簡單，為典型陜北黃土高原黃土地層;黃龍地區黃土覆蓋層薄，粘土含量高，顏色較深，下伏三疊系永平組沙泥巖，地層產狀水平，應屬黃土巖石地層。

麻地灣2號隧道位于黃龍縣石堡鎮麻地灣村，采用高速公路隧道技術標準，隧道建筑界限10.25m，限界高度5.0m，最大埋深110m，長1350m，屬中隧道。拱架設計間距0.7～1.0m。

1.1 地形地貌

隧址區屬于中低山基巖梁峁地貌，海拔高度1509～1682m，梁頂寬約130～350m，兩側斜坡溝壑縱橫，坡面植被較發育。隧址大致呈東南走向，梢林發育。梁峁基底為三疊系層狀基巖，上部為第四系風積黃土;隧道進出口段地形相對較陡，坡面為坡殘積粉質黏土，出口段斜坡陡立，表層出露中更新統黃土垂直節理發育，下伏三疊系砂泥巖互層，黃土梁兩側河谷階地發育。

1.2 地層巖性

隧址區揭露地層由老到新依次為三疊系永坪組（T3y）砂泥巖、中更新統離石組黃土（Q2eol）、上更新統古土壤（Q2el）和上更新統馬蘭組黃土（Q3eol）。

2 ?圍巖評價及對爆破要求

2.1 圍巖分級評價

該段表層覆蓋第四系風積馬蘭黃土和離石黃土，厚度10～20m，下伏基巖為三疊系永坪組砂泥巖，層狀構造，強～中風化，具飽、脫水開裂特征。受淺埋及淺層風化影響，巖體風化節理裂隙發育，巖體破碎，多呈裂面結構，無自穩能力，拱頂容易坍塌、冒頂。潮濕或點滴狀出水為主，局部易出現淋水及線性淋水。圍巖等級按V級考慮。

2.2 對爆破的要求

地質決定設計。爆破設計中把安全放在首位，確保現場人員、設備安全;最大限度保護洞壁巖體的完整性，以減少拱頂塌方風險并控制超挖，并盡可能降低炸藥單耗和生產成本;由于工期緊、任務重，在工法選擇及爆破設計中要考慮進度因素，確保按期完成任務。

3 ?隧道掘進爆破設計

3.1 開挖方案選擇

根據隧道長度及地質條件，綜合考慮工期及施工安全性，采用環形留核心土法開挖，每斷面分5步掘進，即按下圖中1→2→3→4→5的順序依次進行開挖，上部留核心土支擋開挖工作面，有利于及時封閉拱部初期支護以增強開挖工作面的穩定。一般環形開挖進尺為0.6～1.0m;下臺階長度為不大于1.5倍的開挖寬度，落底時采用拉中槽跳間挖馬口的方法，馬口寬度2.5～3.0m。

3.2 爆破參數的選取

為充分發揮圍巖的自承能力，減輕對圍巖的振動破壞，采用微振動控制光面爆破技術。根據圍巖情況及時修正爆破參數，達到最佳爆破效果，形成整齊圓順的開挖斷面，減少超挖，杜絕欠挖。嚴格控制裝藥量及按照光面爆破設計施工，減少炮轟波對圍巖的擾動。

參數選取主要包括鉆孔形式、排距（圓距）、孔網參數、裝藥量計算、網路設計等基本參數。

3.2.1 鉆孔形式

隧道上臺階掘進一般都采用水平鉆孔;下臺階可采用水平鉆孔爆破，也可采用垂直鉆孔爆破，應根據具體情況確定。如果采用鑿巖臺車鉆孔，采取水平孔為好，如人工鉆孔，采用垂直孔為好。炮孔孔徑為40mm。

3.2.2 掏槽形式

隧道掘進爆破的掏槽形式有：垂直掏槽、楔形掏槽和混合掏槽三種。當掘進段面比較小時，通常多采用垂直掏槽，當掘進斷面比較大時，多采用傾斜掏槽。

①垂直掏槽。以中心孔為圓心，半徑30cm為半徑，中心孔四周設4個掏槽孔，間距60cm。掏槽孔較循環進尺加深20cm，掏槽孔外布置4個擴槽孔，孔間距100cm。垂直掏槽形式用在V類圍巖的掘進中較為合適。

