向莆鐵路金瓜山隧道光面爆破技術(shù)的應(yīng)用

金團(tuán)輝

向莆鐵路金瓜山隧道光面爆破技術(shù)的應(yīng)用

金團(tuán)輝

向莆鐵路股份有限公司

山嶺隧道鉆爆法開(kāi)挖，光面爆破技術(shù)是確保質(zhì)量安全的核心要素之一,是目前仍然需要不斷研究的一項(xiàng)課題。該文結(jié)合向莆鐵路金瓜山隧道鉆爆法光面爆破技術(shù)的應(yīng)用與工程實(shí)踐，談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

鉆爆法 光面爆破 技術(shù)應(yīng)用

1 工程概況

向莆鐵路金瓜山隧道是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、施工的雙線單洞鐵路隧道，采用鉆爆法施工，正洞全長(zhǎng)14097m，平行于線路左側(cè)30m設(shè)置貫通平導(dǎo)一座，全長(zhǎng)14125m。隧道出口段山坡平緩，地表為坡積含粉質(zhì)黏土碎石土，為第四系坡積層，施工采用新奧法掘進(jìn)，技術(shù)難度大。金瓜山隧道地質(zhì)圍巖大多為Ⅱ級(jí)圍巖，約占89.29％，Ⅲ級(jí)圍巖約占2.57％，Ⅳ級(jí)圍巖約占5.44％，Ⅴ級(jí)圍巖約占2.70％；隧道巖性主要為花崗巖，埋深大、地溫高，易產(chǎn)生巖爆等災(zāi)害；洞身穿過(guò)15條斷層，斷層最大涌水量7931m3/d，全隧開(kāi)挖施工采用無(wú)軌運(yùn)輸作業(yè)。隧道技術(shù)含量高、質(zhì)量要求嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)高、工期緊，是整個(gè)向莆鐵路的重點(diǎn)控制性工程之一。

2 金瓜山隧道正洞光面爆破

2.1 光爆設(shè)計(jì)依據(jù)

金瓜山隧道正洞Ⅱ級(jí)圍巖采用全斷面開(kāi)挖，斷面面積116.16m2,循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺3.0～3.5m；Ⅲ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開(kāi)挖，斷面130.5m2,循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺為1.6～2.0m；Ⅳ圍巖地段采用三臺(tái)階七步法開(kāi)挖，斷面面積140.08m2,循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺0.8～1.6m；Ⅴ級(jí)圍巖地段采用上部CD法下部臺(tái)階法開(kāi)挖，斷面面積143.47m2，循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺為0.6～1.0m。

根據(jù)新奧法施工的原則。洞身開(kāi)挖前，采用計(jì)算法和工程類(lèi)比法相結(jié)合的方法，對(duì)各級(jí)圍巖的開(kāi)挖進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，確定鉆爆參數(shù)和控制鉆爆設(shè)計(jì)圖。

光面爆破的主要參數(shù)：周邊眼的間距、光爆層的厚度、周邊眼密集系數(shù)、周邊眼的線裝藥密度等。

2.2 光面爆破的技術(shù)措施

主要有以下三個(gè)方面：

2.2.1適當(dāng)加密周邊眼。周邊眼孔距適當(dāng)縮小，可控制爆破輪廓，避免超欠挖，又不致過(guò)大地增加鉆眼工作量，一般取 E=(8～12)d，E為孔距，d為炮眼直徑。

2.2.2合理確定光面爆破層厚度。光面爆破層厚度即最小抵抗線，由于周邊眼的間距E與光面爆破層厚W有著密切關(guān)系，通常以周邊眼密集系數(shù)K表示，K=E/W。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，一般取K=0.6～1.0，能達(dá)到最佳光爆效果。

圖1 光面爆破工藝流程圖

2.2.3合理用藥。根據(jù)本隧工程地質(zhì)特征，炸藥選用低密度、低猛度、低爆速、高爆力的炸藥，周邊眼選用2#巖石光爆藥卷，其他炮眼選用2#巖石乳化炸藥。施工中根據(jù)孔距、光面爆破層厚度、石質(zhì)及炸藥種類(lèi)等綜合考慮確定裝藥量。

2.3 光面爆破施工技術(shù)要求

結(jié)合國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐，歸納為以下幾點(diǎn)：

2.3.1施工測(cè)量。開(kāi)挖作業(yè)前，用全站儀按設(shè)計(jì)斷面放出隧道中線和開(kāi)挖輪廓線，并使用醒目標(biāo)志（一般采用紅色油漆線）標(biāo)識(shí)在隧道的開(kāi)挖斷面上，同時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的炮眼點(diǎn)位布置和標(biāo)識(shí)（重點(diǎn)控制測(cè)量精度）。

