光面爆破在節理發育Ⅱ、Ⅲ級圍巖隧道施工中的應用研究

褚衍橋

中鐵十七局集團第六工程有限公司

1 工程概況

福建省沙埕灣跨海公路通道工程A1合同段與浙江省銜接，設有隧道3.5 座，均為分離式雙洞布置，隧道主洞凈空斷面寬14.75m，高5.0m，設計時速100km/h。其中南山尖隧道為跨境隧道，浙江省內名為岱嶺隧道，長694.6m；福建境內名為南山尖隧道，長1492.5m。該隧道福建端洞口位于福鼎市佳陽鄉雙華村，隧址區屬丘陵地貌隧道橫穿南北向山脊，地形起伏較大。山體自然坡度為20°～45°，出口段地勢略緩，約為20°，山體較穩定，沿線山脊較窄小，沖溝發育，切割較深，呈V 形谷，植被較發育，隧道最大埋深約300m。隧道左線起訖樁號為ZK0+000～ZK1+490，其中Ⅱ級圍巖850m，Ⅲ級圍巖355m，Ⅱ、Ⅲ級圍巖所占比例為80.87%；右線起訖樁號YK0+000～YK1+495，其中Ⅱ級圍巖745m，Ⅲ級圍巖440m，Ⅱ、Ⅲ級圍巖所占比例為79.26%。

2 應用研究背景

南山尖隧道因洞口征拆滯后，右洞較計劃開工時間推遲約半年，左洞因大量民房拆除較右洞開工又推遲半年多，整個計劃工期嚴重滯后，其中左洞較右洞施工進尺滯后約500m。根據右洞施工得知該隧道山體Ⅱ、Ⅲ級圍巖為弱風化青灰色凝灰熔巖，巖質較硬，強度可達200MPa，但節理發育，呈平層、豎層不規則分布，且裂隙結構緊密、整潔、無雜質，無夾雜泥沙，巖體多呈塊狀構造，受震動局部易掉塊，見圖1。

圖1 南山尖隧道Ⅱ、Ⅲ圍巖

原設計Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面光面爆破開挖，噴、錨、網初期支護。隧道Ⅱ級圍巖斷面123.09m2，Ⅲ級圍巖斷面125.08m2，項目相關技術人員根據斷面尺寸、施工質量及進度等各方面要求，結合以往施工經驗制定光面爆破方案，預期超欠挖控制在±5cm 以內，每循環進尺為3.5m～4.0m。實際右洞先行施工情況，爆破后拱頂掉塊較多，成斷面凹凸不平，嚴重處呈現矩形狀，最大超挖深度達0.8m，光面爆破效果差。考慮施工安全與后期防水板施工質量，調整方案為增加F3 型超前錨桿支護，同時加強初期支護，增設工14型鋼支撐，縱向間距1m布置。Ⅱ、Ⅲ級圍巖平均進度約為100m/月，嚴重影響施工工期。左右洞為同一山體，且中間巖墻距離為32m 左右，可判斷左右洞圍巖基本一致。根據線路計劃通車時間要求2020 年7 月底必須完成隧道貫通，截至2020 年3 月初南山尖隧道右洞開挖剩余360m，可順利完成；左洞剩余890m，要求平均每月至少完成180m，困難很大。

3 方案比選

（1）方案一：借助浙江境內工作面，采取兩個工作面同時施工。但由于該隧道屬于兩個省工程，且浙江段早完成早竣工，重啟難度大，申請手續復雜，耗時較長，不可取。

（2）方案二：利用左右洞進尺差，在右洞掌子面附近增設橫洞至左洞，增加左洞開挖工作面。但新增開挖面通風差，施工環境惡劣，且需增加一部二襯臺車確保二襯安全步距符合規范要求，同時增加一組開挖、支護、二襯施工人員及機械設備等，準備工作量大，投入大，成本高，耗時也較長。

（3）方案三：調整光面爆破參數，優化施工方案，加強施工組織。

項目通過多次會議組織多名相關人員討論，最終確定以采用方案三為主為先，以方案二為備選。

4 光面爆破方案優化及注意事項

4.1 方案優化

經過多次對各方面爆破參數的調整和現場一次次的試爆驗證，最終得到理想光爆效果，優化后炮眼布置及爆破網絡見圖2。

（1）調整炮眼布置，減少炮眼數量。除保持57個周邊眼、12個掏槽眼不變，掘進眼由原來5 個調整為7 個之外，其他炮眼均被減少。取消原方案中26個內圈眼，輔助眼由原來5排調整為3排，并由原來40個減少到24個；兩層抬炮眼每層減少1個，由原來17個調整為15個；底板眼由原來9個減少至6個。