②楔形掏槽。當隧道斷面比較大時，宜垂直楔形掏槽。掏槽孔比輔助孔深10～30cm。一般掏槽孔取2～8對，兩排炮孔孔口問距取100～500m。炮孔間距30～60cm（具體根據巖性確定，巖石堅硬取小值，巖石松軟取大值）。孔底間距20～40cm。

3.2.3 周邊孔

隧道周邊采用光面爆破。孔距一股取40～60cm。鉆孔時孔口從設計線開挖線向內偏10cm，孔底向外偏10cm，光面層厚取60～90cm，光面層周邊孔（光面孔）間距取50cm，如果光面孔試爆后孔間留埂，孔距應調小。

3.2.4 輔助孔

輔助孔間距一般為80～100cm，排距為70～90cm。

3.2.5 炸藥單耗選取與單孔炸藥量計算

①掏槽孔。掏槽孔單孔裝藥量的計算采用裝藥系數來計算單孔裝藥量，裝藥系數為裝藥長度與炮孔長度之比。

一般裝藥系數取0.6～0.8，本方案取0.7，既裝藥長度L=炮孔長度L×0.7（當前常用的炸藥卷為：直徑Φ=32cm，長度L=20cm，重量q=200g），單孔裝藥量為Q=（L/0.2）×0.2（kg）。

②光面孔。光面孔采用線裝藥密度來計算裝藥量，即Q=K×L，裝藥密度K取0.1～0.2kg/m，本方案0.15kg/m，即Q=0.15L。

③輔助孔。輔助空亦稱擴槽孔或崩落孔，隧道輔助孔單耗一般去k=0.8～1.5kg/m3左右，這里由于巖石比較松軟取單耗k=1.0kg/m3，當進入隧道深部巖石比較堅硬時，可逐步增大。

3.2.6 裝藥結構

輔助孔和掏槽孔均采用連續耦合裝藥;光面孔一般采用間斷不耦合裝藥，但由于孔通常比較淺，單孔裝藥量比較小，也可以采用空氣柱裝藥結構，即把藥卷捆綁在導爆索上，放入炮孔的中部偏下一些，孔口用炮泥堵塞20～40cm，剩余部分不裝填堵塞物（藥卷上下均為空氣柱）。

3.2.7 爆破網路

為了確保爆破效果，減小爆破振動，采用毫秒差導爆管雷管起爆網路，盡可能減小次起爆藥量，網路采用簇聯。

3.3 環形留核心土法爆破設計

3.3.1 循環進尺確定

每個循環進尺暫取1.0m，施工中根據巖石堅硬程度調整。

3.3.2 掏槽方式選取

因環形開挖留核心土法采取七部開挖，每個開挖斷面較小，故均采用垂直掏槽方式。

3.3.3 上導坑炮孔布置及爆破參數

①炮孔布置。

②拱頂導坑爆破參數。

③上部兩側導坑爆破參數。

上部兩側導坑爆破參數及裝藥參考拱頂導坑。

3.3.4 核心土炮孔布置及爆破參數

①炮孔布置如圖5。

②爆破參數如表5。

3.3.5 下導坑中部炮孔布置及爆破參數

①炮孔布置如圖6。

②爆破參數如表6。

3.3.6 下導坑炮孔布置及爆破參數

①炮孔布置如圖7。

②爆破參數如表7。

4 ?爆破效果

現場實際情況看，每循環進尺3榀內基本能確保安全，綜合考慮進度及超挖引起成本增加因素，循環進尺取2.0m，綜合進度90m/月，拱頂超挖平均在100%以內，噴砼超耗得到有效控制。

5 ?結語

通過對陜北黃土巖石地層的針對性的設計，隧道爆破掘進中既確保了安全、控制了超挖超耗，又兼顧了進度，取得了良好的效果，可為類似工程提供技術支持及經驗借鑒。

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