地鐵隧道礦山法施工中光面爆破開挖技術的應用研究

摘要：為提高地鐵隧道施工過程中的光面爆破開挖效果，以新建鐵路珠三角城際軌道交通廣佛環線廣州南站至白云機場段東環隧道工程為研究對象，開展地鐵隧道光面爆破開挖技術應用研究。闡述工程的基本情況，依據實際工程所需，確定炮眼直徑和炮眼數量。采用反向裝藥的方式完成炸藥填裝，確定周邊眼抵抗線距離，同時結合周邊眼間距和實際高度計算其厚度比值。使用炮泥對孔道進行堵塞，并設置掏槽眼、周邊眼和底板眼，使其間距保持一致。完成裝藥并連線，確保所有孔底處于相同高度。采用順開方式來挖掘側墻孔孔口，并使用小藥圈進行不耦合間隔裝藥，分段、分時完成炸藥引爆。測試結果表明，應用所提方法爆破波速始終控制在2cm/s以下，圍巖的損傷程度小于0.1mm/m，始終控制在標準范圍內，有效提高了隧道圍巖穩定性。

關鍵詞：礦山法；光面爆破；開挖技術

0 引言

目前，在地鐵隧道和礦山工程等領域，施工全程的質量管控效果不佳，影響光面爆破的各種不利因素增加，利用現有方法無法及時對施工現場的爆破參數進行優化和調整，而陡峭的山體又增加了施工過程中的安全風險。而依靠人工開挖和加固施工，會導致整體施工質量下降，施工效果難以達到預期[1]。

本文以新建鐵路珠三角城際軌道交通廣佛環線廣州南站至白云機場段東環隧道施工工程為例，結合實際情況開展光面爆破開挖技術研究。希望可通過本次研究，提高地鐵隧道光面爆破開挖施工的施工質量。

1 工程概況

選取新建鐵路珠三角城際軌道交通廣佛環線廣州南站至白云機場段東環隧道工程為例開展研究。該隧道區間上行線DSK35+771～DSK36+151段，W3強風化層采用地面注漿，縱向長度6m。巖石飽和抗壓強度為37.1～155.6MPa。上行線剩余段落有702m隧道，隧道相對集中，地表環境復雜，地質情況不容樂觀，施工安全風險極高。其余段落404m為全斷面硬巖，硬巖強度較高，盾構掘進較慢。為確保隧道按期貫通，施工單位提出采取暗挖接應盾構的措施。DSK35+771～DSK35+866段采用靜態爆破，DSK35+866～DSK36+151段采用控制爆破。以此為基礎，開展實驗研究。

2 光面爆破開挖關鍵技術設計

2.1 炸藥參數設置

2.1.1 炮眼數量

在光面爆破開挖前，需要使用風動鑿巖機及其余多功能設備完成鉆孔[2]。其鉆孔的數目與爆破效果存在一定關系，需先對施工的炮眼數量N進行計算，其公式如下：

N=Ksl-W?h （1）

式中：K為巖石體積所需要的炸藥量；s為實際挖掘面積；l為實際挖掘深度；W為在周邊眼中實際使用的炸藥量；?為炮眼裝藥系數；h為炸藥布置密度。

2.1.2 炮眼挖掘深度

在完成炮眼數目確認之后，根據實際工程情況，計算炮眼深度[3]。為獲得最佳炮眼挖掘深度，需要先分析巖石強度等因素對其影響，以減少光面以外圍巖的干擾，增加有效支護時間。這有利于減少因孔深過大而導致的超挖問題，從而全面提升地鐵隧道工程的效率。

2.1.3 爆破層厚度與兩側眼位置之比

光面爆破層厚度和兩側眼位置之間的比值，通常為0.5～1.0之間最為適宜。如此設置可以促進光面爆破的順利進行，并確保兩側眼爆破后形成的孔面更加安全，從而避免圍巖壁受到破壞。

2.1.4 裝藥結構與裝藥系數

合理安排裝藥構造至關重要。本次選擇具有高爆破力的炸藥[4]。同時，裝藥過程中，對實際工程進行仔細分析，采用反向裝藥的方式，具體裝藥過程如圖1所示。爆破效果受裝藥系數的影響，在選擇光面爆破耦合系數時，要控制孔壁上作用力與圍巖的抗壓程度成正比，且在標準范圍內。

2.2 炮眼填埋堵塞施工

2.2.1 計算厚度比值

在完成爆破設計后，完成炮眼的填埋堵塞施工設計。首先，確定周邊眼抵抗線距數值，根據上文得到的周邊眼間距，結合實際高度，計算厚度比值j，其公式為：

（2）

式中：y為周邊眼間距；r為光面爆破層厚度。

2.2.2 炮眼堵塞參數設計

根據現場施工經驗，延長孔內爆炸產生高壓氣體的作用時間，能提升炸藥的反應程度和能量[5]。在周邊眼爆破過程中，本次選擇直徑較小但爆轟時較為穩定的炸藥，并采用空氣間隔裝藥的結構形式來完成炸藥的填裝。

在進行炮眼堵塞時，如果長度控制不當，將對爆破質量產生一定的影響，因此需要精確控制堵塞長度，以充分利用爆破能量。本次使用炮泥進行堵塞，并將堵塞長度設定為150mm。

在設計中，合理設置掏槽眼結構非常重要。采用三角形結構，并配合中空眼，以拓寬輔助眼爆破的范圍。同時，在隧道開挖輪廓線沿線布置周邊眼，并保持均勻間距。另外還需要設置底板眼，以保持間距的一致性。

