宜昌至萬(wàn)州鐵路白果坪隧道光面爆破設(shè)計(jì)與施工

胡 濤，付春梅

(黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004)

0 引言

光面爆破是通過(guò)正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，在炸藥起爆后產(chǎn)生的沖擊波和爆破生成的高溫氣體的共同作用下，使周邊眼優(yōu)先沿各孔的中心連線形成貫通裂縫，并破碎巖層向外拋擲，使開挖面爆破后一次成形，開挖面光滑平整，對(duì)隧道周圍圍巖不產(chǎn)生破壞或僅產(chǎn)生輕微破壞的一種爆破方法。 光面爆破技術(shù)成本低、工效高，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益， 是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)爆破新技術(shù)。 在白果坪鐵路隧道開挖中，為確保爆破效果，保證周邊巖層整體穩(wěn)定和成洞的質(zhì)量， 經(jīng)專家論證，采用光面爆破方案。

1 工程概況

白果坪隧道在宜萬(wàn)（宜昌—萬(wàn)州）鐵路W21 標(biāo)施工管段內(nèi)，為單線鐵路隧道，起止里程為DK376＋473～DK377＋403，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為930 m。 該隧道位于低中山區(qū)，地形起伏，較大斜坡坡度為30°～50°。 其中DK376＋495～DK376＋982 為直線段Ⅳ級(jí)圍巖， 巖層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和長(zhǎng)石砂巖互層， 埋深145～238m。 地層產(chǎn)狀120°～130°∠4°～6°，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理產(chǎn)狀為135°∠88°、210°∠63°，寬2～10mm，延伸1.2～20 m。1～2 條/m，無(wú)充填隧道進(jìn)出口節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，洞身地段，巖體完整。 地下水不發(fā)育，主要是基巖裂隙水。 隧道開挖斷面加寬值（W）為0.10 m，面積（S）為49.922 m2。

2 光面爆破技術(shù)參數(shù)的選擇

在隧道開挖中，工程技術(shù)人員根據(jù)工程地質(zhì)條件、圍巖性質(zhì)，討論、初定各種爆破參數(shù)。 然后，為獲得最佳的光面爆破效果，通過(guò)合理的炮眼布置，調(diào)整炮眼孔距、角度、裝藥量，進(jìn)行不同進(jìn)尺的試驗(yàn)性爆破，不斷調(diào)整、優(yōu)化爆破參數(shù)。 并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了周邊眼最佳抵抗線[1～2]。 經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)爆破和參數(shù)調(diào)整，確定了科學(xué)合理的全斷面光面爆破設(shè)計(jì)方案。

2.1 炮眼直徑D 的選擇

炮孔直徑的選擇主要根據(jù)以下3 點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)鑿巖工具的使用情況。盡量使用一種型號(hào),以免經(jīng)常更換鉆頭。（2）現(xiàn)場(chǎng)炸藥的使用情況。盡量不去定制特殊藥卷。（3）洞身圍巖的巖性?？紤]到洞身圍巖為硬質(zhì)巖，根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60-2009），不耦合系數(shù)選用1.3。 本工程鑿巖設(shè)備采用YT-28 型氣腿式鑿巖機(jī)，炸藥選用2 號(hào)巖石硝銨炸藥（藥卷的質(zhì)量為0.78 kg/m），藥卷直徑為32 mm。綜合以上各點(diǎn)，確定炮眼直徑D＝42 mm。

2.2 炮眼數(shù)量N 的確定

炮眼數(shù)量N 的計(jì)算式為

式中：q 為單位炸藥消耗量，取1.2 kg/m3；S 為開挖斷面面積，設(shè)計(jì)值為49.922m2；α 為炮眼裝填系數(shù)，裝藥長(zhǎng)度與炮眼深度的比值，參照表1，取0.45；ρ 為1 m 藥卷的質(zhì)量，取0.78 kg/m。

表1 炮眼裝填系數(shù)α值Table 1 Value of shot hole filling coefficient α

經(jīng)計(jì)算，炮眼數(shù)量為170 個(gè)。 根據(jù)有關(guān)規(guī)定及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，實(shí)際布置炮眼數(shù)量為134 個(gè)，Ⅳ級(jí)圍巖開挖斷面光面爆破炮眼布置如圖1 所示。

圖1 光面爆破炮眼布置圖Fig.1 Shot hole layout of smooth blasting

表2 全斷面爆破參數(shù)Table 2 Whole section blasting parameters

2.3 炮眼間距的確定

2.3.1 掏槽眼設(shè)計(jì)

掏槽眼設(shè)計(jì)為垂直楔形，數(shù)量Nt＝6，沿開挖斷面對(duì)稱分布。 炮眼間距a＝0.50 m，孔口炮眼排距b0＝3.0 m，孔底炮眼排距b=0.30m。 具體布置如圖2 所示。

2.3.2 周邊眼間距E 的確定

參照表2，取E＝45 cm。 但在實(shí)際施工過(guò)程中，不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，確定為拱墻，周邊眼間距為40 cm，實(shí)際按35～45 cm 控制。

