豐寧隧道光面爆破應(yīng)用技術(shù)總結(jié)

陶 冶

0 引言

隧道開(kāi)挖施工采用光面爆破的施工工藝能夠保證隧道周邊圍巖的弧形平順度，提高隧道周邊圍巖的自拱穩(wěn)定性;同時(shí)，良好的光面爆破開(kāi)挖效果也可為隧道的初期支護(hù)與二次襯砌等各結(jié)構(gòu)層的厚度及厚度的均勻性提供保障，為減少隧道的施工病害和提高隧道的施工安全打下基礎(chǔ)。由于光面爆破使開(kāi)挖面平整，巖石無(wú)破碎，減少了裂隙，這樣可以大大減少超欠挖量，而且還很大程度的減少了支護(hù)的工作量，從而降低了成本，加快了施工進(jìn)度。

1 工程概述

張?zhí)畦F路豐寧隧道位于承德市豐寧縣城東南側(cè)，全長(zhǎng)為6 397m，為單洞雙線長(zhǎng)大隧道，隧道最大埋設(shè)409.6m。圍巖級(jí)別及巖性:Ⅱ級(jí)圍巖4 063m，二長(zhǎng)花崗巖，弱風(fēng)化，巖體完整，巨塊狀整體結(jié)構(gòu);Ⅲ級(jí)圍巖1 876m，二長(zhǎng)花崗巖，花崗閃長(zhǎng)巖，弱風(fēng)化，巖體較完整，節(jié)理較發(fā)育，呈塊狀結(jié)構(gòu);Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖458m，二長(zhǎng)花崗巖，強(qiáng)～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎石狀結(jié)構(gòu)，巖體較破碎，呈碎石狀結(jié)構(gòu)。Ⅲ級(jí)圍巖占29%，采用臺(tái)階法開(kāi)挖，錨、噴、格柵、網(wǎng)、初期支護(hù)、襯砌類(lèi)型為復(fù)合式。

2 光面爆破技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 光面爆破方案的確定

豐寧隧道Ⅲ級(jí)圍巖段圍巖節(jié)理較發(fā)育，呈塊狀結(jié)構(gòu)，兩臺(tái)階法開(kāi)挖施工。臺(tái)階斷面積S上=56.94m2;S下=50.97m2;掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺3.0m;鉆眼采用YT-28鑿巖機(jī);炸藥采用2號(hào)巖石硝銨炸藥，采用導(dǎo)爆索非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆。

2.2 光面爆破參數(shù)選定

大量的爆破實(shí)踐證明:不同巖石光面爆破效果通常與巖石最小抵抗線大小有關(guān)，在抵抗線(W)一定的條件下，眼距(E)大小直接影響光爆效果。此外，周邊眼同時(shí)起爆，采用較小的裝藥集中系數(shù)，合理的裝藥結(jié)構(gòu)也是消除爆震裂縫，保證光面爆破效果的重要條件。

2.2.1 掏槽方式的確定

豐寧隧道設(shè)計(jì)跨度大、凈空高，Ⅲ級(jí)圍巖段為兩臺(tái)階法爆破開(kāi)挖。沒(méi)有大自由面掏槽爆破是很難實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)以前積累的經(jīng)驗(yàn)最后確定雙楔形掏槽方式是該巖層爆破最佳的掏槽方式，掏槽的巖石在其掘進(jìn)空間拋出最遠(yuǎn)，在巖層爆破空間能形成較大的楔形臨空面，掏槽效果較好。圖1為掏槽眼布置示意圖。

圖1 掏槽眼布置示意圖（單位：cm）

2.2.2 最小抵抗線W(光爆層厚度)

最小抵抗線是影響光爆效果和爆碴塊度的主要因素。在豐寧隧道試爆實(shí)踐中，確定豐寧隧道的最小抵抗線為45cm～80cm。實(shí)際施工中，在這個(gè)范圍內(nèi)依據(jù)圍巖實(shí)際情況調(diào)整光爆層的厚度，取得了較好的爆破效果。

2.2.3 周邊眼間距E

Ⅲ級(jí)圍巖眼距選40cm～50cm比較合適。豐寧隧道節(jié)理裂隙較發(fā)育，爆破時(shí)裂縫方向多變不易形成完整的曲面。爆后通過(guò)觀察光爆成型情況，根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育特點(diǎn)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)周邊眼間距在45cm比較合適。

2.2.4 周邊眼密集系數(shù)K

周邊眼密集系數(shù)是周邊眼間距(E)與光爆層厚度(W)的比值，是影響爆破效果的重要因素。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn):K=E/W=0.8～1.0時(shí)，光爆效果達(dá)到了最佳狀態(tài)。周邊眼參數(shù)計(jì)算式:抵抗線W=(1.0 ～1.25)E;不耦合系數(shù) D=1.25 ～2.0;根據(jù)公式取 K=0.8 ～1，E=45cm;則 W=45cm ～55cm。

2.2.5 裝藥系數(shù)和周邊眼裝藥集中度

根據(jù)以往爆破積累的經(jīng)驗(yàn)，掏槽眼平均裝藥系數(shù)取α=0.85，輔助眼平均裝藥系數(shù)取α=0.83，周邊眼的平均裝藥系數(shù)取α=0.44，效果比較理想。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用計(jì)算法進(jìn)行校核，確定周邊眼裝藥集中度q=0.9 kg/m～0.15 kg/m。

2.2.6 炮眼眼數(shù)及眼深

該隧道巖石爆破選用2號(hào)巖石硝銨炸藥;臺(tái)階斷面積S上=56.94m2;S下=50.97m2;則炮眼個(gè)數(shù)為:

其中，炸藥單耗量Q=1.19 kg/m3;每孔裝藥密度γ=0.78 kg/m;α為裝藥系數(shù)。

進(jìn)尺L輔助眼=周邊眼=底板眼=3.0m，掏槽眼3.2m。

2.2.7 裝藥結(jié)構(gòu)

周邊眼采用空氣間隔裝藥，如下:1)底部1/2普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷(φ35)起爆;2)小直徑藥卷(φ25)空氣間隔裝藥。其他炮眼采用連續(xù)柱狀裝藥，起爆順序:掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼爆破順序，為保證起爆順序的精確性，毫秒雷管跳段使用。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.8 光面爆破參數(shù)的調(diào)整

在施工中分別對(duì)周邊眼間距為40cm～55cm、光爆層厚度及炮孔數(shù)量等進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，得出以下爆破技術(shù)參數(shù):

1)周邊眼間距E=0.45m;2)W=45cm;3)密集系數(shù)K=1;4)孔深L=3.0m;5)裝藥集中度q=0.11 kg/m;6)炮眼數(shù)量N:Ⅲ級(jí)圍巖上臺(tái)階炮眼總數(shù)選取104個(gè)，下臺(tái)階炮眼總數(shù)選取96個(gè)。

2.3 光爆施工控制要點(diǎn)

1)鉆孔作業(yè)。鉆孔時(shí)嚴(yán)格按規(guī)定作業(yè)，力求鉆孔方向、位置滿足設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確控制周邊眼外插角。掏槽眼:深度、角度設(shè)計(jì)施工，眼口間距誤差和眼底誤差不大于5cm。輔助眼:眼口排距、行距誤差不大于10cm。周邊眼眼口位置誤差不大于5cm，眼底誤差不得大于斷面輪廓線10cm。

2)裝藥作業(yè)。清孔干凈，裝藥符合設(shè)計(jì)要求，雷管使用準(zhǔn)確。當(dāng)開(kāi)挖面凹凸較大時(shí)，按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度(相應(yīng)調(diào)整裝藥量)，力求所有炮眼(除掏槽眼)眼底在同一平面上。所有炮眼裝藥后，用炮泥進(jìn)行堵塞，填塞長(zhǎng)度不小于30cm。

3)起爆作業(yè)。起爆前仔細(xì)檢查起爆網(wǎng)路;同一開(kāi)挖斷面上，起爆順序由內(nèi)向外逐層起爆;延發(fā)時(shí)間孔內(nèi)控制。

4)鉆爆效果檢驗(yàn)。每次掘進(jìn)爆破后，檢查記錄光爆效果，炮孔利用率，平均掘進(jìn)長(zhǎng)度，碴體的破碎程度，拋擲距離，圍巖的損壞程度等，作為不斷優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì)的依據(jù)。

5)控制超欠挖措施。采用一炮一分析，根據(jù)爆破震動(dòng)速度，炮痕保存率、裝藥量、殘眼深度及數(shù)量、拋碴距離、堆碴高度、巖碴塊度等多方面的測(cè)量和數(shù)據(jù)對(duì)比分析，選擇合理的鉆爆參數(shù)，不斷優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì)。

3 光面爆破的效果與經(jīng)濟(jì)效益

3.1 光爆效果

豐寧隧道目前Ⅲ級(jí)圍巖段已經(jīng)開(kāi)挖施工完畢，進(jìn)入到Ⅱ級(jí)圍巖段，隧道開(kāi)挖全部實(shí)行光面爆破，除開(kāi)始的試驗(yàn)段外，現(xiàn)已開(kāi)挖地段光爆效果良好，被列入業(yè)主的光爆觀摩工點(diǎn)。

1)爆破后半眼眼痕率達(dá)95%以上，兩茬炮重疊臺(tái)階最大尺寸10cm，超過(guò)欠挖量?jī)H為4%～7%左右，較非光面爆破的超欠挖量(15%～20%)低很多。

2)碴塊小且均勻，利于裝碴，節(jié)省裝運(yùn)時(shí)間。

3)減少支護(hù)投入，降低了工程成本。

4)巖面平整，應(yīng)分布均勻，圍巖變形量小，減少安全隱患。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

1)節(jié)省工序時(shí)間:

光爆施工鉆眼及裝藥延長(zhǎng)20min，清理危石或補(bǔ)炮縮短30min，初期支護(hù)縮短40min，裝碴及出碴縮短20min，初支表面平整，便于后續(xù)的掛土工布，防水板施工。

2)節(jié)省材料:

光面爆破比非光面爆破減少超挖量11%～13%，按現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)平均超挖值150cm，即每延米少開(kāi)挖約2.8m3，減少同標(biāo)號(hào)噴射混凝土回填量約2.8m3;同時(shí)也節(jié)省了火工品和因非光面爆破所造成的圍巖破碎所需鋼支撐、錨桿、鋼筋網(wǎng)等初期支護(hù)的工程量。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育的Ⅲ級(jí)圍巖臺(tái)階法施工中，光爆參數(shù)初選后再現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選定，施工中需不斷依據(jù)爆破效果進(jìn)行調(diào)整，不斷的完善。

2)光爆技術(shù)與綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合，可以采用工程類(lèi)比法和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法相結(jié)合選擇爆破參數(shù)，要不斷的總結(jié)。

3)光爆技術(shù)可以降低超挖、欠挖，減輕對(duì)圍巖的破壞、擾動(dòng)，減少支護(hù)工作量，而且能降低成本，加快施工。

[1]鐵路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所.鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)匯編——鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009:963-1090.

[2]張繼春.工程控制爆破[M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2001.

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