光面爆破在隧道施工中的應(yīng)用和分析

張志強(qiáng)ZHANG Zhi-qiang

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原 030000）

0 引言

新半坡隧道為渝懷鐵路增建二線Ⅳ標(biāo)項(xiàng)目的一條隧道，位于貴州省銅仁境內(nèi)，實(shí)施光面爆破圍巖主要為灰?guī)r夾白云巖，圍巖級別為Ⅲ級。弱風(fēng)化堅(jiān)硬巖，薄～中厚層狀結(jié)構(gòu)。節(jié)理裂隙發(fā)育，多為密閉節(jié)理，巖體切割成大塊狀。地下水主要為基巖裂隙水、巖溶水，基巖裂隙水主要賦存各類結(jié)構(gòu)面中，水量不大，巖溶水主要賦存與各種巖溶管道中。

光爆實(shí)施過程中，項(xiàng)目制定了《渝懷三分部光面爆破管理規(guī)定》定期對作業(yè)人員和管理人員考核，提高了大家的積極性，保障光面爆破工作高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)、持續(xù)快速的開展。

1 工程概況

新半坡隧道位于貴州省銅仁市環(huán)北境內(nèi)，進(jìn)行光面爆破里程為YDK524+460.2～YDK524+161.3，為Ⅲ級圍巖，設(shè)計(jì)開挖斷面45.04m3/m。最大埋深約在95m～210m。圍巖主要以弱風(fēng)化堅(jiān)硬巖，薄～中厚層狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)較軟，表層易風(fēng)化剝落，層間結(jié)合較差，層狀軟弱面（或夾層）已基本被破壞。巖層產(chǎn)狀為N65°W/25°SW，差密度：2.4g/cm3、內(nèi)摩擦角45°、基本承載力350kPa、基底摩擦系數(shù)0.45。節(jié)理裂隙發(fā)育，多為密閉節(jié)理，巖體切割成大塊狀。該圍巖巖層斜發(fā)育，質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，光爆難度較大，據(jù)此光爆參數(shù)采取加密周邊眼、周邊眼間隔裝藥，采用導(dǎo)爆索起爆，爆破效果較好，超挖較小，輪廓面較圓順。

2 光面爆破方案

2.1 光面爆破設(shè)計(jì)

本隧道Ⅲ級圍巖采用控制振速爆破技術(shù)以全斷面方式人工鉆爆掘進(jìn)，采用氣腿鑿巖機(jī)鉆孔。為減小爆破對圍巖的擾動，控制爆破輪廓，采用加密周邊眼、多打眼、少裝藥的施工措施。

①Ⅲ級圍巖斷面爆破設(shè)計(jì)圖，見圖1。

圖1 Ⅲ級圍巖斷面爆破設(shè)計(jì)圖

②鉆孔參數(shù)表，見表1。

表1 Ⅲ級圍巖全斷面開挖鉆孔參數(shù)表

③周邊眼采用間隔裝藥，導(dǎo)爆索起爆，每孔裝1 卷藥，將藥卷分為3 段，采用竹片捆綁，采用導(dǎo)爆索將分段藥卷連接起來，并將每個(gè)周邊眼采用導(dǎo)爆索同一方向連接至起爆雷管上。裝藥結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 光面爆破參數(shù)優(yōu)化

在隧道開展光面爆破巖層為石灰?guī)r夾白云巖，節(jié)理比較發(fā)育，光面爆破后整體輪廓不圓順，存在局部圍巖破碎不成型的狀態(tài)。在施工過程中根據(jù)爆破效果先后調(diào)整炮眼間距、裝藥系數(shù)、周邊眼外插角等參數(shù)。周邊眼間距控制在35cm，裝藥系數(shù)由原來0.45kg/孔改為0.3kg/孔，輔助眼距周邊眼間距略大于周邊眼間距，間距由70cm 改為75cm、底板眼裝藥系數(shù)由原來0.6kg/孔改為0.45kg/孔提高了爆破輪廓完整性。先后經(jīng)歷4 次優(yōu)化和多次細(xì)節(jié)調(diào)整。

