大掏槽光面爆破技術(shù)在云中山隧道中的應用

韓興文

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000）

云中山特長隧道起訖里程左線LK41+475～LK47+040，全長5 565 m，右線RK41+455～RK47+030，全長5 575 m。隧道內(nèi)輪廓采用單心圓斷面，其內(nèi)輪廓寬11.06m，高7.15m（帶仰拱高8.65m）。人行橫洞內(nèi)輪廓采用直墻拱形斷面，其內(nèi)輪廓寬2.5 m，高3 m。車行橫洞橫斷面采用三心圓曲墻斷面，其內(nèi)輪廓寬5.64m，高6.3m。緊急停車帶橫斷面內(nèi)輪廓采用三心圓曲墻斷面，其內(nèi)輪廓寬13.81 m，高7.72 m（帶仰拱高9.78 m）。

1 爆破工程地質(zhì)

隧址區(qū)分布的地層主要為：下元古界的云中河組花崗巖及元古代侵入巖體，巖性為微風化花崗閃長巖和輝長巖；巖體受構(gòu)造影響嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理多閉合。其中，Ⅳ圍巖Rb=35MPa，C=6 MPa；Ⅴ圍巖 Rb=70 MPa，C=10 MPa。巖體較破碎,呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)。巖石可鉆性中難，巖石爆破為脆性破壞，巖石可爆性能中等。Ⅳ、Ⅴ圍巖開挖占整個隧道圍巖開挖的80%以上。Ⅳ圍巖開挖寬度11.94 m，開挖面積83.55 m2，Ⅴ圍巖開挖寬度11.76 m，開挖面積80.22 m2。

2 爆破開挖方案

Ⅴ類圍巖采用上部留核心土臺階開挖法，Ⅳ類圍巖采用臺階法開挖，Ⅳ、Ⅴ類圍巖多功能移動作業(yè)臺架，人工鉆爆大掏槽光面爆破全斷面法開挖，裝載機裝碴，自卸汽車運輸施工。多功能作業(yè)臺架門架必須有足夠的高度和寬度保證裝載機、自卸汽車安全從下穿行作業(yè)。文章重點介紹Ⅳ、Ⅴ類圍巖爆破施工方案。

3 光面爆破設(shè)計

3.1 光面爆破設(shè)計方案確定

根據(jù)多功能作業(yè)臺架必須保證裝載機、自卸汽車安全穿行，臺架門架內(nèi)設(shè)計寬度5.4 m，高4.7 m范圍沒有作業(yè)平臺，按常規(guī)掏槽光面爆破設(shè)計，增加臺架門架內(nèi)鉆孔難度，不能保證成孔質(zhì)量，影響爆破效果，如果在臺架門架內(nèi)搭建臨時作業(yè)平臺保證開挖質(zhì)量，不僅增加了搭建、拆除臨時作業(yè)平臺工作量，施工工序時間也相應增加。根據(jù)本隧道巖石爆破為脆性破壞，巖石可爆性能中等及作業(yè)臺架的特點，采用下底寬度6.5 m，上底寬3.6 m，高度4.0 m的面積為20 m2核心大掏槽光面爆破，采用減少鉆孔操作困難區(qū)炮眼數(shù)量增大裝藥量，增加周邊眼及輔助眼數(shù)量減小裝藥量，提高光面爆破效果和隧道開挖成型質(zhì)量。多功能作業(yè)臺架見圖1。

3.2 炮眼布置

3.2.1 掏槽眼

采用復式楔形掏槽，掏槽眼內(nèi)插角均為600，長度4.3 m，炮孔直徑42 mm，炮眼深度3.7 m。下部設(shè)3排，排間距分別為30 cm、60 cm，每排炮眼間距40 cm，上部設(shè)1個排眼，炮眼間距120 cm。為保證掏槽效果，掏槽眼相臨炮眼段別間隔以50 ms～75 ms為宜，掏槽形式布置見圖2。

圖2 掏槽眼布置圖

3.2.2 掘進眼

（1）輔助眼：根據(jù)核心大掏槽布眼要求，上部掏槽眼和兩側(cè)掏槽眼內(nèi)插角度均為600，如果按常規(guī)施工方法平行隧道中線打掘進眼，掘進眼眼底的抵抗線可達230 cm以上，很難取得理想爆破效果。因此必須采取減小臨近掏槽區(qū)掘進眼抵抗線，增大裝藥量才能提高炮眼利用率，才能取得良好的爆破效果。為此在掏槽區(qū)中下部增設(shè)一排輔助掏槽眼，炮眼間距110 cm，抵抗線50 cm，其中兩側(cè)掘進眼內(nèi)插角度150。從而使兩側(cè)掘進眼底抵抗線減小至160 cm，炮孔直徑42 mm，炮孔深度3.8 m。

（2）二圈眼：炮眼間距120 cm，上部和兩側(cè)掘進眼下部抵抗線110 cm，為克服下部爆破的夾制作用，可減小下部掘進眼抵抗線，同時加大二圈眼的裝藥量，保證循環(huán)進尺，為此下部掘進眼抵抗線取82 cm，炮孔直徑42 mm，炮孔深度3.7 m。

（3）內(nèi)圈眼：因周邊眼抵抗線為60 cm，如果內(nèi)圈眼裝藥量過大，內(nèi)圈眼起爆后產(chǎn)生的爆破沖擊和震動可能對周邊眼附近巖壁造成較大的破壞，影響隧道成型和圍巖穩(wěn)定。在減小內(nèi)圈眼抵抗線的同時，適當減小內(nèi)圈眼裝藥量，并將內(nèi)圈眼內(nèi)插角度調(diào)整為7.50，從而使兩側(cè)掘進眼底抵抗線減小至160 cm，提高爆破效果和質(zhì)量。內(nèi)圈眼炮眼間距Ⅳ類圍巖取90 cm，Ⅴ類圍巖取100 cm，抵抗線取60 cm。炮孔直徑42 mm，炮孔深度3.7 m。