2.3 光面爆破施工

2.3.1 鉆孔要點

在實際鉆孔過程中，需要確保鉆孔設備的穩固性，并對兩側眼進行鉆孔[6]。在施工過程中，需要合理控制外插角與兩側眼之間的距離。同時，需要使用適當的裝藥構件進行裝藥，并進行連線。在此過程中，必須檢查鉆機設備的各個構件的實際運行情況，并確保管線與不同區域之間的連接良好。另外，還需要在掌子面上標明炮眼的中線等標記，以確定鉆孔的范圍，并合理規劃施工流程。

在展開鉆孔操作時，必須確保隧道中線和鉆桿方向之間的夾角為120°。在鉆好第一個炮孔后，進行下一個炮孔的鉆進時，需要遵循平齊原則，以確保所有炮孔底部位于相同的高度上。采用順開方式對側墻孔的孔口進行挖掘，并確保孔底位置符合標準要求。同時，需要調整孔底和孔口之間的間距，使其保持一致，并參考周邊孔的參數，以提高孔位準確性。

在進行光爆鉆孔時，爆破設計師應詳細了解施工規律，合理控制鉆孔速度，以提高施工技術應用的準確性。鉆孔結束后，工作人員應及時清理孔道，通過吹風的方式清掃鉆孔中形成的雜質，以保持炮孔內的衛生，從而確保能夠順利進行裝藥。

2.3.2 周邊眼爆破

在進行周邊眼爆破時，需要采用小藥圈不耦合間斷裝藥，并添加導火線進行引爆。其他裝藥過程均采用不連續間隔裝藥的方式，并使用數碼電子雷管進行引爆。雷管的引爆速度為4.36cm/s，并使用如圖2所示的導爆管雷管起爆網路。上臺階電子雷管起爆順序如圖3所示，下臺階電子雷管起爆順序如圖4所示。

3 實例分析

3.1 實驗方案

本次主要在上行線隧道光面爆破方案下的左右洞進行測試，并通過數值模擬，分析上臺階開挖時的爆破振動速度場，通過聲波波速來反映隧道輪廓面的距離對圍巖整體的變化情況。具體步驟設置如下：

3.1.1 準備實驗樣本

本次選擇上行線隧道光面爆破方案下的左右洞作為實驗樣本，并收集相關的隧道結構參數和地質信息。根據實際需求，在左右洞中設置一系列測點位置，以覆蓋整個隧道截面。同時，確定穩定聲波速度為4600m/s。

3.1.2 配置相應的測量設備

準備振動速度場測量儀器和聲波波速測量設備，以便進行后續的實驗。

3.1.3 分析振動速度場

根據光面爆破方案，對上臺階開挖時的爆破振動速度場進行數值模擬。通過可視化展示模擬結果，可以分析隧道輪廓面的距離對圍巖整體變化的影響。

3.1.4 計算波速值

在實驗樣本的左右洞中，選擇預先確定的測點進行聲波波速測量。使用測量設備記錄并計算波速值，并將其與穩定聲波速度4600m/s進行對比分析。

通過這些步驟，能夠獲取關于上行線隧道光面爆破方案下左右洞的相關實驗數據，對測量結果進行分析和對比，便可了解爆破振動速度場對圍巖的影響。

3.2 實驗結果分析

3.2.1 波速與深度關系

通過測試數據，能夠得到隧道圍巖中的波速隨深度變化的關系曲線。不同剖面中的波速結果如圖5所示。

由圖5結果可知，爆破后在距離輪廓面80～100cm范圍內出現一些波速提升，波速隨著測點距隧道輪廓面距離的增加，在100cm時達到最大值。但總體來說，波速始終控制在標準值2cm/s以下，說明在不同的剖面中波速較為平穩。

3.2.2 圍巖損傷度

為了取得良好的應用效果，需將爆破對圍巖的損傷度控制在0.1mm/m以下。為此，需要選擇不同剖面的聲波速度進行計算，從而得出波速降低率。通過計算，確定在爆破后圍巖所受到的損傷程度。圍巖具體損傷度如表1所示。

由表1結果可知，圍巖的損傷程度較低，始終控制在標準范圍內。由此可說明，運用本文施工技術能夠在控制爆源受到的干擾程度較低，聲波擾動兩側的巖體均不高。通過分析隧道圍巖光面預裂爆破的施工結果可知，爆破后兩側圍巖比較平穩，不會產生巖石塌陷等事故發生，能夠提升光爆的炮孔痕跡的完整程度，增加炮孔的使用效果。

綜上所述，15352bd0a0c87956aabab5515c297c954171eac17d4a7973b4f98987087e64eb應用本文光面爆破開挖技術能夠在爆破過程中集中作用力，減少爆破方案對隧道圍巖的擾動，降低爆破荷載對圍巖損傷的程度，為隧道爆破參數的調整與計算提供有力的數據支撐。

4 結束語

為提高地鐵隧道施工過程中的光面爆破開挖效果，本文以新建鐵路珠三角城際軌道交通廣佛環線廣州南站至白云機場段東環隧道工程為研究對象，開展地鐵隧道光面爆破開挖技術應用研究。

研究結果表明，應用文中設計技術可降低炸藥爆炸的起始數量，減小對炮眼眼壁巖體的影響。應用所提方法爆破波速始終控制在2cm/s以下，圍巖的損傷程度小于0.1mm/m，始終控制在標準范圍內，有效提高了隧道圍巖穩定性。

在今后的研究中，可根據隧道底部的地質條件，結合施工中的設計要求，對裂縫形態進行觀測。同時，需要對鉆鑿底板眼穩定與安全加以要求，以消除施工中有可能產生的誤差。要針對具體工程情況，對起爆參數進行調整，實現更安全的、更快速的施工。

參考文獻

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