曹陽山隧道光面爆破技術(shù)

廖明雄

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司）

曹陽山隧道光面爆破技術(shù)

廖明雄

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司）

本文闡述了曹陽山隧道Ⅱ級圍巖光面爆破施工控制技術(shù)，研究了有效的減小對圍巖擾動，保持圍巖原有承載能力的措施。保證圍巖壁平整、應(yīng)力均勻，防止局部落石。減少了超挖和回填量，節(jié)省混凝土，同時加快施工進(jìn)度。

光面爆破；鉆孔參數(shù)；效果

1 工程概況

曹陽山隧道位于連江縣東湖鎮(zhèn)洋門村-浦口鎮(zhèn)幕浦村之間的山體中，進(jìn)口位于東湖鎮(zhèn)洋門村東南約500m，出口位于為浦口鎮(zhèn)幕浦水庫西北約1km。隧道左線起訖樁號為ZK1+141～ZK3+ 746，長2605m。隧道右線起訖樁號為YK1+103～YK3+724，長2621m。隧道單洞凈高5m，凈空14.50m。隧道進(jìn)出口位于圓曲線上，隧道左線縱坡2.5%，長度177m，接縱坡0.889%，長度2444m；右線縱坡2.5%，長度146.8m，接縱坡0.889%，長度2458.2m。曹陽山隧道右洞進(jìn)口段Ⅱ級圍巖樁號為YK1+445～ YK2+335，本文對其開挖中的光面爆破技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

2 光面爆破設(shè)計(jì)及施工要求

光面爆破是減小爆破振動、減少飛石、改變爆破效果的一個主要的爆破控制手段。光面爆破是沿開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之后起爆，以形成平整輪廓面的爆破作業(yè)。通過光面爆破，可以有效地控制開挖面的超欠挖。另外，光面爆破是在兩個自由面條件下爆破，受夾制作用小。因裝藥量遠(yuǎn)比主炮區(qū)炮孔小，故振動影響較小，對保留基巖的破壞較輕微。全斷面導(dǎo)坑為半圓型，高度9.128m，寬度16.07m。月掘進(jìn)計(jì)劃180m，每月施工30d，每天二循環(huán)，每炮進(jìn)尺3m，炮眼利用率為0.9，采用2#巖石乳化炸藥。在曹陽山隧道的施工中我項(xiàng)目設(shè)計(jì)炮眼為：掏心眼內(nèi)斜45°，深3.6m，φ50mm鉆桿；周邊眼，輔助眼進(jìn)行中空直眼掏槽，深3.5m，φ45mm鉆桿。嚴(yán)格控制掏心眼眼口間距誤差和眼底間距誤差不大于5cm，輔助眼眼口排距，行距誤差均小于10cm，周邊眼眼口位置誤差小于5cm，眼底不超過開挖端面輪廓線15cm。

2.1 鉆爆設(shè)計(jì)

光面爆破起爆順序：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。輔助眼由里向外逐層起爆。

光面爆破參數(shù)的確定：

（1）周邊孔間距E。周邊眼通常布置在距離開挖斷面0.1～0.2m處，光爆孔的孔底的孔底朝隧道開挖輪廓線方向傾斜3～5°，E= （10～16）D，根據(jù)本設(shè)計(jì)Ⅱ級圍巖周邊眼間距取55cm。

（2）周邊眼最小抵抗線W。W與開挖面的大小有關(guān)，斷面大，光爆眼所受到的夾制作用小，巖石比較容易崩落W值可以稍微大些，反之亦如此。同時，W還與巖石的性質(zhì)有關(guān)，堅(jiān)硬巖石W可以小些，松軟破碎的巖石W可以大些。根據(jù)設(shè)計(jì)，曹陽山隧道Ⅱ級圍巖W取60cm。

（3）密集系數(shù)K。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表示為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。根據(jù)以上計(jì)算得K=0.9。