3.2.3 周邊眼

為降低爆破對巖壁的破壞，提高半眼殘存率，提高隧道光面爆破成型質(zhì)量，為此采取減小周邊眼孔距、抵抗線和裝藥量，采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)。為保證周邊眼同時起爆的準確性，降低毫秒雷管延時誤造成的不良影響，提高爆破成型的效果。周邊眼采用導爆索串聯(lián)起爆，導爆索采用同段毫秒雷管起爆。為節(jié)約成本，每4個孔串聯(lián)一發(fā)毫秒雷管。炮孔直徑42 mm，炮眼深度3.5 m，外插角度20，炮孔方向與隧道軸線平行。Ⅳ類圍巖周邊間距50cm，Ⅴ類圍巖周邊間距60 cm炮眼，抵抗線均為60 cm，周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.4 底板眼

底板眼最后起爆，爆破夾制作用較大，且底板爆破是否平整直接影響裝載機裝碴效率，須采用減小底板眼孔間距和抵抗線，增大單孔裝藥量，加強炮孔堵塞，底板才能取得較好的爆破效果。Ⅳ類圍巖周邊間距75 cm，Ⅴ類圍巖底板眼間距80 cm炮眼，抵抗線均為60 cm。全斷面爆破施工炮眼布置見圖4。

圖4 全斷面爆破施工炮眼布置示意圖

3.3 裝藥參數(shù)

掏槽眼、掘進眼采用φ32乳化炸藥，周邊眼采用φ25小直徑乳化炸藥不耦合結(jié)構(gòu)裝藥，1～15段毫秒雷管跳段使用，8#工業(yè)火雷管引爆。周邊眼采用孔外導爆索串聯(lián)同段毫秒雷管起爆，孔內(nèi)導爆索傳爆。所有炮眼采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于30cm。

4 施工技術(shù)措施

4.1 布眼調(diào)整及裝藥量控制

為控制保證隧道開挖成型質(zhì)量，減少測量誤差，炮眼采用萊卡激光斷面儀布置，保證開挖輪廓線和炮眼布置符合設(shè)計要求，然后由技術(shù)人員根據(jù)爆破設(shè)計圖與圍巖節(jié)理發(fā)育實際情況技術(shù)人員現(xiàn)場對炮眼位置和裝藥量進行局部動態(tài)調(diào)整，確保炮眼布置和裝藥參數(shù)合理，保證開挖進度、成型質(zhì)量和施工安全。

4.2 炮眼施工質(zhì)量的控制

為保證隧道成型質(zhì)量，減小炮茬之間的錯臺，嚴格控制周邊眼的外插角，結(jié)合云中山特長隧道線路坡度3%和爆破循環(huán)進尺為3.5 m的特點，確定拱部周邊眼外插角度為20，邊墻周邊眼方向與隧道軸線基本平行。為提高循環(huán)進尺和斜眼掏槽施工質(zhì)量，必須嚴格控制掏槽斜眼內(nèi)插角度，施工時采用導向桿定位或附近炮孔插桿導向，保證炮孔方向符合要求，加強炮孔堵塞，堵塞長度不小于50 cm。

4.3 操作人員控制

如何提高鉆爆施工工藝，操作人員是關(guān)鍵，為此根據(jù)不同部位炮眼施工特點和施工質(zhì)量要求，對周邊眼、掏槽眼、掘進眼和底板眼進行區(qū)域劃分，根據(jù)不同鉆爆區(qū)域進行分工，因人定崗，讓鉆爆技能熟練人員分別負責控制循環(huán)進尺和成型質(zhì)量的掏槽眼和周邊眼施工。

5 實施效果及分析

5.1 成本控制

云中山特長隧道采用本施工方案后，炮眼利用率達到98%以上，循環(huán)進尺在3.4 m～3.6 m之間，符合設(shè)計循環(huán)進尺3.5 m的要求、Ⅳ類圍巖炸藥單耗控制在0.75 kg/m3以內(nèi)，Ⅴ類圍巖炸藥單耗控制在0.95 kg/m3左右，開挖斷面炮眼數(shù)量為平均1.7個/m2，節(jié)約了開挖成本。每循環(huán)鉆爆時間為3.5 h，提高了鉆爆效率。

5.2 隧道開挖成型質(zhì)量

周邊炮眼痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，殘存率達到93以上；兩茬炮銜接時出現(xiàn)的臺階形誤差在5 cm以內(nèi)，開挖斷面平均線性超挖值控制在10 cm以內(nèi)，隧道開挖輪廓線平整，開挖成型質(zhì)量控制較好，允許偏差值均低于《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》規(guī)定數(shù)值。

6 結(jié)束語

云中山特長隧道為長大隧道，是忻保高速公路的重點控制性工程之一，施工質(zhì)量要求非常高，其中隧道初期支護噴射混凝土表面平整度要求用2 m直尺檢查，允許偏差在5 cm以內(nèi)，對隧道開挖成型質(zhì)量提出了更高的要求，為此施工技術(shù)人員根據(jù)隧道開挖成型質(zhì)量要求、隧道開挖地質(zhì)條件、作業(yè)臺架等特點采用了設(shè)計核心大掏槽光面爆破施工技術(shù)，并成立了隧道超欠挖控制小組，從測量放線、布眼、鉆眼、裝藥、鉆爆人員控制等進行全過程控制，施工進度加快，隧道開挖成型質(zhì)量進一步得到控制，極大地減少了隧道超挖和欠挖，施工成本降低，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可供同類隧道施工參考。