隧道软弱围岩控制爆破设计与施工

隧道软弱围岩控制爆破设计与施工

张贺李辉亮

张贺李辉亮（河北省建筑材料工业设计研究院）

摘要：以减小爆破产生的振动效应、减轻对软弱围岩的扰动为出发点，介绍软弱围岩的爆破设计方法与爆破参数的选定。

关键词：公路隧道软弱围岩爆破

0引言

在隧道和地下工程的修建过程中，经常会遇到强度低、易风化、破碎的软弱围岩(Rb<30ＭPa)。软弱围岩控制爆破设计的总体思路是拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破，核心部分采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破。尽可能小地减轻爆破对围岩的扰动，减轻振动强度，维护围岩自身的稳定性，使隧道轮廓成形良好。

1开挖方案的确定

1.1软弱围岩隧道的开挖，一般采用短台阶法，其方法是:洞身拱部超前3～5ｍ，以满足新奥法施工工作平台的需要；然后拱部与洞身的下半部同时爆破开挖。洞身开挖后，立即进行喷锚支护。

1.2在围岩极风化、破碎、松散的情况下，采用先打通拱部(开挖后马上予以支护)，然后进行下半部拉中槽、挖马口并予以支护。

2爆破方案的确定

2.1周边眼布置一般软岩拱部采用光面爆破。由于岩面的自重有助于周边眼最后起爆时岩面沿周边眼开裂，不仅保证了爆破效果，而且对降低周边眼的振动强度较为有利。下半断面采用预裂爆破，即首先沿周边轮廓形成的预裂缝，有利于保护围岩稳定。当围岩过于软弱，自稳时间很短时，周边眼均应采用预裂爆破。

2.2掏槽眼从隧道爆破开挖振动速度的观测中发现:掏槽爆破的振动强度比其它爆破的振动强度要大。因此在软弱围岩中爆破开挖从减小掏槽眼爆破的振动强度、维护围岩自身稳定为出发点，宜选用楔形掏槽。在雷管段数足够的条件下，掏槽部分的岩体应分部地进行爆破，保证掏槽效果良好，且使掏槽的单段药量减少，保证减振效果。

2.3爆破器材①炸药的选择软弱岩层的抗拉强度较低，声阻抗系数较小，在周边眼爆破时，为了充分发挥炸药的最大效率和减少对围岩的破坏，应选用低爆速炸药(如专用光爆炸药)。其它眼根据有无水的情况选用标准的硝铵炸药或防水炸药。②雷管的选择为满足大断面的爆破减振要求(段间隔时差的要求)，雷管应有足够的段数。隧道大断面爆破，要有1～15段雷管。

2.4段间隔差实测资料表明:在软弱围岩中爆破，振动频率较低。为避免振动强度的叠加作用，雷管应跳段使用。段间隔时差考虑控制在75～110ｍｓ范围内。

2.5循环进尺主要根据地质条件、进度安排等来考虑。在软弱围岩中，一般控制在08～15ｍ。

2.6底板眼的爆破底板眼的爆破，习惯做法是加大装药量，同时起爆，以达到翻碴的目的，便于出碴。但是，隧道爆破振动观测表明:爆破产生的振动效应，掏槽眼最大，其次是底板眼，从保护围岩的角度来看，这种做法显然不合理。将底板眼分成几个段依次起爆，减少了同时起爆的药量，从而可减小底板眼爆破产生的振动效应。

2.7起爆顺序光面爆破时，从掏槽眼开始，一层一层地从截面中心往外进行，最后是周边眼爆破。预裂爆破时，先周边预裂后掏槽，然后依次为扩槽眼、掘进眼、二台眼、内圈眼、底眼，布置雷管段号时应注意:①合理的段间隔时间。②同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量。③前一段的起爆要尽量为后段爆破创造良好的临空面。

2.8爆破参数的选定根据经验初步拟定爆破参数，再通过现场试验修正确定。①炮眼深L以循环进尺为眼深，掏槽眼加深10%～20%。②炮眼数目N可根据下式计算:Ｎ=ks/(nr)式中:k——单位炸药消耗量，kg/ｍ3；ｓ——开挖段面积，ｍ2；r——炸药的线装药密度，kg/ｍ；n——炮眼装药系数(取02～04)。③炮眼布置：先布置掏槽眼、周边眼，然后是底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼。内圈眼比掘进眼密一些，比周边眼稀一些，其间距为周边眼间距的15倍左右，抵抗线为间距的07倍左右，考虑到二台眼、底板眼爆破时负荷较大，其布置稀密应与内圈眼相似。周边眼参考经验计算式:间距:Ｅ=(8～12)ｄ(ｄ为炮眼直径)；抵抗线:Ｗ=(10～15)Ｅ；装药量集中度:ｑ=004～019ｋｇ/ｍ；④一次爆破总装药量的计算Ｑ=ksL式中:Ｌ——炮眼深度，ｍ。⑤单眼装药量的计算：a周边眼可参照光面爆破进行计算。b其它各部炮眼装药量:ｑ=kaＷＬλ式中:ａ——炮眼间距，ｍ；Ｗ——炮眼爆破方向的抵抗线，ｍ；λ——炮眼所在部位系数。⑥装药结构：a周边眼装药结构一般采用3种形式:比较破碎软弱的岩层采用双导爆线，如图1a所示；软岩类岩层，采用竹片、传爆线、小直径药卷间隔装药，底部药量适当加强，如图1b所示；较为完整的软弱岩层，采用专用小直径光爆炸药的连续装药结构，如图1c所示。上述装药结构均要求堵塞炮泥。b其它炮眼一般均采用连续装药结构，装药后要求将炮泥堵在与装药相接的部位，实践证明这种堵塞方法比堵在眼口效果好。

3爆破效果

爆破成形较好，线性超挖10～20cm，个别部位最大30cm(正断层泥坍引起)，没有欠挖。炮眼保存率拱部80%，边墙光面爆破炮眼保存率60%左右，采用预裂爆破可达80%(Ⅲ类围岩)，炮眼利用率90%以上。爆破岩碴抛掷距离在10～25ｍ，碴堆集中，块度适宜，便于装运。

4结束语

在软弱围岩的地质条件下进行大断面掘进，实践证明采用减轻地震动控制爆破技术，合理设计周边部位的钻眼、装药参数与装药结构，控制进尺，采用适宜的掏槽形式、钻爆参数和起爆顺序，保证良好的成型及时支护，施工作业较安全。同时软弱围岩的减振措施和爆破控制技术还需不断地发展，应用时应慎重，要通过现场试验，修正参数以确定爆破实施方案。

参考文献：

[1]交通部《公路隧道施工技术规范》.北京.人民交通出版社.1994.