2.3 最佳光爆技術(shù)參數(shù)

通過一系列優(yōu)化后，最終確定爆破參數(shù)。該巖質(zhì)Ⅲ級圍巖全斷面最佳光爆參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表2。

表2 Ⅲ級圍巖全斷面最佳光爆參數(shù)表

3 經(jīng)濟(jì)參數(shù)分析

根據(jù)光面爆破的現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比，在相同開挖斷面面積、炮眼布置和鉆孔深度的前提下，炸藥單耗量、超欠挖、補(bǔ)炮數(shù)量、噴射混凝土、二襯混凝土以及出渣時(shí)間、噴砼時(shí)間幾個(gè)方面有所節(jié)約。新半坡隧道實(shí)施光爆技術(shù)施工299m，經(jīng)成本核算隧道節(jié)省各項(xiàng)費(fèi)用如下：

①炸藥、雷管。

新半坡隧道進(jìn)口在Ⅲ級圍巖段展開光面爆破，實(shí)施光面爆破后共計(jì)開挖299m，施工100 個(gè)循環(huán)。光面爆破前后對比每循環(huán)爆破節(jié)省炸藥10.8kg，節(jié)約雷管2 發(fā)、炸藥的單價(jià)是每公斤6.7 元，每發(fā)雷管單價(jià)4.5 元。在新半坡隧道進(jìn)行光面爆破期間炸藥、雷管共計(jì)節(jié)約8136 元。

②噴射混凝土。

噴射混凝土超耗率由原來109.56%減少為70.02%，噴射混凝土490 元/m3。新半坡隧道在YDK524+460.2 ～YDK524+161.3 段設(shè)計(jì)噴射砼為4.17m3/循環(huán)，由此可以推算出，該隧道在光面爆破階段噴射砼共計(jì)節(jié)約成本為80790 元。

③二襯混凝土。

新半坡隧道采用光面爆破技術(shù)后隧道超欠挖得到有效的控制，使后續(xù)二襯混凝土超耗率明顯降低，在YDK524+456.8～+333.5 施工段落合計(jì)123.3m，二襯混凝土超耗率由原來50.4%降至29.2%。二襯C30 混凝土380 元/m3，每延米二襯混凝土設(shè)計(jì)方量7.12m3。經(jīng)計(jì)算，該隧道在光面爆破階段二襯砼共計(jì)節(jié)約成本為70722 元。

④噴砼時(shí)間。

使用光面爆破所采用光面爆破后爆破輪廓比較圓順，周邊圍巖完整性顯著提高，在節(jié)約了噴射砼的同時(shí)減少了噴砼時(shí)間，平均每循環(huán)節(jié)約時(shí)間35min，在光面爆破階段共計(jì)施工100 個(gè)循環(huán)，合計(jì)節(jié)約時(shí)間58.32h。

⑤其他節(jié)約。

通過進(jìn)行光面爆破，提高了工藝水平以及作業(yè)工班積極的態(tài)度，相比較之前，補(bǔ)炮次數(shù)明顯較少，出渣時(shí)間也有小幅度減少。通過調(diào)整周邊眼的爆破參數(shù)，提高了開挖后輪廓的完整性，對平均線性超挖控制在10cm 以內(nèi)。

4 爆破效果

4.1 爆破后參數(shù)統(tǒng)計(jì)

采取優(yōu)化后爆破參數(shù)，循環(huán)進(jìn)尺、炮眼殘留率、兩排炮錯茬尺寸、總用藥量、平均線性超挖值、最大超挖值等方面有所改進(jìn)。

光爆效果統(tǒng)計(jì)表，如表3 所示。

表3 光爆效果統(tǒng)計(jì)表

4.2 爆破后效果圖

圖3 爆破后效果圖

①爆破后輪廓線較完整，對周邊圍巖擾動小。炮后炮痕明顯，炮眼殘存率較高，通長周邊炮痕清晰可見、輪廓比較圓順。②在周邊眼打眼時(shí)，控制外插角，保障每排炮之間炮痕錯臺5cm 左右，整體輪廓較圓順，無明顯凸起及坑洞，兩排炮連接處過度平順。③通過光面爆破，提高開挖后輪廓完整性，在減少噴砼料超耗的同時(shí)，初支面較之前更加平順。

