大斷面水平巖層隧道光爆施工技術(shù)探討

孫學(xué)紅

摘 要：本文從光面爆破的定義闡述入手，介紹了隧道光面爆破施工技術(shù)各關(guān)鍵工藝的常規(guī)內(nèi)容。并結(jié)合高家河大斷面水平巖層隧道的項(xiàng)目實(shí)際情況，研討了光爆施工技術(shù)掏槽及爆破參數(shù)的選擇。確保了隧道開挖質(zhì)量，大大加快了掘進(jìn)速度，提高了施工效率，縮短了工期。

關(guān)鍵詞：光面爆破；大斷面隧道；周邊孔眼

光面爆破在隧道開挖工程上簡稱為光爆，是沿著設(shè)計(jì)圖紙開挖輪廓線進(jìn)行的控制性爆破。這種爆破方式的效果不僅僅是破碎隧道開挖范圍內(nèi)的巖石，還有較好的保護(hù)了周圍巖體，減少炸藥的爆炸效應(yīng)產(chǎn)生的破壞作用，降低開挖面的超欠挖量，使開挖面光滑平整，開挖輪廓容易保證。其原理是周邊眼起爆的沖擊波徑向傳播，而且相鄰炮眼的沖擊相遇產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加衍生切向拉應(yīng)力，在相鄰炮孔之間形成應(yīng)力加強(qiáng)帶。

孔內(nèi)爆炸氣體高速楔入孔壁微細(xì)裂隙，加大了裂隙的擴(kuò)展速度，最終導(dǎo)致相鄰炮孔貫穿成縫。光面爆破的優(yōu)點(diǎn)是能減少超挖、欠挖工程量，開挖面光滑平整，有利于后期的施工作業(yè)。而且減少了對(duì)圍巖的擾動(dòng)，對(duì)保留巖體的破壞作用小。易于確保施工安全，提高工效。

1 光面爆破施工工藝流程及施工要點(diǎn)

光面爆破施工工藝流程：

測(cè)量放樣—布孔—鉆孔—清孔—裝藥—聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)—爆破。

1）光爆鉆孔的技術(shù)要求：鉆孔分為準(zhǔn)備、定位、開口、拔桿、移位五步。定位：在開挖前方掌子面將各炮孔位置用十字線標(biāo)定，并確定鉆孔先后次序。開口：開口時(shí)慢慢推進(jìn)，并特別注意鉆桿的方向與隧道中線的夾角是否符合設(shè)計(jì)外插角。拔桿：整體性好的石質(zhì)可中速慢慢拔出；破碎巖石往往拔出困難而且容易卡釬，可以慢速來回推進(jìn)后拔出。移位：鉆好一個(gè)炮孔進(jìn)行第二個(gè)炮孔鉆進(jìn)時(shí)，要做到“準(zhǔn)、直、平、齊”。

鉆眼精度應(yīng)滿足下列要求：炮眼深度根據(jù)眼口面調(diào)整，保證眼底在同一平面上。掏槽眼眼口和眼底間距誤差不得大于5cm；周邊眼眼口誤差不得大于5cm，眼底不得超過開挖斷面輪廓線15cm；而且外插角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

2）清孔：先用炮鉤搗出大塊石塊，再用小直徑高壓風(fēng)槍吹出小石屑，保證孔眼干凈和裝藥順利。

3）裝藥：裝藥采用反向裝藥，先裝一支藥卷作為底藥。一般地段選用2#巖石硝銨炸藥。遇水采用乳膠炸藥，裝藥需分片分組按炮眼設(shè)計(jì)圖確定的裝藥量自上而下進(jìn)行，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞長度不小于20cm。周邊眼采用φ25mm的小直徑藥卷間隔裝藥方式，其余炮眼采用φ32mm的藥卷連續(xù)裝藥，并采用機(jī)制炮泥堵塞。

4）聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)路：隧道內(nèi)均采用塑料導(dǎo)爆管毫秒雷管微差起爆。起爆網(wǎng)路為復(fù)式網(wǎng)路，以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性。聯(lián)結(jié)時(shí)要注意：導(dǎo)爆管不能打結(jié)和拉細(xì)；各炮眼雷管要對(duì)號(hào)入座，連接次數(shù)相同。網(wǎng)路聯(lián)好后，要有專人負(fù)責(zé)檢查。

2 光面爆破的技術(shù)要點(diǎn)

