晏家堡二号隧道光面爆破施工技术研究

晏家堡二号隧道光面爆破施工技术研究

崔步云张淮洲

中铁十八局集团有限公司天津津南区300222

摘要：结合黔张常铁路晏家堡二号隧道Ⅲ级围岩段光面爆破技术优化实例，系统介绍了隧道施工中光面爆破技术的控制要点、爆破参数的选择方法以及应用效果。为同类型隧道开挖施工提供了经验参照，具有一定的指导意义。

关键词：隧道光面爆破施工技术研究

ResearchonblastingconstructiontechnologyasfortunnelsmoothwallofYan-Jia-BaoNo.2tunnel

CuiBuYunZhangHuaiZhou

ChinaIron18BureauGroupco.LTD,Tianjin,JinnanDistrict,300222

Abstract:CombinedwithsmoothwallblastingconstructiontechnologyoptimizationexamplefromYan-Jia-BaoNo.2tunnelofQian-zhang-changrailwayproject,theselectionmethodandapplicationeffectofcontrolpointsandblastingparameterswereintroducedindetailasforsmoothblastingtechnologyintunnelconstruction.Meanwhile,therelativesuccessfulexperienceisprovidedforthesametypeoftunnelexcavationconstructionaswellascertainguidingsignificance.

Keywords:Tunnel;Smoothwallblasting;Constructiontechnology;Research

1、引言

光面爆破是控制开挖轮廓超欠挖和平整度的爆破技术。光面爆破是根据岩石岩性、产状和开挖断面大小，确定爆破深度、炸药类型、装药量、起爆顺序、装药结构、孔间距等技术参数的一种爆破方法，具有开挖进尺大、超欠挖控制理想的优点，光面爆破做不到位会产生超欠挖问题及安全质量隐患。目前贯通的晏家堡二号隧道在掘进过程中通过光面爆破施工技术的优化，取得了较好效果。

2、工程概况

新建黔江至张家界至常德铁路晏家堡二号隧道工程，位于湖南省龙山县与永顺县交界处，隧道全长7081米；隧道设有1座平导350m、1座斜井603m。其中隧道斜井小里程方向担负正洞2000米掘进任务，施工段围岩为粉砂岩夹砂质页岩，以中厚层状为主，节理较发育，岩体较完整，岩质较坚硬。

3、施工技术方法

3.1爆破设计

爆破设计的顺序为：分析岩性和隧道断面→确定最大炮孔深度和开挖进尺→炸药的选择→掏槽眼设计→周边眼设计→二圈眼设计→掘进眼设计→底板眼设计→各类孔药量分配→爆破网络设计→参数现场优化。

（1）岩性分析和开挖方式选择

晏家堡二号隧道斜井辅助正洞段主要是Ⅲ级围岩，岩石饱和抗压强度46≤Rc≤58Mpa，采用全断面开挖方式进行掘进。隧道断面宽13.1m，高11.03m，断面面积117.4m2，轮廓线周长39.3m。

(2)确定最大炮孔深度和开挖进尺

炮孔深度受开挖断面大小的约束，一般情况下，炮孔深度取隧道高度（或宽度）的0.5～0.7倍，取值按高度或宽度的小值计算，并考虑围岩级别和钻杆长度等影响因素。根据以上原则，现场确定掏槽眼钻孔深度为5.2m；周边眼和辅助眼共6排，依次钻眼深度为4m、4.2m、4.4m、4.6m、4.8m、5.0m，平均钻眼深度为4.5m；隧底仰拱及边墙部分共4排眼，自下而上，钻眼深度依次为4m、4.2m、4.4m、4.6m，平均钻眼深度为4.3m，一次开挖进尺3.8～4m。

（3）炸药的选择

影响爆破效果的主要因素有：炸药的安全性、猛度、爆速、爆力、炸药特阻抗与岩体特阻抗的匹配系数等。根据对炸药相关性能的比选及结合以前山岭隧道施工经验，并通过现场单孔爆破漏斗试验得出岩石破碎效果、炸药与岩石的匹配效果和爆破功大小，综合选定2号岩石乳化炸药。

（4）掏槽眼设计

根据现场施工情况，选用垂直楔形掏槽方式。在一定的地质条件下，楔形掏槽的效果又与炮眼与隧道的径向夹角、炮孔间距及掏槽的对数相关。掏槽眼较临近的辅助眼深20cm，当岩面层理明显时，应将掏槽孔尽量垂直层理布置，其掏槽参数见下表1。

表1楔形掏槽参数表

掏槽的对数与断面的宽度和岩石坚固程度相关，断面大，岩石坚固程度高，对数取大值，相反取小值。在本断面爆破设计中掏槽眼取1对，8排，共16个眼；炮眼夹角采用60°；掏槽眼间距为30cm。

（5）周边眼设计

①周边眼间距和孔数

周边眼间距经验公式为E=8d～18d（d为孔径），围岩情况好，取大值，相反，取小值，根据晏家堡二号隧道Ⅲ级围岩的情况，拱部周边眼取50cm，底眼间距取80cm；边墙部分范围内对周边眼进行加密，炮眼间距取40cm，确保边墙爆破效果。通过以上周边眼的布孔，周边眼个数N=24.6/0.5+5.56/0.4=63个。

②周边眼最小抵抗线

周边眼间距确定后，在Ⅲ级围岩下，按炮眼密集度公式m=E/W=0.7～1.0，可得最小抵抗线W=50～70cm。断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，取较大值，相反，取小值，岩石强度高取小值，相反取大值。根据晏家堡二号隧道Ⅲ级围岩的情况，最小抵抗线取50cm。

