銅鑼山隧道全斷面開挖法鉆爆設(shè)計(jì)

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，重慶 400700)

1 工程概況

重慶軌道交通六號(hào)線二期工程銅鑼山隧道位于重慶市南岸區(qū)，隧道進(jìn)洞口在南岸區(qū)竹林灣附近，線路出劉家坪高架站后以隧道形式穿越銅鑼山向上新街車站延伸，與軌道交通六號(hào)線一期工程起點(diǎn)相接。

隧道起點(diǎn)里程YDK5+825，鉆爆法開挖段里程為YDK8+561，終點(diǎn)里程為 YDK11+458．373，全長鉆爆法施工長度為2 897．373 m，隧道最大埋深371 m，最小埋深50 m。洞身線路先以28‰的下坡入洞，隨后是4‰的上坡及18．296‰的下坡。

2 鉆爆設(shè)計(jì)

開挖施工中嚴(yán)格堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”的原則進(jìn)行開挖施工。

根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)和施工條件，敞開段暗挖隧道采用光面爆破開挖。

2．1 爆破參數(shù)的選擇

采用理論計(jì)算方法、工程類比法與現(xiàn)場試爆相結(jié)合的辦法確定爆破參數(shù)，提高隧道開挖成型質(zhì)量和施工進(jìn)度，但要保證各項(xiàng)參數(shù)符合安全生產(chǎn)的規(guī)定。

光面爆破參數(shù)見表1。

1)隧道開挖爆破參數(shù)的選擇如表2所示。裝藥量設(shè)計(jì)如表3所示。

2)炮眼計(jì)算及布置。炮眼按藥卷裝填逐節(jié)密貼不加搗實(shí)估算炮眼數(shù)目公式如下:

其中，N為炮眼數(shù)目，個(gè);q為單位炸藥消耗量，kg/m3;S為導(dǎo)坑斷面積，m2;r為藥卷每米重量;a為裝填系數(shù);K為炮眼富余系數(shù)。

炮眼布置圖見圖1。

3)光面爆破效果檢查。殘留炮孔痕跡應(yīng)在開挖輪廓面上均勻分布。炮孔痕跡保存率:完整巖石在80%以上，完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎的巖石不少于20%。

表1 光面爆破參數(shù)參考表

表2 隧道開挖爆破參數(shù)選取表

圖1 全斷面開挖炮眼布置圖

2．2 炮眼布置

按淺密原則對(duì)炮眼進(jìn)行布置，要使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破體中，就要控制單眼的裝藥量，同時(shí)還要采取一定的措施降低爆破時(shí)的震動(dòng)強(qiáng)度，這時(shí)最有效的方法就是采用非電毫秒雷管不對(duì)稱起爆網(wǎng)絡(luò)。

2．3 爆破控制

借助于經(jīng)驗(yàn)公式:Qm=R3(Vkp/K)3/a，設(shè)計(jì)以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)波速度限值1．5 cm/s作為控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行爆破控制。其中，R為安全控制半徑，是指地面建筑物基礎(chǔ)底部至爆源中心的距離。

表3 全斷面爆破裝藥參數(shù)表

2．4 爆破監(jiān)測

地面洞內(nèi)均需配合爆破震動(dòng)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，達(dá)到爆破要求。

2．5 爆破器材的選擇

根據(jù)微震爆破的特點(diǎn)，選用乳化炸藥。雷管:孔外采用電雷管起爆，連接件及孔內(nèi)均采用非電毫秒微差雷管(1段～17段)。導(dǎo)火索及導(dǎo)爆索:電雷管引爆，周邊炮眼間隔裝藥采用傳爆線傳爆。

2．6 Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖爆破參數(shù)確定

1)炮眼深度L。

本爆破設(shè)計(jì)的炮眼深度主要受爆破地震動(dòng)強(qiáng)度控制，設(shè)計(jì)炮眼深度根據(jù)爆破部位不同進(jìn)行調(diào)整。

2)炮眼數(shù)目N。

本爆破設(shè)計(jì)炮眼直徑采用φ42 mm。Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖炮眼數(shù)目確定為128個(gè)。

3)炮眼布置。

a．周邊炮眼。采用經(jīng)驗(yàn)公式和工程類比法確定。間距:E=(8～12)d(d為炮眼直徑)，設(shè)計(jì)為隔孔裝藥，炮眼直徑42 mm。本區(qū)間Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖(鉆爆段)周邊眼間距確定為45 cm～50 cm，均能滿足E值及W值要求。抵抗線:W=(1．0～1．5)E。類似工程地質(zhì)的裝藥集中度:q=0．1 kg/m～0．15 kg/m，根據(jù)本區(qū)間圍巖級(jí)別情況，Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖裝藥集中度確定為0．15 kg/m。

b．掏槽眼。一般情況下，掏槽爆破的震動(dòng)強(qiáng)度比其他部位炮眼爆破時(shí)的震動(dòng)強(qiáng)度都要大，而所有的形式中，楔形掏槽的震動(dòng)強(qiáng)度最小。因此，從掏槽效果及減小震動(dòng)強(qiáng)度等方面綜合考慮，本爆破設(shè)計(jì)采用空眼三層復(fù)楔形混合掏槽。

c．掘進(jìn)炮眼。當(dāng)炮眼直徑在35 mm～42 mm的范圍內(nèi)時(shí)，抵抗線W與炮眼深度有如下關(guān)系式:W=(15～25)d或W=(0．3～0．6)L，根據(jù)以上關(guān)系式，本區(qū)間Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖(鉆爆段)抵抗線間距確定為0．85 m，能夠滿足W值要求。