圖2 掏槽眼布置圖Fig.2 Cutting hole layout

2.4 炮眼深度L 的確定

根據(jù)開挖斷面現(xiàn)場(chǎng)，確定炮眼深度，其經(jīng)驗(yàn)公式為L(zhǎng)＝（0.5～0.8）B （2）

式中：L 為炮眼深度，m；B 為開挖斷面寬度，設(shè)計(jì)值為6.26 m。

經(jīng)計(jì)算，炮眼深度L＝0.5×6.26＝3.13 m，考慮到使用3.5 m 長(zhǎng)鉆桿，取L=3.0 m。 掏槽眼深度加長(zhǎng)0.20 m，為3.2 m。

2.5 裝藥量Q 的確定

對(duì)每一開挖循環(huán)，爆破的裝藥量Q 可按下式計(jì)算。

式中：Q 為每一開挖循環(huán)的裝藥量，kg；q 為單位炸藥消耗量，取1.2kg/m；S 為開挖斷面面積，m2；l 為每一開挖循環(huán)實(shí)際進(jìn)尺，為2.5～2.8m，取均值2.65m。

經(jīng)計(jì)算，每一開挖循環(huán)所需裝藥量為158.75 kg，實(shí)際裝藥152.25 kg。 Ⅳ級(jí)圍巖全斷面光面爆破炮眼藥量分配如表3 所示。

表3 Ⅳ級(jí)圍巖全斷面光面爆破炮眼藥量分配表Table 3 Shot hole explosive does filling of Ⅳlevel surrounding rock whole section smooth blasting

3 光面爆破施工工序[3～5]

3.1 劃定開挖輪廓線與布眼

定出隧道軸線和拱頂位置，利用五寸臺(tái)法自拱頂向下每隔0.5 m 量取左右支距，以確定開挖輪廓線，再根據(jù)炮眼布置圖畫出炮眼位置。

3.2 定位與鉆孔

（1）制作開挖臺(tái)車。 根據(jù)隧道的開挖斷面尺寸，采用工字鋼焊接制作一臺(tái)鉆眼開挖臺(tái)車。 開挖臺(tái)車的每層高度應(yīng)適合工人的操作要求。（2）開炮眼。開眼的位置要求盡量不偏離設(shè)計(jì)炮位，周邊眼在斷面輪廓線上的間距不得偏離5 cm。 （3）鉆孔。 鉆孔期間，需派技術(shù)人員巡視，以保證鉆孔的位置和角度符合爆破設(shè)計(jì)的要求。

3.3 清孔

炮眼鉆好后，用高壓氣體進(jìn)行清孔，將炮眼內(nèi)鉆碴與小石屑清除干凈。 然后，按炮眼布置圖進(jìn)行檢查，有不符合要求的炮眼應(yīng)重鉆，經(jīng)檢查合格后，才能裝藥爆破。

3.4 裝炸藥與引爆器材

裝藥作業(yè)按鉆爆設(shè)計(jì)藥量分片、分組進(jìn)行，實(shí)行定人、定位、定量，并按規(guī)定搗實(shí)、堵塞炮眼。 藥串和起爆藥卷按設(shè)計(jì)事先加工好，布好腳線，分段、分號(hào)裝在箱內(nèi)備用。 在裝藥過(guò)程中，不能損壞導(dǎo)爆管，以防止造成瞎炮。

3.5 聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)和起爆

起爆網(wǎng)絡(luò)采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，以保證起爆準(zhǔn)確性與可靠性。 聯(lián)結(jié)導(dǎo)爆管時(shí)，應(yīng)避免打結(jié)和拉細(xì)現(xiàn)象，引爆火雷管綁在一簇導(dǎo)爆管自由端十幾厘米的位置。導(dǎo)爆管連接后，應(yīng)派專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)檢查，確認(rèn)合格后，撤離人員、機(jī)械、物資，最后引爆。

3.6 爆破效果的檢查

起爆后立即開啟通風(fēng)系統(tǒng)，由專人用鋼釬清除爆破面的危石險(xiǎn)石,并向碴體噴水降塵。根據(jù)巖石變化情況、爆破進(jìn)尺-炮眼利用率、周邊眼炮孔留下的半痕率、斷面超欠挖尺寸、巖塊大小等，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上的爆破參數(shù)和施工工序，此段圍巖光面爆破效果較好，平均超挖18cm，最大超挖32cm，無(wú)欠挖。炮眼痕跡保存率在85%以上?？偨Y(jié)其經(jīng)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）準(zhǔn)確畫出開挖輪廓線，它對(duì)開挖斷面的超欠挖控制有直接的影響。

（2）掏槽眼應(yīng)盡量保證在水平面上，越平，則開挖爆破效果越好。

（3）周邊眼間距和裝藥量控制是光面爆破質(zhì)量控制的重點(diǎn)，應(yīng)該嚴(yán)格控制。

[1] TB10003-2005，鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] TB10204-2002，鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[3] 林國(guó)仁. 布羅寧公路隧道光面爆破設(shè)計(jì)與施工[J]. 華東公路，2002（3）：53－54.

[4] 孫根龍. 馬嶺頭左隧道光面爆破設(shè)計(jì)與施工[J]. 麗水師范專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003（5）：77－79.

[5] 葛春民. 小草湖鐵路隧道光面爆破設(shè)計(jì)與施工[J]. 山西建筑，2004（11）：129－130.

[6] 李博等. 光面爆破技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2010（10）：30－32.