太焦铁路水平岩层大断面隧道爆破施工技术

太焦铁路水平岩层大断面隧道爆破施工技术

于少柏

中铁一局集团第二工程有限公司山西长治046300

摘要：结合现场实际施工情况，本文讨论了如何解决水平层大跨隧道建设中的过剩和不充分的爆破开挖问题，以及如何提高长跨隧道开挖速度。“岩石的变化和爆破设计的变化”这一想法产生的效果，降低成本。

关键词：隧道；水平岩层；爆破开挖；超欠挖；掘进速度

1、工程概况

由中铁一局承建施工的武乡隧道地处山西武乡县，属于中低山丘陵区，沟谷发育，地势起伏较大；线路全长9024m，隧道最大埋深172.19m，最高海拔1196.94m，最低海拔986m，相对高差约210.94m，开挖最大跨度14.28m，开挖断面平均130m3/延米，设计行车速度250km/h，为双线隧道，属于大断面铁路隧道。

工期紧张：有效工期仅30个月，且出口段按施组需掘进2500米。由于本段隧道位于太行山新华夏系武乡褶断带，经过南北构造和新华夏构造体的复合作用，构造比较复杂，构造类型和形式也较多样。主要构造：a.青山岭断层，走向N30°E，倾向NW倾角78°,；b.五里坡断层，走向N30°E，倾向SE倾角87°；c.南庄断层，走向N30°E，倾向NW倾角86°。物探推断六条断层。施工过程中易形成坍塌、掉块现象，稳定性较差，易出现超挖，施工过程中开挖大部分超挖大于15cm，局部超挖高达50cm，施工难度大，技术要求高，不能满足质量要求，超挖现象严重，回填耗资大，支护时间长，严重制约施工进度。

2、控制开挖爆破设计

为了控制掘进过程中的超挖现象，降低建设成本，加快爆破施工过程中的建设进度，在爆破设计过程中，掘进台车的设计尺寸、人员配置以及滚动和气枪、爆破眼的间隔和深度，以及药卷量的控制：

1）钻爆台车采用3层结构设计，台车轮距满足运输车辆净宽及净高要求；

2)钻爆台车上布置足够数量的气腿式钻机，尽量缩减钻机的钻孔的单个数量及钻进的长度。

3)增加中间部位掏槽眼的数量，加大掏槽和掏槽面积，缩小周边眼的间距；

4)严格控制钻孔的钻进角度。

5）隧地质不同变化相应微调爆破方案，采取“岩变我变”的指导思路。

3、钻爆施工

3.1、钻爆台车的设计及人员风枪的合理布置

钻爆台车的设计涉及到施工人员能否严格按照设计的孔位、角度进行钻孔，所以至关重要，经过现场了解跟踪调查以及断面尺寸，仔细计算得出钻爆台车的合理设计尺寸：钻爆台车轮距设计在5.8米，底架设计高度2.0米，二架设计高度2.0米，顶层平台上设置一个宽度2.0米的小平台，小平台高度0.25，防止因施工人员身高问题而影响拱顶周边眼钻进角度；在此钻爆台车上可同时容纳15台钻机施工，台架就位后，人员在多个部位消除风险，连接风水管道，互不影响。在钻孔过程中钻爆台车顶部开挖平台的高度应在特定高度范围内控制。高度太高会增加周围钻孔的角度，并增加过度分解。如果太小，挖掘人员就不能正常工作，会影响钻井进度。一般来说，应该控制它1.8米~2.0米为宜。台车主桁架采用Ⅰ18型工字钢焊接而成，刚度满足要求，平台采用条形网片满铺（网片采用Φ18螺纹钢焊接而成），钻爆台车采用轮胎式，方便快速移动。台车上接入水、电、风，方便施工。钻爆台车结构示意图见下图：

3.2掏槽、爆破方案及爆破参数的选择确定

3.2.1掏槽技术与爆破方案

1)采用从左、右、上3个方向切割的大型断面斜切掏槽技术。切削掏槽面积为22m2，数量为33，孔的深度为6m，倾斜角为65度，数量约为35m3。切削领域，小夹紧力，成功率高，爆破的时间、药量、开挖速度均有较大提升。2)使用周边孔的间隔e=50cm，周边孔的抵抗线w=60cm，乳化炸药和导爆索混合使用，提高爆破效果。

