簡述鐵路單線隧道硬巖施工光面爆破技術及風險控制

馮進軍

摘要：本文結合鐵路單線隧道硬巖（Ⅲ級圍巖）施工在中老鐵路磨丁至萬象線森村二號隧道中的應用事例，簡要論述了硬巖鉆爆法施工光面爆破控制技術以及硬巖隧道施工安全風險控制。

Abstract： Combined with the application example of the hard rock （grade Ⅲ surrounding rock） construction of the single-track railway tunnel in the No.2 Sencun tunnel from Moding to Wanxiang line， this paper briefly discusses the smooth blasting control technology of hard rock drilling and blasting construction and the safety risk control of hard rock tunnel construction.

關鍵詞：單線隧道;光面爆破技術;風險控制

Key words： single line tunnel;smooth blasting technology;risk control

中圖分類號：U455.41 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）19-0133-02

1 ?基本情況

1.1 隧道概況

森村二號隧道位于中老鐵路磨丁至萬象線班森～班那米區間，起訖里程DK221+358～DK230+742，隧道全長9384m，其中設計Ⅲ級圍巖占比43%，全線控制性工程。隧道最大埋深約684m，設計為單線隧道，屬Ⅰ級高風險隧道。

1.2 水文地質條件

沿線氣候屬熱帶、亞熱帶季風氣候。全年明顯地分為兩個季節：5～10月為雨季，11～4月為旱季。年平均氣溫在20～26℃之間;1月氣溫較低，月平均氣溫為10～20℃;5月氣溫最高，月平均氣溫為20～29℃。

隧區位于瑯勃拉邦至萬榮境內，山區地貌有較大的起伏，地勢較為崎嶇，且遭受侵蝕嚴重，河谷常伴有V形結構。在流水的侵蝕作用下，使得河谷深度加大，進一步加快水流的速度，導致出現橫向的沖溝，使得出現較為復雜的地表形態，比如峽谷、山地、盆地等地貌，孤峰挺拔秀麗，地形陡峻，平均海拔約1500m，最高峰比亞山峰海拔2820m。

隧區內多分布石炭系（C）巖性為板巖、砂巖、玄武巖、片巖夾安山巖、灰巖、火山碎屑巖等。

2 ?硬巖光面爆破技術控制

2.1 開挖工法選擇

Ⅲ級圍巖設計全斷面開挖工法，采用鉆爆法技術進行施工。

2.2 爆破設計

2.2.1 設計原則 ?光面爆破設計方案的制定需要基于當地的地質條件，進行斷面和進尺的開挖工作，以及器材的爆破。①周邊眼之間的間距及最小抵抗線的選擇需要參考圍巖的自身特性，均勻錯落有致地進行輔助炮眼的布置，使得輔助炮眼和周邊炮眼保持在同一水平面，且加深20cm掏槽眼。②周邊炮眼的裝藥量需要嚴格按照間隔裝藥的規則進行控制，均勻分布整個炮眼。③炸藥要選擇密度低、猛度低、爆速低的類型，以引爆導爆索。④周邊炮眼的起爆可以運用微差爆破的方案，在起爆導爆索的時候使起爆的時間差減小。

2.2.2 鉆爆參數的選擇 ?爆破參數可以通過多次的爆破試驗來確定，在進行爆破試驗時，參數可以參照表1。

2.3 測量放樣

運用斷面儀進行操作，可以用紅鉛油進行協助快速放樣，準確地講隧道的斷面和中線標示在掌子面，加設高程標示點，以使炮眼的位置能夠得到準確的定位。現場監理檢查炮眼位置、間距。

2.4 布孔鉆孔

2.4.1 定位 ?根據爆破設計圖，隧道開挖施工的工作需要有序展開，負責開挖施工的負責人根據設計圖進行明確的分工，包括每臺鉆孔機的鉆孔范圍和順序等。在開始施工前要先確定好斷面的中線、水平線、輪廓，炮眼的位置也要注意明確的標示，開鉆必須要在各項準備都符合爆破要求后方可開始實施。要按照設計圖的要求來確定炮眼的角度、深度、以及炮眼之間的間距等，還要參照如下要求進行檢查：①掏槽眼：眼口和眼底間距的誤差都必須在范圍5cm以內;②輔助眼：眼口排距、行距誤差都必須在范圍10cm以內;③周邊眼：沿斷面輪廓線上的間距誤差要在5cm以內，以3%～5%的斜率可以進行炮眼方向的外插，眼底超出開挖斷面輪廓線的范圍一般不得大于10cm，最大不得超過15cm;④內圈眼至周邊眼的排距誤差要在5cm以內，當炮眼的深度超過2.5m時，為了減少誤差，可以使用相同的斜率來進行內圈眼與周邊眼的鉆眼;⑤開挖面不平坦時可以適當調整炮眼的位置和深度，以及炮眼裝藥量，以力求炮眼底能夠保持在同一水平面。

2.4.2 開口 ?開口的位置選定需要參考爆破設計和中線的狀態，之后清理浮石，調整支架角度至垂直于開眼巖面。開口過程中需要先供水再供風。先將鉆桿鉆進3～5cm后調整支架角度以保證達到設計要求的標準，之后開全風以使推力加大。

2.4.3 鉆進 ?在鉆桿鉆進的過程中注意發揮支架的作用，以提高鉆進速度。一條線：需要保證釬子、風鉆、氣腿在同一個垂直面上，以保證鉆機的穩定性;中心鉆：需要控制好支架的進氣量，減少支架擺動的幅度，保持鉆桿始終旋轉在炮眼中心位置;靠邊站：操作人員要避開鉆機，站在風鉆一側，并且控制風鉆不讓其晃動。