2．7 開挖爆破設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

1)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析。

隧道爆破施工:根據(jù)爆破震動(dòng)及監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保既有隧道結(jié)構(gòu)安全，可以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)及施工機(jī)械設(shè)備安全。對(duì)于硬巖地段爆破采用分兩部進(jìn)行，這樣可大大降低最大段裝藥量，減輕爆破震動(dòng)影響，同時(shí)確保隧道開挖超欠挖在允許范圍之內(nèi)。

2)藥包參數(shù)確定。

孔深確定:L=0．3D ～0．5D，Ⅲ，Ⅳ級(jí)取 2．5 m。周邊光爆孔或預(yù)裂孔孔網(wǎng)確定:根據(jù) a/w=0．8～1．0原則確定，一般 a=40 cm～60 cm，Ⅲ，Ⅳ級(jí)取45 cm～50 cm;w=50 cm～80 cm。

3)線裝藥密度確定。

依據(jù)區(qū)間設(shè)計(jì)圍巖情況，本段Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖線裝藥密度q取0．19 kg/m。施工時(shí)若圍巖變化較大，可適當(dāng)增加或減少q值。

4)掘進(jìn)孔孔網(wǎng)參數(shù)確定。

掘進(jìn)孔孔網(wǎng)根據(jù)單孔裝藥量負(fù)擔(dān)面積確定:

其中，Q單為單孔裝藥量;q為單耗;l為孔深;a為孔距;w為抵抗線;S為炮孔負(fù)擔(dān)面積。

5)單耗確定。

單耗根據(jù)類似經(jīng)驗(yàn)確定，Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖周邊眼取0．15 kg/m。斷面開挖取 0．9 kg/m3～1．5 kg/m3。

6)起爆順序和延期時(shí)間。

起爆順序:掏槽孔→輔助眼→周邊孔;延期時(shí)間:一般掏槽孔段間延時(shí)差為50 ms～75 ms，確保拋碴2 m。

2．8 合理段間隔時(shí)間的選擇

根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料表明，后段的起爆應(yīng)在前段爆破卸載后開始，即每段起爆的間隔時(shí)間應(yīng)大于巖石從炸藥爆轟到開始移動(dòng)這一段時(shí)間。

但是，每段起爆間隔不宜太長，試驗(yàn)結(jié)果表明，掏槽爆破段時(shí)間間隔以50 ms～75 ms為宜，后續(xù)炮眼的間隔段時(shí)間受爆破器材條件限制，只能逐段進(jìn)行安排。

2．9 爆破有害效應(yīng)驗(yàn)算

由于爆破過程中部分炸藥能量轉(zhuǎn)化為地震波，同時(shí)產(chǎn)生一定飛石、沖擊波，影響建筑物、機(jī)械設(shè)備及生命財(cái)產(chǎn)的安全，務(wù)必對(duì)其安全情況進(jìn)行校驗(yàn)，采取嚴(yán)格的防范措施加以保護(hù)確定爆破安全。

1)地震效應(yīng)計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算本工程最大段裝藥量為19．8 kg，即 Qmax=19．8 kg。V⊥=k×(Q1/3/R)a，取 k(地震系數(shù))=150，a=1．6(衰減系數(shù)一般取 1．5 ～ 1．8)，R=50 m 時(shí)，V⊥=150 × (19．81/3/50)1．6=1．41 cm/s≤1．5 cm/s(設(shè)計(jì)要求不得高于 1．5 cm/s)。

表4為不同距離范圍內(nèi)震動(dòng)指標(biāo)，可據(jù)此進(jìn)行安全防范。

表4 不同距離范圍內(nèi)震動(dòng)指標(biāo)

從表4可以看出，對(duì)于本工程爆破作業(yè)爆破半徑大于50 m，均在安全要求范圍內(nèi)，當(dāng)爆破半徑小于50 m內(nèi)有建筑物時(shí)，采用小進(jìn)尺(循環(huán)進(jìn)尺1 m)降低最大段用藥量，保證震動(dòng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

2)爆破沖擊波超壓的影響。

由于隧道施工方向?yàn)樗?，而隧道洞室爆破均在地下，因此爆破時(shí)對(duì)洞口周圍建筑不會(huì)造成影響。

3 結(jié)語

通過此鉆爆設(shè)計(jì)開挖有效解決了常規(guī)爆破最大段裝藥量過大問題，避免垂直震速超過設(shè)計(jì)值(1．5 cm/s)，既保證周邊建筑物、機(jī)械設(shè)備及生命財(cái)產(chǎn)的安全，又保證工程進(jìn)度。

［1］王 偉，程 鵬，楊慧琳．西山隧道洞身開挖爆破設(shè)計(jì)方案［J］．山西建筑，2010，36(29):327-328．