（2）控制炸藥總用量，調整部分炮眼單孔裝藥量。主要調整第3 排輔助眼由1.8 千克/孔增加至2.4 千克/孔，掘進眼由3.0 千克/孔減少至2.7 千克/孔，取消內圈眼減少炸藥31.2kg。

（3）調整起爆網絡。主要針對周邊眼，由原來統一采用15段，調整為11、13、15 段不同段數。開挖臺車1、2 架部位周邊眼先爆，采用11段，下部周邊眼采用13段，拱部及兩個角落炮眼為最后起爆，采用15段，見表1。

（4）采用數碼電子雷管替換普通毫秒雷管。提高爆破可靠性，提高延期精度，有利于控制爆破效應，降低爆破振動，提高爆破效果；電子雷管延期時間設置靈活，可以以1ms為單位任意設置，同時也大大提高了爆破施工安全。

表1 南山尖隧道光面爆破參數表（優化后）

（5）采用導爆索起爆。使用導爆索可以提高起爆的準確性和可靠性，并且可以更好地達到爆破的微差效果，同時導爆索起爆也更能發揮數碼電子雷管延期高精度的作用。為提高爆破的光面效果，每個周邊眼都采用導爆索起爆，每循環使用“紅線”不低于250m。

圖2 優化后炮眼布置示意圖

4.2 注意事項

為提高光面爆破施工效果，優化方案的同時，也要加強施工過程中的管理措施，特別注意以下幾項。

（1）提高大家思想認識，糾正錯誤的觀念和行為。在光面爆破施工中，不能以補炮費工費時來控制爆破，不能再有寧超勿欠的思想，要改為小超小欠，用小欠來保證小超；同時也不能再一味地認為光面爆破單單是技術問題，其實更多是管理問題，要把施工方案不折不扣的執行，以方案來指導施工，以效果來驗證方案，不斷優化，不斷提高。

（2）系統培訓，真正掌握光面爆破施工技術。通過技術交底和現場施工培訓，對施工方案和實際爆破效果反復講解，做到鉆爆工和技術人員全面了解爆破施工技術，遇到不同圍巖及時調整參數，通過幾次調整試爆達到理想光爆效果。

（3）做好測量放樣和監控量測。提高測量放樣的精準度，在條件允許情況下，加密放樣周邊眼，周邊眼的精確度直接影響到光爆效果；施工過程中也要加強監控量測，根據圍巖收斂和沉降的數據來調整開挖放樣的尺寸。

（4）合理分工，根據鉆爆工技術特點劃分區域，并相對固定。技術熟練并對爆破技術了解的以掏槽眼為主，認真負責的以周邊眼為主，固定下來，既能更好地讓鉆爆工熟練自己區域內工作，又能責任到人，針對性管理、調整。

（5）加強過程中管理，制定獎懲措施，提高員工積極性。制定科學合理的獎懲措施，既要考慮施工進度，同時也要考核光面爆破施工質量，不同圍巖制定不同超欠挖和炮眼殘留率的要求。獎懲團隊的同時，也可以根據斷面區域劃分制度，直接獎懲到個人，既能激勵團隊，又能突出個人，提高大家積極性。

5 施工效果

在對南山尖隧道光面爆破方案的調整優化，以及加強施工過程中的管理，達到了炮眼殘留率控制在90%左右，提高了南山尖隧道光面爆破施工效果，見圖3。同時平均每月完成210米/月，最高月進度達到240米/月，在保證施工安全與質量的情況下，大大加快了施工進度，最終在2020年7月8日提前完成了南山尖隧道左洞的貫通，贏得了業主、市高指和省高指等各方領導的認可。

圖3 南山尖隧道光爆效果

6 結語

通過南山尖隧道左洞前期與后期爆破開挖的施工對比，肯定了光面爆破對隧道施工安全、質量、進度、成本控制的重要性；通過方案調整，在三車道大斷面、節理發育Ⅱ、Ⅲ級圍巖爆破開挖中實現了光面爆破效果，對以后類似圍巖的光面爆破施工提供了良好的指導和借鑒作用。同時也要求我們在隧道施工中，針對不同的圍巖要繼續光面爆破的應用研究，取得較大的經濟效益和社會效益。