光面爆破施工技術(shù)探析

張巍

摘要：橫山隧道埋深相對較大，巖層主要為砂巖或泥巖水平走向，故使用光面爆破技術(shù)有利于降低對圍巖的擾動，減弱地應(yīng)力的集中，保證施工能安全、快速地進(jìn)行。文章結(jié)合橫山隧道工程，對在Ⅲ、Ⅳ類圍巖條件下的光面爆破進(jìn)行了探析，并總結(jié)了在該條件下的光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)和施工工藝，為以后類似隧道施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道施工；光面爆破；施工工藝；參數(shù)設(shè)計(jì)；圍巖 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2015）03-0086-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0235

1 概述

橫山隧道位于新建太中銀鐵路太原-中衛(wèi)之間，全長為11448m（起迄里程DK333+265～DK344+713），設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道。隧道所在范圍地層巖性為第四系全新統(tǒng)沖洪積層細(xì)圓礫土，上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土，中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土，第三系上新統(tǒng)粉質(zhì)粘土和侏羅系中統(tǒng)砂巖夾泥巖含煤線層。隧道洞身通過的基巖主要為泥巖夾砂巖，泥巖、砂巖互層，層厚不一，薄層～厚層不等，節(jié)理發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，呈碎塊狀，壓碎、鑲嵌結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生掉塊、坍塌現(xiàn)象。隧道設(shè)計(jì)以Ⅲ級圍巖為主，分布總長度為9690m，占隧道總長的85%；Ⅳ級圍巖分布總長度為1390m，占隧道總長的12%；Ⅴ級圍巖分布總長度為368m，占隧道總長的3%。

2 光面爆破的必要性

由于該隧道埋深相對較大、巖層主要為砂巖或泥巖水平走向，故使用光面爆破技術(shù)，有利于降低對圍巖的擾動，減弱地應(yīng)力的集中，保證施工能安全、快速地進(jìn)行。做好光面爆破，控制好超欠挖，在保證了開挖質(zhì)量的同時(shí)，降低了噴射砼、二次襯砌砼的回填量，減少了防水材料的浪費(fèi)，從降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的角度講，實(shí)施光面爆破有其必要性。

3 施工方法與機(jī)具

3.1 施工方法

采用多斷面臺階法施工，利用可移動的鉆爆平臺人工風(fēng)鉆打眼，人工裝藥，非電毫秒雷管引爆，初期支護(hù)緊跟，無軌裝碴、運(yùn)輸，模板臺車襯砌。

3.2 施工機(jī)具

采用國產(chǎn)YT-28型手持風(fēng)鉆，鉆頭直徑42mm，鉆爆平臺（自制）分三層，立體作業(yè)。柳工856型側(cè)翻式裝載機(jī)裝渣，20t自卸汽車運(yùn)輸。

4 爆破設(shè)計(jì)

4.1 爆破器材的選用

（1）主爆藥要采用爆炸性能、抗水性能、安全性能均較好及環(huán)境污染小的2#巖石乳化炸藥，規(guī)格為Φ32mm×200m；（2）周邊眼采用直徑為25mm的藥卷，裝藥結(jié)構(gòu)是用竹片綁扎，進(jìn)行間隔裝藥；（3）起爆材料采用1～20段的非電毫秒雷管起爆，塑料導(dǎo)爆管引爆，其中雷管，導(dǎo)爆索是作為網(wǎng)絡(luò)起爆用。

4.2 鉆眼深度的選擇

綜合考慮作業(yè)環(huán)境與施工設(shè)備等因素，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，確定橫山隧道在Ⅲ、Ⅳ級圍巖條件下每循環(huán)進(jìn)尺為2.5～2.8m，眼深確定為3.0～3.3m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。

4.3 掏槽眼的確定

掏槽技術(shù)要為開挖爆破創(chuàng)造一個(gè)新的臨空面，影響著炮眼的利用率和開挖進(jìn)尺。它是隧道爆破的關(guān)鍵之一。

分析隧道圍巖的整體性能、巖性特點(diǎn)、開挖斷面的大小、施工隊(duì)伍的施鉆技術(shù)水平、鉆機(jī)鉆進(jìn)速度、開挖循環(huán)時(shí)間、炮眼數(shù)量、裝藥量、爆破的震動強(qiáng)度、對圍巖的擾動等因素。經(jīng)過比選直眼掏槽與斜眼掏槽的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定采用斜眼楔型掏槽方式。

掏槽眼開口間距：B=2×344×cos54°+0.2=4.24m，確定為4.2m。

掏槽眼布置如圖1及圖2所示：

4.4 光面爆破

周邊炮眼間距（E）、周邊眼密集系數(shù)（m）、最小抵抗線（w）、不偶合系數(shù)（D）和線裝密度（q）是影響光面爆破效果主要參數(shù)。只有這些參數(shù)確定在一個(gè)合理的范圍時(shí)，爆破效果才能理想。

依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，光面爆破參數(shù)在以下范圍：周邊眼間距E為8～18d，d為炮眼直徑，周邊眼密集系數(shù)m為0.7～1.0，最小抵抗線w為15～22d，d為炮眼直徑，不偶合系數(shù)D為1.8～2.2，裝藥集中度q為0.15～0.35kg/m。