2.4.4 撥釬 ?在鉆孔達到設計要求后需要進行撥釬轉移。對于完整性和穩定性較高的巖石結構中，可以停風撥釬，停機時關風前要先關水。相反，對于整體性較差的巖石結構，需要帶風轉動撥釬。

每個循環檢查炮眼的深度、角度、間距應滿足方案的要求。

2.5 爆破裝藥

隧道光面爆破的關鍵是裝藥量和裝藥的方法，例如要嚴格控制周邊眼的裝藥量，需將藥量沿整個炮眼合理分布，并能選擇正確的炸藥品種和裝藥結構。將周邊眼的線裝藥密度做合理分布，這要根據周邊眼孔距、爆破層厚度、石質及炸藥種類等綜合考慮裝藥量。就裝藥結構而言，可采用比炮眼直徑小的藥卷來間隔進行周邊眼的裝藥，控制藥卷與鉆孔間1.25到2.0的不耦合系數，為了使保證起爆的穩定，需要控制藥卷的直徑。要科學合理地選擇起爆雷管的段別，保證能夠精確安排其安裝位置，并確保起爆的先后順序。①周邊眼：用小直徑藥卷間隔裝藥，藥卷綁扎于厚竹片或鐵片上，裝入孔內時，厚竹片或鐵片朝外，藥卷朝內（爆破方向）。當導爆索在巖石比較軟時可以代替藥卷。②堵塞方式：用炮泥將所有的泡眼堵住，周邊眼堵塞長度需要大于25cm。

2.6 連線、起爆網絡及爆破

①起爆網絡一般會采用并簇連法，連線的順序為：孔內雷管腳線分組→周邊孔導爆索并接→同段非電雷管雙發簇連→電雷管起爆。②起爆方法。警戒完成后，并確保起爆設施正常，起爆人員在安全區采用起爆器手動起爆電雷管，并引發其它爆破品爆破。在完成爆破后15min后進入爆區檢查，確認無盲炮后方可解除警戒。③起爆順序為：掏槽眼→輔助孔→周邊眼→底板眼。

2.7 檢查爆破效果，一炮一總結及進行效果的考核

2.7.1 現場檢查項目 ?檢查斷面周邊的欠挖狀況;檢查開挖輪廓的圓順度及開挖面的平整度;檢查爆破進尺能否達到設計要求;基于裝渣要求檢查爆出石塊;檢查炮眼痕跡保存率;檢查爆破銜接臺階，一般不會超過10cm。

2.7.2 一炮一總結及爆破設計優化 ?在爆破完成后對爆破效果進行檢查，并進行爆破效率的計算之后進行分析，并及時地修改不合適的爆破參數，以使爆破的效果得到有效地提高，改進爆破方案和技術。炮眼間距的修正和用藥需要參考巖層節理裂隙的發育以及巖性軟硬的情況來進行，尤其是周邊眼。爆破后，參考爆破后石塊的大小來改善炮眼裝藥的參數。鉆眼深度的改善需要參考開挖面的平整狀況，盡量做到爆破眼眼底在一個水平面。

2.7.3 超欠挖控制標準 ?隧道欠挖的施工需要嚴格地進行控制。對于圍巖完整、石質堅硬的區域，個別巖石突出部分可侵入襯砌斷面，但不能超過5cm（1m2不超過0.1m2）。拱腳和墻角以上1m范圍內不允許欠挖。

3 ?硬巖隧道施工安全風險控制

3.1 硬巖隧道風險源

結合以往硬巖隧道施工經驗，硬巖隧道施工風險源主要來自于掌子面前方突水、突泥、可熔巖以及拱頂掉塊等安全風險。

3.2 超前地質預報

森村二號隧道以鉆探法與地震波反射法（TSP）相結合方式進行超前地質預報，鉆探主要采用超前水平鉆探、加深炮孔方式。

3.2.1 超前鉆探 ?超前水平鉆探一次長度為30～50m，搭接不小于5m;加深炮孔長度為5m，分布在隧道中線、兩側外輪廓線等位置進行鉆探。超前鉆探的主要目的是探明開挖工作面前方有無不良地質和特殊地質及其發育情況，有無斷層破碎帶及其發育規模，地下水發育情況，有無發生突泥、突水的可能，及其它特殊目的探測。超前鉆探過程中根據巖粉、鉆進速度、卡鉆、塌孔、沖洗液等判定掌子面前方地質以及地下水發育情況，及時調整施工工法及措施，防止硬巖隧道突水、突泥，有效降低施工安全風險。

3.2.2 地震波反射法（TSP） ?TSP超前地質預報系統是一種利用地震波來探測地質狀況的技術和方法，在不均勻的地質中會產生一種反射波，來預報周圍的地質情況。

軟弱破碎地層或巖溶發育區，一般應為100～150m預報距離;在巖體完整的硬質巖地層每次可預報120～180m，但不宜超過200m。

這是一種多波多分量的探測技術，可以使掌子面前方的巖性得到有效地檢測。

4 ?結束語

開挖是隧道施工的源頭，是隧道安全質量的最關鍵工序，是隧道成本控制與節能降耗的關鍵。可以說開挖水平企業隧道施工的核心競爭力。通過硬巖隧道光面爆破技術控制，可以從源頭控制超欠挖，控制隧道施工安全質量，真正做到控制成本、做到節能降耗。同時利用鉆探法與地震波反射法（TSP）相結合方式進行超前地質預報，大大降低了隧道施工安全風險，提高了施工生產效益。

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