2.3.2鉆爆作業(yè)。施鉆根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)的炮眼個(gè)數(shù)、眼距、炮眼深度及要求的外插角度、眼底誤差進(jìn)行作業(yè)，為防止人為原因引起超欠挖，司鉆工或臺(tái)車(chē)司機(jī)必須嚴(yán)格按技術(shù)要求進(jìn)行作業(yè)。

2.3.3鉆機(jī)就位。臺(tái)車(chē)、風(fēng)鉆按規(guī)定就位，接通風(fēng)、水、電路，開(kāi)鉆時(shí)先送水，后送風(fēng)。鉆機(jī)開(kāi)孔時(shí)，宜用1m以?xún)?nèi)的短鉆桿，待鉆孔定位并鉆進(jìn)0.5m以上后再換長(zhǎng)鉆桿。

2.3.4炮眼間距偏差。掏槽眼不大于2cm，周邊眼與內(nèi)圈眼不大于3cm，周邊眼眼底不得超出外輪廓5cm，其它眼不大于5cm。

2.3.5炮眼方向。司鉆中隨時(shí)觀察每臂（臺(tái)）鉆進(jìn)情況，利用已打好的孔眼作標(biāo)志，掌握好鉆眼方向，以達(dá)到“準(zhǔn)、直、平、齊”的要求。

2.3.6順邦打眼。堅(jiān)持順邦打眼，鉆臂（風(fēng)鉆）緊貼巖壁，最大限度地減少超挖。周邊眼外插角不大于1.5°，底板眼方向與隧道坡率基本相同。

2.3.7掏槽眼。掏槽眼位置可根據(jù)掌子面圍巖結(jié)構(gòu)特征適當(dāng)調(diào)整，掏槽眼較掘進(jìn)眼深20cm，以取得較好的開(kāi)挖進(jìn)尺。

2.3.8清孔。裝藥前，采用高壓風(fēng)，使用特制鋼管清洗眼中的石碴、石粉及泥漿。

2.3.9裝藥。裝藥采用多功能臺(tái)架裝藥，裝藥專(zhuān)人操作，并制定相應(yīng)的安全規(guī)程。嚴(yán)格按技術(shù)交底中規(guī)定的裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)操作，同時(shí)根據(jù)不同的圍巖狀況靈活調(diào)裝藥量，以達(dá)到更好的爆破效果。

2.3.10炮孔口堵塞。炮孔口用炮泥堵塞，堵塞長(zhǎng)度不小于20cm，炮泥用炮泥機(jī)制作，成分為泥土、砂和水，合理的重量百分比為土:砂:水=（70～80）:（8～10）:（13～20），最小密度達(dá)到1.90g/cm3，并具有較好的柔軟性，炮眼堵塞長(zhǎng)度不小于20cm。

2.3.11爆破。爆破工從炸藥庫(kù)領(lǐng)出藥卷和導(dǎo)爆管，確認(rèn)并保存好段數(shù)標(biāo)記。起爆網(wǎng)絡(luò)按鉆爆設(shè)計(jì)的形式連接，主爆網(wǎng)絡(luò)采用雙管雙索，以確?？煽科鸨＞W(wǎng)絡(luò)連接好后再次檢查準(zhǔn)確無(wú)誤，人員設(shè)備撤離至安全區(qū)域后，由爆破工起爆。

2.4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)金瓜山隧道實(shí)際圍巖狀況（Ⅱ級(jí)圍巖描述：鉀長(zhǎng)晶洞花崗巖，弱～微風(fēng)化，褐紅色～淺紫色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，以晶洞為特征。巖石較堅(jiān)硬，節(jié)理不發(fā)育，裂隙少，呈整體結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性好），經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，加之從開(kāi)工到現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的不斷修訂，得出適合金瓜山隧道Ⅱ級(jí)圍巖地段實(shí)際光爆參數(shù)，具體為：實(shí)際斷面爆破設(shè)置190～200個(gè)炮眼（根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），其中周邊眼47個(gè)，實(shí)際深度3.8m/個(gè)（使用4m長(zhǎng)鉆桿）；掏槽眼44個(gè)，實(shí)際深度4.8m/個(gè)（使用5m長(zhǎng)鉆桿）；輔助眼72個(gè)，實(shí)際深度3.8～4.8m/個(gè)（使用4m、4.5m、5m長(zhǎng)鉆桿）；底板眼33個(gè)，實(shí)際深度3.8m/個(gè)（使用4m長(zhǎng)鉆桿）。實(shí)際布眼見(jiàn)表1。