4.5 爆破參數(shù)的確定

4.5.1 炮眼深度。炮眼深度根據(jù)循行進(jìn)尺確定，公式為L=l/η。

式中：

L——炮眼眼深度（m）

l——循環(huán)進(jìn)尺（m），按3.0m考慮

η——炮眼利用率，采用85%

計(jì)算并經(jīng)調(diào)整以后，周邊眼及掘進(jìn)眼為3.3m，底板眼為3.4m，掏槽眼確定為3.8m。

4.5.2 循環(huán)裝藥量。單循環(huán)裝藥量Q=k×v

式中：

k——單位體積炸藥消耗量，kg/m3

v——需要爆破體積

4.5.3 炮眼數(shù)量。炮眼數(shù)目N=ks/ar

式中：

k——單位體積炸藥消耗量，kg/m3

s——開挖面積，m2

a——炮眼裝藥系數(shù)

r——炸藥的線裝藥藥密度，kg/m

4.5.4 炮眼布置。按照炮眼布置原則，先布置掏槽眼、周邊眼，再布置底板眼，最后布置掘進(jìn)眼。

4.5.5 周邊眼單孔裝藥量。按照光面爆破的技術(shù)要求，E/W比值采用0.8；周邊眼距E=14d，確定為54cm；抵抗線W則為65cm；線裝藥密度q=0.27kg/m。

4.5.6 其他炮眼單孔裝藥量。公式為 Q=kawlλ

式中：

k——單位炸藥消耗量，kg/m3

w——炮眼爆破方向的抵抗線，m

a——炮眼間距，m

l——炮眼深度，m

λ——炮眼的部位系數(shù)

4.5.7 裝藥結(jié)構(gòu)。周邊眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，藥卷直徑Φ25mm，裝藥不耦合系數(shù)為1.9，用竹片將藥卷與圍巖隔開，其他炮眼采用Φ32mm藥卷。起爆方式采用導(dǎo)爆管傳爆，采用并聯(lián)方式聯(lián)結(jié)，使用導(dǎo)火索引爆。眼口用泥砂堵塞，長度不小于30cm。

4.5.8 修正。經(jīng)過計(jì)算，鉆爆參數(shù)確定以后，按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)修正。最后再根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)施效果，進(jìn)一步做了調(diào)整。炮眼布置見圖3所示，裝藥參數(shù)見表2。

4.6 起爆順序及網(wǎng)絡(luò)

4.6.1 光爆爆破時(shí)，從掏槽眼開始，一層一層從截面中心向外起爆，最后是周邊眼爆破。

4.6.2 根據(jù)現(xiàn)場人工裝藥的方便及非電毫秒的延時(shí)誤差，確定合理的起爆時(shí)差，以保證時(shí)差。

4.6.3 為保證周邊眼同時(shí)起爆，引爆雷管均采用同段導(dǎo)爆管。

4.6.4 傳爆導(dǎo)爆管均使用雙線加強(qiáng)，以保證傳爆正常。

4.6.5 起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆管并聯(lián)起爆。

4.7 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

每循環(huán)鉆爆的平均鉆孔數(shù)量143個(gè)，實(shí)際開挖斷面71.11m2、單位面積鉆孔2.01個(gè)/m2，平均每循環(huán)炸藥消耗量201.9kg，單位巖石體積炸藥消耗量1.01kg/m3，單位體積非電毫秒雷管消耗量0.72發(fā)/m3。

4.8 爆破效果

實(shí)際鉆眼深度3.2～3.4m，平均循環(huán)進(jìn)尺3.0m，平均炮眼利用率90%，兩茬炮銜接臺階拱部最大沒有超過10cm，而且殘眼前后基本在一個(gè)平面上，拱部炮眼痕跡率90%～95%，邊墻兩茬炮銜接臺階最大不超過8cm，殘痕跡率平均達(dá)90%，爆炸后石碴塊度適度，符合裝載機(jī)裝渣要求。

5 結(jié)語

（1）E/W值對光面爆破效果有很大的影響，現(xiàn)場作業(yè)時(shí)必須嚴(yán)格按鉆爆設(shè)計(jì)布眼，每茬炮均要用測量儀器放出輪廓線、炮眼位置及角度，按眼鉆孔清孔，不合格的眼孔要重新鉆，檢查合格方可按設(shè)計(jì)要求正確裝藥連接爆破，以達(dá)到理想的光爆效果；（2）要根據(jù)不同的圍巖變化情況及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，不斷完善爆破設(shè)計(jì)；（3）光爆施工可以發(fā)揮圍堰的自穩(wěn)能力，減少了找頂時(shí)間，減少了臨時(shí)支護(hù)，為下道工序創(chuàng)造了良好的施工條件；（4）采用炮眼少、耗藥量少、爆破震動強(qiáng)度低楔型掏槽，比直眼掏槽更合理更經(jīng)濟(jì)；（5）在實(shí)際操作中，邊墻光爆效果不夠理想，還要進(jìn)一步總結(jié)提高。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）