地鐵工程砂質泥巖區域隧道全斷面爆破超挖控制技術分析

董澤旭

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 101116）

0 引言

近年來重慶地鐵施工高速發展，重慶淺表地層普遍為砂質泥巖，圍巖級別多為Ⅳ級，常用爆破施工工藝，爆破開挖質量控制一直是施工的重難點，超挖過多不僅造成出渣量和襯砌量增加，而且延長了施工工期，提高了工程成本。基于重慶軌道18號線隧道爆破施工項目，結合現場實際情況，通過精心研究、調整設計爆破掘進過程中的炮眼打設角度、單循環開挖進尺，合理增加炮孔數量，優化布置炮孔位置，在保證質量、安全為前提并滿足工期要求的情況下成功減小爆破超挖尺寸。

1 工程概況

重慶軌道18號線外河坪北站～外河坪南站區間全長1.5km，線路位于長江、嘉陵江兩大地表水系匯合的寬緩臺地上。隧道埋深約28.29～53.00m，地層主要由砂巖—砂質泥巖不等厚的正向沉積韻律層組成，砂質泥巖以紫紅色為主，主要礦物成分為黏土礦物，粉砂泥質結構，中厚層狀構造，中等風化巖體裂隙不發育，巖體較完整，巖質較軟，巖體基本質量等級為IV級；砂巖為灰色～紫灰色，細～中粒結構，厚層狀構造，主要礦物成分為石英、長石，含少量云母及黏土礦物，多為鈣質膠結，巖質較硬，巖體完整性好，巖體基本質量等級為III～IV級，主要為IV級。隧道標注斷面寬7.38m，高7.16m，馬蹄型斷面形式，斷面面積44.38m2，采用全斷面爆破方式進行開挖。

2 爆破參數調整及爆破效果統計

根據隧道地質結構及圍巖級別，參考以往項目及該項目相鄰標段施工經驗統計爆破超挖量，見表1所示。

表1 隧道爆破超挖數據統計

根據上述數據統計，圍巖IV級隧道爆破開挖平均超挖達到25.7cm，超挖問題嚴重，造成炸藥雷管等火工品單耗增加，初期支護噴射混凝土厚度增加等造成材料浪費，工作時間延長造成工效降低，平均只能實現1循環/d，平均進尺約3m/d，根據現場實際情況，對爆破參數進行調整，具體情況如下：

（1）周邊眼、掏槽眼以及輔助眼數量調整[1]。掏槽眼以及輔助眼數量由原來的100個增加至133個，其中周邊眼數量由原來的20 個增加至34 個，間距減小至450～500mm之間。

（2）提高爆破開挖頻率，減小開挖進尺；開挖進尺調整為2m/d，平均2 天3 循環，平均進尺3m/d，調整炮孔深度。

（3）降低火工品單耗量[2]。掏槽眼每孔填充炸藥約1.2kg，超量裝藥，并首先起爆，形成槽腔，創造新自由面；周邊眼每孔填充炸藥約0.1kg，減少每孔炸藥用量，實現外輪廓形狀，并控制超挖。

（4）為有效控制爆破震速，減少單段起爆藥量，調整掏槽眼布置，改一次掏槽為二次掏槽分段起爆。

（5）掌子面與已完初期支護面的距離控制在1.0～1.5m或將周邊眼打設角度調整至7°左右。

爆破工藝參數調整后，以外河坪北站～外河坪南站區間SK+108.9～SK+130段進行數據實測統計分析，見表2所示。

表2 外河坪北站-外河坪南站區間爆破施工記錄表

經分析實地爆破試驗結果，平均超挖最優可達到10cm，超挖值平均約為15cm，超挖得到有效控制。

3 爆破超挖控制因素分析

3.1 開挖循環進尺

控制開挖進尺可以有效控制周邊眼打設偏離距離[3]，并且控制炸藥單耗用量，以達到控制開挖目的,單循環開挖進尺越大，遠端偏離開挖限界越大，進而爆破超挖也越嚴重，將單循環開挖進尺由3m調整為2m，周邊眼炮孔搭設深度由3.5m調整為2.5m，有效降低超挖程度，平均超挖值由15.3cm降低為11cm，降低約30%，如圖1所示。

圖1 開挖進尺對超挖情況影響

3.2 初期支護厚度

該項目暗挖區間標準斷面初期支護設計厚度為21cm，由于已完初期支護厚度影響，周邊眼打設入巖位置及角度受限，導致周邊眼打設角度增大至11.9°，使爆破超挖加劇，平均超挖值達到31.25cm，如圖2所示。

圖2 初期支護厚度對超挖情況影響

為了減小初期支護厚度對炮孔打設的影響，將打設角度調整為7°左右或將已完初支面與掌子面距離增大至1～1.5m，使平均超挖值降至15cm，見圖3所示。

圖3 調整炮眼打設角度控制超挖情況

3.3 炮眼數量及用藥量

通過增加周邊眼數量，改善外輪廓成型平順度，炮孔單孔填充炸藥量減少，降低爆破猛度，改善裝藥集中、起爆震動大，周邊外輪廓形狀難以控制的情況[4]。

3.4 起爆順序

周邊孔的起爆順序決定了爆破效果。若周邊孔爆破時間過早，臨空面未完全形成，而周邊孔起爆過遲，則不能充分利用輔助孔的爆破破碎能量。工程經驗表明，周邊孔起爆時間比輔助孔延遲100～150ms時，爆破效果最佳，可有效控制欠挖及超挖。

3.5 其他因素

施工現場管理水平、測量放線質量，裝藥結構、炮眼成孔的質量等因素均決定爆破超挖控制效果。

4 超挖控制的經濟影響

IV級圍巖隧道需進行初期支護，支護形式為型鋼拱架+噴射混凝土掛網錨噴，而爆破引起的超挖需要噴射混凝土進行填充，不但造成材料的超耗增加[5]，延長噴錨時間，減緩施工進度，以及增加材料成本，人工成本，還有項目本級管理費等，產生較大施工成本。

以外河坪北站～外河坪南站區間為例，區間正線左右線全長3000m，斷面周長約18m，噴射混凝土約385元/m3，平均超挖正常水平為25cm，經調整降為15cm，噴射混凝土共計節約5400m3，僅材料費節約208萬元，超挖部分石方的運輸時間、運輸費用、棄渣費用等均有所減少，工期加快的同時，成本投入減少，經濟效果顯著[6]。

5 結束語

本文針對重慶軌道18號線項目爆破施工情況，在圍巖級別Ⅳ級實施爆破，采用調整炮孔打設數量、打設角度、并結合“短進尺、多循環”、調整起爆順序等爆破施工措施，由現場爆破效果來看，爆破擴挖效果較為良好，平均超挖值控制在15cm左右，有效降低超挖值約10cm，在保證安全、質量的同時，滿足了施工進度，并節約了施工成本，降低工程造價，可為類似隧道爆破擴挖工程提供參考。