表1 金瓜山隧道開(kāi)挖參數(shù)表（全斷面開(kāi)挖）

Ⅱ圍巖強(qiáng)度為80～120MPa，設(shè)計(jì)開(kāi)挖方量116.16m3/延米。爆破時(shí)，電雷管2發(fā)、毫秒雷管200發(fā)左右，炸藥循環(huán)用量為330～360kg，導(dǎo)爆索200m。實(shí)際每循環(huán)進(jìn)尺約3.0～3.5m，打眼風(fēng)鉆采用YT28型鑿巖機(jī)，共32臺(tái)。鉆桿直徑25mm，鉆頭直徑32mm。鉆桿長(zhǎng)度分為2m、2.5m、3.5m、4m、4.5m、5m。

2.5 人員配置

開(kāi)挖臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)為4層，作業(yè)人員按5層同時(shí)進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，配備鉆機(jī)32臺(tái)，開(kāi)挖共35人（32人施鉆，3人配合開(kāi)挖工作業(yè)）。按兩個(gè)班組輪流交替作業(yè)。

3 光面爆破取得的工程實(shí)效

3.1 循環(huán)進(jìn)尺實(shí)效

自2008年12月15日至2011年1月1日，金瓜山正洞出口段累計(jì)完成4717m。其中Ⅴ級(jí)圍巖占109m，Ⅳ級(jí)圍巖占320m，Ⅲ級(jí)圍巖占180m，Ⅱ級(jí)圍巖占4108m，平均月進(jìn)尺192.5m，月最高進(jìn)尺263.2m，最高日進(jìn)尺12.3m，單循環(huán)進(jìn)尺3.0～3.5m。

3.2 超、欠挖控制效果

金瓜山隧道成功應(yīng)用了光面爆破技術(shù)，開(kāi)挖輪廓圓順、開(kāi)挖面平整，炮眼痕跡保存率接近90%，有效控制了隧道超欠挖的技術(shù)難點(diǎn)。但是，由于圍巖節(jié)理裂隙的不穩(wěn)定性及施工過(guò)程中的一些其它原因，開(kāi)挖施工中，有時(shí)仍然會(huì)存在局部超欠挖現(xiàn)象，為了保證隧道開(kāi)挖后凈空輪廓受控，保證隧道施工質(zhì)量，在實(shí)際施工過(guò)程中，金瓜山隧道具體控制超、欠挖方法為：每次開(kāi)挖鉆眼前，先由技術(shù)人員利用萊卡TCR802全站儀實(shí)施斷面測(cè)量放樣，標(biāo)明開(kāi)挖面炮眼位置，待開(kāi)挖班組人員爆破、出碴班出碴結(jié)束后，再由技術(shù)人員利用萊卡隧道斷面儀實(shí)施斷面測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，生成實(shí)際斷面圖形，與理論斷面進(jìn)行比對(duì)。對(duì)于復(fù)核檢查，以技術(shù)交底的形式下達(dá)隧道架子隊(duì)開(kāi)挖班，及時(shí)進(jìn)行修正處理。對(duì)于超挖現(xiàn)象，認(rèn)真分析，查找原因，通常按10m一個(gè)斷面采用隧道斷面儀測(cè)量檢測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

金瓜山隧道鉆爆法光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用，意義重大，以下幾點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起重視：

4.1 光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用是確保隧道安全掘進(jìn)的基礎(chǔ)，是確保隧道施工質(zhì)量的根本，是加快隧道施工進(jìn)度的前提，是衡量隧道施工企業(yè)技術(shù)先進(jìn)性的標(biāo)尺。

4.2 光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用，不但可以加快工期，節(jié)省成本，而且可以提高后續(xù)防水工程的施工質(zhì)量。

4.3 提高光面爆破技術(shù)質(zhì)量，必須不斷總結(jié)修正不同圍巖分級(jí)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，如圍巖的硬度、強(qiáng)度等，然后根據(jù)圍巖強(qiáng)度和硬度及時(shí)調(diào)整相關(guān)鉆爆參數(shù)。

4.4 提高光面爆破技術(shù)質(zhì)量，必須及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。在開(kāi)挖放樣時(shí)埋設(shè)的轉(zhuǎn)點(diǎn)必須做到精細(xì)復(fù)測(cè)，從而確保開(kāi)挖放樣的準(zhǔn)確性。

4.5 提高光面爆破技術(shù)質(zhì)量，必須及時(shí)對(duì)開(kāi)挖輪廓進(jìn)行測(cè)量。在開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)對(duì)超欠挖予以處理。

4.6 做好監(jiān)控量測(cè)工作，掌握圍巖動(dòng)態(tài)，為隧道安全施工提供信息保障。