（4）裝藥量Q。光面爆破的爆破裝藥量的計(jì)算就要是確定周邊眼爆破層炮眼的裝藥集中度，即Q=qEW=1.1×0.55×0.6=0.36（q為炸藥單耗量，它取決于巖性、斷面積、炮孔直徑和炮孔深度等多種因素，取值1.1kg/m3）。

（5）炮孔數(shù)量N。炮孔數(shù)量取決于掘進(jìn)斷面積、巖石性能和炸藥性能?？讛?shù)過少將造成大塊增多，爆破效果差，相反，造成工程量過大。

式中：s——122.05m2（導(dǎo)坑開挖面面積，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙）；

q——1.1kg/m3（單位炸藥消耗量，根據(jù)圍巖類別選定）；

a——0.6（炮眼裝填系數(shù)，根據(jù)藥卷直徑φ32）；

r——1.0kg/m（炸藥每m長度的質(zhì)量，根據(jù)藥卷直徑φ32）。

（6）每一循環(huán)炮眼深度l：

每一循環(huán)炮眼深度：Ⅱ級圍巖設(shè)計(jì)循環(huán)尺寸為3m，炮眼利用率為0.9，則：掏槽眼及底眼深度=3/0.9+0.1=3.4，輔助眼、幫眼、頂眼深度=3/0.9=3.33m。

在光面爆破中，對以上參數(shù)的取值采取先初取，然后通過爆破試驗(yàn)再確定一個比較合適的取值范圍。光面爆破不但受孔徑、孔距、線裝藥密度、不耦合系數(shù)等因素影響，而且在各種因素不變的情況下保證成縫的裝藥量變化區(qū)間也相當(dāng)大。因此有必要對開始幾次爆破進(jìn)行光爆試驗(yàn)，以獲得比較可靠的光爆參數(shù)。待多次試驗(yàn)取得比較適宜的數(shù)值后再在施工中推廣使用。

2.2 炮眼布置

先布置掏槽眼，其次是周邊眼，最后是輔助眼。根據(jù)圍巖情況，掏槽眼布置在開挖面中央偏下，采用直眼掏槽（柱狀掏槽），炮眼的距離為55cm，炮眼數(shù)量為10個，并且需要鉆2個直徑較大的空眼作為臨空孔；周邊眼距離開挖輪廓線為5cm，間距為60cm，為了減少超欠挖，周邊眼設(shè)計(jì)采用3%的外插斜率；輔助眼間距為70cm，光爆層厚度為70cm，因?yàn)榕谘凵疃容^深，所以靠近周邊眼的內(nèi)圈輔助眼與周邊眼有相同傾角。布置如圖1。

2.3 清孔

圖1 炮眼布置圖

鉆孔完成后及時清空，清孔采用高壓風(fēng)管，高壓風(fēng)管由一臺空壓機(jī)帶動把風(fēng)管放進(jìn)已鉆完的孔中利用噴嘴中噴出的高壓氣體把孔中的破碎巖塊及石粉吹出來，清孔時要不時的活動風(fēng)管來回抽插活動才能徹底清除雜物，清空后空中不得有雜物。清除后及時量測孔深，孔深要求偏差不大于10cm，把每個孔深都按設(shè)計(jì)孔深控制確保爆破效果。

2.4 裝藥

裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合間隔或連續(xù)裝藥，選用φ32mm的標(biāo)準(zhǔn)藥卷。在裝藥密度確定之后，炸藥沿光爆孔分布愈均勻愈好。由于炮孔底部夾制作用較大，不易造成所要求的光爆裂縫，故通常需要將孔底線裝藥密度增大1～4倍，其取值視孔深和巖性而定，孔深及巖性堅(jiān)硬時取大值。

間隔裝藥結(jié)構(gòu)藥卷之間的間隔控制在100～300mm范圍內(nèi)，爆破沿炮孔作用均勻，能獲得滿意的效果。間隔超過300mm時，爆破后巖壁保留面上藥包部分呈現(xiàn)出孤立的局部爆破效應(yīng)。其裝藥結(jié)構(gòu)圖見圖2（a）所示。