③周边眼不耦合系数

光面爆破周边孔采用不耦合装药。考虑爆破管道效应和爆破临界半径等因素，一般不耦合系数经验值为D=1.5～2.0。现场钻孔孔径为d=d杆+5mm=45mm，现场药卷直径为32mm，符合D=1.5～2.0的条件。

④周边孔装药结构

装药采用不耦合间隔装药结构，因间隔距离超过殉爆距离的原因，采用导爆索串联各药卷以加强传爆的稳定性，药卷采用φ32mm药卷，用绑竹片进行间隔装药。

⑤周边孔单孔药量

通过现场试验和施工经验数据，确定q=0.15～0.25kg/m，根据围岩情况取值范围见表2。

表2光面爆破参数表

注：1.Rc为单轴饱和抗压强度；2.孔间距随岩石强度或轮廓曲率半径变大，而增大；3.在本断面中，周边眼50cm，周边眼抵抗线50cm，装药集中度0.15kg/m。

（6）二圈眼设计

二圈眼爆破质量的好坏直接影响光面爆破的效果，二圈眼间距按不小于周边眼的抵抗线考虑。根据晏家堡二号隧道Ⅲ级围岩的情况，二圈眼炮眼间距取100cm,确保光面爆破效果。

（7）掘进眼

掘进眼布置主要是确定炮眼间距和最小抵抗线，炮眼间距和最小抵抗线大小的选取由岩石的坚硬程度和炮眼深度确定。抵抗线W与炮眼深度L的关系式为W=（0.2～0.5）L，在硬岩中，炮眼越深，取较少的系数，反之则取较大的系数。根据晏家堡二号隧道Ⅲ级围岩的情况,掘进眼（辅助眼）层间距控制在60cm，炮眼间距取60cm。

（8）底板眼

底板眼位于隧道仰拱底部开挖轮廓线上，孔间距一般为0.5～0.8m，根据晏家堡二号隧道Ⅲ级围岩的情况,底板眼间距取80cm。

（9）各类孔炸药分配

周边眼采用不耦合间隔装药结构，其余孔采用连续装药结构。各类孔装药量分配顺序为：掏槽孔→周边眼→二圈眼→掘进眼→底板眼。孔内炸药长度结合围岩情况、炮口封堵长度和孔所在位置，综合考虑各孔药量。结合现场实际情况，各类眼装药情况如下：

内轨顶面以上装药情况：掏槽眼单孔装药共9节，每节0.3kg，共2.7kg；周边眼单孔装药2节，共0.6kg，二圈眼单孔装药8节，共2.4kg；第三排掘进眼单孔装药7节，共2.1kg；第四排掘进眼单孔装药6节，共1.8kg；第五排掘进眼单孔药卷装药6节，共1.8kg；第六排掘进眼单孔装药6节，共1.8kg。

根据现场实际的爆破效果，并逐步调整，全断面各孔布置及药量布置见图3。

（10）起爆网路

隧道爆破开挖使用塑料导爆管非电起爆网络，起爆过程中严格控制孔内各段位的毫秒雷管段差，起到微差起爆的目的。网络连接一般采用复式连接法，即每个主干线上的塑料导爆管雷管采用双管并联与孔内的塑料导爆管连接。网路击发使用专用引爆器击发，激发传递过程为：专用引爆器激发→主干线上的导爆管→主干线的毫秒雷管→各个支线上的导爆管→各个支线上的雷管→引爆炸药，从而完成整个网络起爆。

起爆顺序为：掏槽眼→掘进眼→二圈眼→周边眼→底板眼。

3.2施工方法

（1）作业器具就位和测量放线

测量人员用全站仪和水准仪，确定出隧道中心线、拱顶面高程和拱脚高程；并在开挖轮廓线上用红油漆标示出周边眼和底板眼位置。

（2）布设孔位与钻孔作业

根据已绘制的开挖轮廓线标出周边眼炮眼位置，并利用中线和拱顶高程，用支距法画出掏槽眼和各排掘进眼的位置，其余眼由外向内按照爆破设计布置。孔位用红油漆标识，钻孔必须做到“准、平、直、齐”满足精度要求。

（3）清孔与孔位验收

验收前，用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净；逐孔检查孔深、孔的角度和孔间距，对不符合要求的孔须重钻，在验收的同时，根据掌子面的平整情况，局部修正装药量。

（4）爆破器材现场就位、装药与炮口堵塞

（5）网络连接与检查、警戒与起爆

（6）通风和排险

（7）光爆效果检查

由技术人员对残眼率、开挖轮廓圆滑度、开挖面平整度、爆破进尺、爆出的石块是否满足装砟要求以及超欠挖等参数进行检查，为优化爆破参数提供依据。

隧道施工应严格控制超挖，允许超挖值见下表3：

晏家堡二号隧道斜井小里程光爆效果见图2

6、结语

经统计，优化后光面爆破参数与原方案参数相比，一是Ⅲ级围岩炸药单方消耗量从原来平均0.82kg/m3，降低到0.62kg/m3；非电毫秒雷管单方消耗量较原来减少近1/3，降低成本近百万元；二是衬砌砼实际用量也减少约9%，仅斜井施工正洞小里程作业面，累计节约混凝土约0.61万m3，混凝土单方造价按350元计算，节约成本约210余万元；三是围岩应力分布更加均匀，更有利于围岩稳定，安全效应明显；四是光面爆破隧道轮廓更加光滑、平顺、美观。