5 光爆實(shí)施有效管理措施

①對于直眼掏槽光面爆破，要控制好臨空炮眼的位置和間距，臨空炮眼位置在中心線處，排列整齊，確保臨空炮眼中心基本在一豎直線上，炮孔間距15cm；打鉆過程中嚴(yán)格控制鉆孔偏差，盡量貼近設(shè)計(jì)成孔。②對于斜眼掏槽光面爆破，控制要點(diǎn)在于掏槽眼角度和深度，角度過大不能發(fā)揮掏槽效果，角度過小則造成兩邊掏槽眼互相交叉，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)尺，要求嚴(yán)格控制入鉆角度，保證兩邊對應(yīng)掏槽眼尾部相差20cm 左右，既能滿足掏槽效果，又能達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)尺要求，同時(shí)擴(kuò)槽眼的入鉆角度應(yīng)漸進(jìn)增加，每排增加9°左右，避免擴(kuò)槽孔尾部與掏槽眼尾部厚度過大，影響爆破效果。③周邊眼裝藥是控制光爆效果的關(guān)鍵，無論直眼掏槽還是斜眼掏槽，周邊眼均采用不耦合導(dǎo)爆索藥串間隔裝藥方式，并采用炮泥封堵鉆孔口，及時(shí)根據(jù)爆破半孔率調(diào)整周邊孔裝藥量，不斷提高光面爆破效果。④控制鉆孔外插角的關(guān)鍵在于起鉆，三臂鑿巖臺車操作手應(yīng)根據(jù)圍巖硬度、掌子面入鉆處平整度等因素調(diào)整鉆孔方法。施工中，首先調(diào)整臺車推進(jìn)梁與隧道軸線平行，呈水平狀態(tài)后，只移動臺車大臂，不調(diào)整推進(jìn)梁，根據(jù)臺車顯示屏上的炮孔圖，移動臺車大臂將鉆桿頂在開孔位置后調(diào)整至設(shè)計(jì)外插角就可以起鉆，鉆眼時(shí)要根據(jù)鉆眼位置圍巖的平整度及時(shí)調(diào)整施鉆方法，可先開一個(gè)10～30cm 的淺孔，以固定鉆頭防止偏滑，再沿該孔以設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)角度施鉆。

6 結(jié)束語

總結(jié)以上并結(jié)合渝懷鐵路項(xiàng)目屬地的材料價(jià)格進(jìn)行分析，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。①直接經(jīng)濟(jì)效益。火工品節(jié)余和噴射混凝土超耗量降低。在新半坡隧道進(jìn)行光面爆破期間炸藥、雷管共計(jì)節(jié)約8136 元；噴射砼共計(jì)節(jié)約成本為80790 元，二襯砼共計(jì)節(jié)約成本為70722 元。兩項(xiàng)合計(jì)，隧道每延米結(jié)余413 元。②間接經(jīng)濟(jì)效益。大益于圍巖穩(wěn)定，全面提升隧道整體施工質(zhì)量，規(guī)避了后期缺陷整治；節(jié)省作業(yè)時(shí)間，光爆實(shí)施前、后的一個(gè)循環(huán)用時(shí)平均減少35min；線性超挖減少，相應(yīng)的出渣量減少，運(yùn)輸成本也明顯降低。

綜上所述，通過對隧道光面爆破施工為項(xiàng)目帶來了直接和間接的巨大效益，并為后續(xù)全環(huán)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化施工創(chuàng)造了條件，針對不同地質(zhì)隧道施工，光面爆破還需在實(shí)踐中不斷總結(jié)、完善，使其更加操作，帶來最大經(jīng)濟(jì)效益。