連續(xù)裝藥可將藥卷與導(dǎo)爆索一起連續(xù)或間隔綁在一根竹片或線繩上，形成所需長度的藥串。其裝藥結(jié)構(gòu)圖見圖2（b）所示。

圖2 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

炮孔裝藥參數(shù)如下：炮孔孔徑：40mm；炮眼利用率0.9；循環(huán)進(jìn)度：3m；爆破斷面積：122.05m2；藥圈直：32mm；根據(jù)設(shè)計(jì)裝藥長度對每個炮眼分別裝不同數(shù)量的炸藥，裝完炸藥后要對孔眼進(jìn)行封堵孔口堵塞是保持高壓爆炸氣體所必需的。炸藥裝好以后，孔口的不裝藥段應(yīng)使用干沙等松散材料堵塞。堵塞過短而裝藥過高，有造成孔口成漏斗形狀的危險。堵塞過長和裝藥過低則難以使頂部形成完整的裂縫。因此，堵塞長度通常取炮孔直徑的12～20倍為好，本工程中光爆孔堵塞長度取900～1200mm。

2.5 連線

炮眼裝藥完成以后再把連接雷管的起爆線按順序里出來，根據(jù)爆破毫秒延續(xù)的要求，把起爆線分別連接，并分組歸類，要求認(rèn)真理順確保無誤。根據(jù)設(shè)計(jì)的起爆順序分別把不同的起爆線組接入起爆器。

2.6 起爆

起爆線與起爆器連接完成后，再派人將起爆線路檢查一遍確保無漏接，完成檢查后對起爆器通電，待安全員并發(fā)出警報信號隧道內(nèi)所有施工人員全部撤出以及洞內(nèi)所有機(jī)械停止工作以后打開起爆器進(jìn)行起爆。光爆孔在爆破環(huán)境和條件許可的情況下，盡量同時起爆，如需延期也應(yīng)縮短延期時間，使其在75ms以內(nèi)。

2.7 光爆效果

曹陽山隧道YK1+445～YK1+500采用光面爆破效果如圖3。周邊輪廓基本符合設(shè)計(jì)要求，爆破后巖石壁面基本平整，起伏度在15cm以內(nèi)。爆破后，在圍巖壁面上無粉碎損傷，無明顯新生裂隙，對圍巖破壞輕微。爆破后圍巖穩(wěn)定，基本無剝落現(xiàn)象，大的危石浮石少。循環(huán)進(jìn)尺理想。石碴最大塊40cm，碴堆集中，拋距30m。

圖3 YK1+445～YK1+500光面爆破效果圖

3 結(jié)束語

為達(dá)到光面爆破的效果，常采取縮小周邊眼間距，減小周邊眼的最小抵抗線；減少裝藥量或減少裝藥密度，以便減小圍巖的擾動；周邊眼在最后同時起爆。實(shí)踐證明對于石質(zhì)較差的巖層，最好使用毫秒遲發(fā)電雷管起爆周邊眼，可使爆破既有同時起爆的爆破威力，又可減少對設(shè)計(jì)輪廓線以外圍巖的擾動；嚴(yán)格掌握炮眼方向，周邊眼的眼底應(yīng)落在同一垂直平面上，鉆眼過程中經(jīng)常檢查炮眼的方向，及時校正，對于個別不符合要求的炮眼，則應(yīng)廢除，重新鉆眼；提高畫線、鉆眼精度，尤其是周邊眼的精度，是直接影響超欠挖的主要因素，因此要認(rèn)真測畫中線高程，準(zhǔn)確畫出開挖輪廓線。

采用光面爆破施工可以有效的減小對圍巖擾動，保持圍巖原有承載能力。保證圍巖壁平整，應(yīng)力均勻、防止局部落石，施工安全。減少了超挖和回填量，節(jié)省混凝土。加快施工進(jìn)度。

U445.4

A

1673-0038（2015）24-0304-02

2015-5-21