水平巖層大斷面隧道光面爆破施工技術(shù)

穆 君

1 工程概況

某隧道進(jìn)口和出口均位于洛河左岸基巖裸露的斜坡地帶，隧道洞身最小埋深約200 m。地面高程一般為830 m～1 050 m，相對高差約150 m～220 m。塬頂平坦開闊，高程一般為1 000 m～1 050 m，進(jìn)出口沖溝為常年流水。隧道長5 166 m，設(shè)計行車速度200 km/h，為雙線隧道，開挖最大跨度14.02 m，開挖斷面方量平均為129.46 m3/延米，屬于大斷面鐵路隧道。

工期短:僅有17個月。由于本段隧道地處巖層較破碎的薄層、中厚層頁巖夾砂巖地帶，地質(zhì)條件不好，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查得知:施工過程中開挖大部分超挖大于15 cm，局部超挖高達(dá)50 cm，這顯然不能滿足要求。開挖跨度大，最大跨度高達(dá)14.02 m，隧道內(nèi)巖石裂隙、節(jié)理較發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，穩(wěn)定性較差;施工難度大，技術(shù)要求高。以往的傳統(tǒng)施工方法比較落后，不能滿足質(zhì)量要求。超挖現(xiàn)象嚴(yán)重，回填耗資大、支護(hù)時間長，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。

2 光爆設(shè)計

為了防止掘進(jìn)中的嚴(yán)重超欠挖問題，提高掘進(jìn)速度，在光爆設(shè)計中考慮了鉆孔臺車的尺寸設(shè)計、臺車上人員以及風(fēng)槍的布置、炮眼的間距、深度以及裝藥量的控制，采取了如下措施:

1)鉆孔臺車采用4層結(jié)構(gòu)設(shè)計，臺車輪距滿足運(yùn)輸車輛的凈寬及凈高要求;2)鉆孔臺車上布置足夠數(shù)量的鉆機(jī)，盡量減少每臺鉆機(jī)的鉆孔數(shù)量和鉆進(jìn)長度;3)增加掏槽眼的數(shù)量，加大掏槽深度和掏槽面積，縮小周邊眼的間距;4)嚴(yán)格控制鉆桿的鉆進(jìn)角度，控制超欠挖;5)隨地質(zhì)不同變化相應(yīng)調(diào)整光爆方案。鉆孔臺架結(jié)構(gòu)及風(fēng)鉆布置圖見圖1。

3 鉆爆施工

3.1 鉆孔臺車的合理設(shè)計、人員風(fēng)槍的合理布置

鉆孔臺車的設(shè)計至關(guān)重要，經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤觀察，仔細(xì)計算得出鉆孔臺車的合理設(shè)計尺寸:臺車輪距設(shè)計在3.5 m，底架設(shè)計高度1.8 m，二架與三架設(shè)計高度2 m，三架距頂層開挖平臺設(shè)計為0.7 m。在此鉆孔臺車上可同時23臺鉆機(jī)鉆進(jìn)，臺架就位后，操作人員可在各個不同部位排險、接風(fēng)水管，互不影響。鉆孔臺車頂層開挖平臺距開挖拱頂?shù)母叨纫惨刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，過高則周邊眼角度會增大，增大超挖;過小則操作人員無法直立正常操作，影響鉆孔進(jìn)度，一般控制在1.5 m～1.8 m為宜。

3.2 掏槽、爆破方案及爆破參數(shù)的選擇確定

3.2.1 掏槽技術(shù)與爆破方案

1)采用大斷面錐形掏槽技術(shù)，從左、右、上三個方向掏槽，掏槽面積24 m2，掏槽眼總數(shù)37個，掏槽眼傾角與隧道軸線成60°角，掏槽眼凈深 3.8 m，掏槽體積 30 m3左右。掏槽面積大，夾制力小，成功率高，鉆爆時間少、速度快、藥量節(jié)約。2)周邊眼間距E=50 cm，周邊眼抵抗線W=60 cm，周邊眼間隔裝藥，巖石炸藥與乳化炸藥混裝，周邊眼無須綁扎在竹片上，可直接裝入。