3.2.2炮眼布置、装药结构

3.2.2炮眼布置、装药结构

掏槽眼总布置数33个。炮眼深度为600cm,每孔装药12~14卷，可以完成大面积、大深度掏槽，确保后续爆破顺利进行。周边眼间距50cm，炮眼数量为44个，每孔装药数量为4卷，孔底3卷，距孔口约1米处1卷，防止挂口形成欠挖，确保开挖周边轮廓圆顺。辅助眼布置间距为80cm，根据毫秒雷管段位不同，每孔装药在8~10卷不等，确保爆破后爆渣的大小宜装车宜运输。根据围岩的整体性和破碎性、稳定性情况及爆破后的轮廓超欠，爆渣大小，动态调整炮眼布置间距，装药数量及钻杆长度，周边钻杆与围岩的夹角，保证开挖质量，严格控制超欠，提高爆破效果。

3.3通风优化

随着隧道进尺的加深，洞内空气质量越来越差，特别是在从高高度到低高度不容易排出烟的上坡路的隧道中，施工的效率受到很大的影响。由于隧道内的烟的排气不顺畅，隧道内的视野大幅度减少，导致出渣车行车速度降低，影响出渣效率，进而影响进度，同时由于能见度低，安全无法保证，发生事故的几率就会增大，影响安全。且每次立架之前需要对拱架进行定位测量，由于洞内空气质量差，无法保证测量的准确性，只有掌子面停止一切工作，保证通风，每次都要等1h到1.5h不等，增加了每个循环的循环时间，工作效率大大降低。因此将原有的通风进行优化，增加一台132的通风机，风带直径1.8m，采用接力通风的方式，即一台通风机在洞口位置从里面吸出浊气，一台通风机在距掌子面300m的位置处向掌子面压入新鲜空气，增加洞内空气的流动性，同时在地表适宜位置设置竖向通风井，提高洞内空气循环，提高洞内空气质量。

4.1水压爆破

水压爆破是利用水的不可压缩性，能量传播损失小。炸药爆炸瞬间水传播冲击波到容器壁使其位移，并产生反射作用形成二次加载，加剧容器壁的破坏,遂使容器均匀解体破碎。

4.1.1.水压爆破的炮孔装药结构

周边眼：采用空气间隔、不耦合装药，采用导爆索起爆，将导爆索插入空底药卷内，炸药均匀分布装入炮孔内。为克服底部炮眼的阻力，一般将底部药量稍微加大。在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水袋，并在装药结束后再装入2节水袋，再进行炮泥堵塞。

掏槽眼：掏槽眼采用斜眼掏槽，与开挖面间的夹角α=70°左右。采用连续耦合装药，雷管埋入孔底药卷，聚能穴朝孔口方向。在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水袋，并在装药结束后再装入4节水袋，再进行炮泥堵塞。

辅助眼、底板眼：采用连续耦合装药，雷管埋入孔底药卷，聚能穴朝孔口方向。在装药前先在炮眼孔底装入长约20cm的一节水袋，并在装药结束后再装入3节水袋，再进行炮泥堵塞。

此法简便易行，效果良好。同时水压爆破水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎，炮眼中有水可以起到雾化降尘作用，大大降低了爆破后的粉尘，进一步减小了洞内爆破后出渣人员及设备的等候时间，提高了施工效率。

长大隧道的掘进速度与隧道内出渣设备的合理安排是密不可分的，提高出渣速度，就要在设备配置上下功夫，根据现场实际情况和矿渣卸料的距离，250型侧车削装载机和1台挖掘机配置在隧道面，为了确保矿渣的装载速度，2个装载机的1个左右配置在矿渣卸料的旁边，特别的人指示矿渣装载，同时利用间隙，挖掘机可以对堆积较实的渣体进行处理，利于装渣。出渣车的数量及容量的布置以装载机在掌子面装渣不闲置为宜，根据现场渣量及运距等实际情况，配置6台5.8m箱长的出渣车可以满足现场施工，随着施工进度随时调整出渣车数量，以最大限度的提高出渣效率为宜。

5结语

1）钻爆台车尺寸的合理设计及开挖人员、挖掘装备的合理配置，提高了挖掘结构的工作效率，使循环视频达到每循环4.5米，大大提高了开挖速度，确保工期按节点实现。2）通过严格贯彻“岩变我变”的思想，针对不同的围岩条件及地质断层，对掏槽、爆破方案及爆破参数进行动态的、合理的优化，有效控制了大断面隧道的超欠挖问题。3）通过优化隧道内通风排烟问题以及水压爆破的应用，大大减少了洞内排烟时间，提高了隧道内空气质量，降低了隧道内运行安全隐患，缩短了过程循环时间，增加了循环次数，大大提高了功效，在保证质量及安全的情况下，加快了开挖速度，保证了施工工期。