1）根據(jù)圍巖特點(diǎn)，合理選定周邊眼的間距和最小抵抗線，盡最大努力提高鉆眼質(zhì)量。

2）周邊眼的藥量沿孔眼要均勻分布。

3）周邊眼宜使用小直徑藥卷和低猛度、低爆速的炸藥。為滿足裝結(jié)構(gòu)要求，可借助導(dǎo)爆索來實(shí)現(xiàn)空氣間隔裝藥。

4）采用毫秒微差有序起爆，使光面爆破具有良好的臨空面。

5）邊孔直徑小于等于50mm。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

高家河隧道位于陜西洛川縣洛河左岸一山梁，隧道進(jìn)口對(duì)面是黃延高速公路的亞洲第一墩，右側(cè)為包西鐵路通道既有線。

隧道起訖里程為：DK606+592～DK607+974，全長1382m，最大埋深約150m，洞內(nèi)縱坡為3‰和5.5‰的人字坡，隧道包頭端206.77m位于半徑為R=5004.49m的曲線上，西安端283.41m位于半徑為R=5000m的曲線上，其它段位于直線上。隧道洞身圍巖主要是頁巖夾砂巖，巖層產(chǎn)狀近水平，節(jié)理發(fā)育。

隧道采用先初期支護(hù)后二襯的復(fù)合式襯砌。Ⅲ類圍巖開挖采用全斷面開挖錐型掏槽技術(shù)。Ⅳ、Ⅴ類圍巖均采用三臺(tái)階開挖。

3.2 工程重難點(diǎn)分析

施工要求嚴(yán)格控制超欠挖，使開挖斷面圓順，避免方形斷面出現(xiàn)。決定采用大斷面錐型掏槽光面爆破技術(shù)，確保隧道開挖質(zhì)量。

1）實(shí)際情況主要圍巖為頁巖夾砂巖，產(chǎn)狀近水平。水平層理隧道開挖后有沿垂直層理方向的膨脹、應(yīng)力釋放、變形特點(diǎn)。而且水平層理對(duì)拱部支撐受力不利，需要對(duì)拱部進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)處理。

2）光爆效果差，超挖嚴(yán)重，開挖斷面輪廓線差，給將來的二襯施工帶來很大不便。施工過程中，進(jìn)行隧道爆破現(xiàn)狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)平均超挖量16.5cm，最大超挖量22.5cm，炮眼殘痕率81.2%，局部欠挖量6.7cm，循環(huán)進(jìn)尺3.18m。合格率60%偏低。

3.3 施工技術(shù)研討

經(jīng)過對(duì)上述5項(xiàng)指標(biāo)合格率偏低的原因分析，發(fā)現(xiàn)掏槽眼的鉆設(shè)角度大小不一，炮眼凈深不等，輔助眼的布設(shè)隨意性很大，周邊眼間距偏大，掏槽及布眼方法很多操作只是一味的靠經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，具體情況的針對(duì)性較差。

基于上述隧道爆破現(xiàn)狀調(diào)查，項(xiàng)目部訂立改善目標(biāo)如下?？偰繕?biāo)：隧道超欠挖符合設(shè)計(jì)要求，把超挖量壓縮到最小，使開挖斷面輪廓線圓順，確保光爆效果良好。具體目標(biāo)值：拱部超挖值不大于150 mm，邊墻超挖值不大于100 mm。平均循環(huán)進(jìn)尺≥3.5m。炮眼殘痕率≥90%。

為保證目標(biāo)值的實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目部開展質(zhì)量控制小組活動(dòng)，研討光爆施工技術(shù)掏槽及爆破參數(shù)的選擇，按照巖變我變的思想及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。本項(xiàng)目采用大斷面錐型掏槽技術(shù)，從左、右、上三個(gè)方向掏槽，掏槽面積21m2，掏槽眼總數(shù)48個(gè)，掏槽眼傾角與隧道軸線成65°角，掏槽眼凈深4.0m，掏槽體積25m3左右。掏槽面積大，夾制力小，成功率高，鉆爆時(shí)間少、速度快、藥量節(jié)約。周邊眼間距E=40cm，周邊眼抵抗線W=60cm，周邊眼間隔裝藥，2#巖石炸藥與乳化炸藥混裝，周邊眼炸藥無須綁扎在竹片上，可直接裝入。。

4 技術(shù)效果分析

經(jīng)過光爆施工技術(shù)措施的優(yōu)化和相應(yīng)參數(shù)的調(diào)整，平均超挖量控制在6.5cm，平均進(jìn)尺3.5m，炮眼利用率提高到92%，均達(dá)到并超出了原有設(shè)置目標(biāo)。

循環(huán)時(shí)間由原來14h/循環(huán)縮短為12h/循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺由活動(dòng)前3.0m/循環(huán)提高為3.5m/循環(huán)，最高日進(jìn)尺由5m/天增加到7m/天，大大加快了掘進(jìn)速度，提高了施工效率，縮短了工期。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王海亮.工程爆破.北京：中國鐵道出版社，2012.

[2] 陳亮亮.山嶺淺埋隧道爆破地震波傳播規(guī)律現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究.碩士學(xué)位論文，廣東工業(yè)大學(xué)，2011.