3.2.2 炮眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽眼總布置數(shù)量為37個，炮眼深度為430 cm，每孔裝藥數(shù)為11，10，9，10卷，可以完成大面積，大深度掏槽，確保后續(xù)爆破的順利進(jìn)行。周邊眼間距50 cm，炮眼數(shù)量為50個，每孔裝藥數(shù)量為3卷，確保開挖周邊輪廓圓順，無大的超欠。輔助眼布置間距為 80 cm，總量為52個，根據(jù)雷管段數(shù)不同，每孔裝藥量在8卷～10卷不等，確保爆破后石塊的大小，宜裝車宜運(yùn)輸。根據(jù)圍巖的整體性和破碎性、穩(wěn)定性情況，及爆破后的輪廓超欠，石塊大小，及時調(diào)整炮眼布置間距，裝藥數(shù)量及鉆桿長度，周邊鉆桿與圍巖的夾角，保證開挖質(zhì)量，嚴(yán)格控制超欠，提高光爆效果(炮眼布置圖見圖2，圖3)。

3.3 通風(fēng)排煙及出碴設(shè)備的合理安排

長大隧道的通風(fēng)排煙問題如果解決不妥的話會影響到安全及進(jìn)度，尤其是隧道內(nèi)坡度為上坡的話，煙從標(biāo)高高處向標(biāo)高低處排，更是不易解決。通風(fēng)不好，隧道內(nèi)能見度大大降低，大大降低了出碴車在洞內(nèi)的行進(jìn)速度，影響出碴速率，進(jìn)而影響進(jìn)度，同時由于能見度低，發(fā)生事故的幾率就會增大，影響安全。在每次洞內(nèi)需要測量的2 h～3 h之前，掌子面就停止一切工作，保證通風(fēng)，為測量提供一個好的環(huán)境，這樣就增加了每個循環(huán)的工作時間，工作效率大大降低。在長大隧道上坡洞的通風(fēng)中，我們采取風(fēng)機(jī)接力的方式進(jìn)行通風(fēng)，即兩臺110的風(fēng)機(jī)在洞口位置從里面吸出濁氣，一臺110的風(fēng)機(jī)在洞內(nèi)離掌子面400 m范圍內(nèi)向掌子面壓入空氣，增加洞內(nèi)空氣流動，提高空氣質(zhì)量。

長大隧道的掘進(jìn)速度與隧道內(nèi)出碴設(shè)備的合理安排是密不可分的，在掌子面內(nèi)布置兩臺側(cè)翻裝載機(jī)和一臺隨用隨到的挖掘機(jī)可以保證裝碴速度，兩臺裝載機(jī)一左一右布置在出碴車旁邊，在裝碴過程中或碴堆積較實(shí)處可以用挖掘機(jī)扒開，利于裝車。出碴車數(shù)量的布置以裝載機(jī)在掌子面裝碴不閑置為宜，單口掘進(jìn)2 000 m之內(nèi)的配置5臺出碴車，出碴車數(shù)量的安排可以隨洞內(nèi)路面的平整度和洞內(nèi)的車況進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p。

4 結(jié)語

1)鉆孔臺車尺寸的合理設(shè)計及操作人員、鉆機(jī)的合理布置，提高了掌子面的工作效率，增大了每循環(huán)的開挖進(jìn)尺，大大提高了掘進(jìn)速度，保證了工期。2)通過貫徹“巖變我變”的思想，針對不同的圍巖類型和地質(zhì)條件，對掏槽、爆破方案及爆破參數(shù)進(jìn)行合理的選擇確定，有效控制了大斷面隧道的超欠。3)通過解決長大隧道的通風(fēng)排煙問題，大大減少了測量時間，減少了洞內(nèi)的安全隱患，縮短了循環(huán)時間，增加了同時段內(nèi)的開挖次數(shù)，提高了工作效率，在保證工程質(zhì)量，人員設(shè)備安全的同時加快了掘進(jìn)速度。

[1] 楊新江.關(guān)嶺隧道全斷面開挖光面爆破施工技術(shù)[J].山西建筑，2008，34(17):329-330.