軟弱圍巖爆破技術(shù)在龍頭嶺隧道中的應(yīng)用

殷芳滿，韓國光

（池州市長江巖土爆破工程有限公司，安徽池州247100）

路橋與建筑

軟弱圍巖爆破技術(shù)在龍頭嶺隧道中的應(yīng)用

殷芳滿，韓國光

（池州市長江巖土爆破工程有限公司，安徽池州247100）

根據(jù)軟弱圍巖的特點(diǎn)，分析了隧道爆破掘進(jìn)對軟弱圍巖穩(wěn)定性的影響。以龍頭嶺隧道爆破施工為工程實例，給出了軟弱圍巖的爆破施工參數(shù)的選取方法，保障了施工的進(jìn)度、質(zhì)量和安全，為類似工程實踐參數(shù)的選取提供參考。

軟弱圍巖；隧道爆破；技術(shù)參數(shù)；施工保障

0 引言

隧道開挖是公路、高鐵、物流廊道等工程施工過程中穿越山體、地下結(jié)構(gòu)時常見的施工方法，而在隧道的施工過程中，經(jīng)常會遇到軟弱圍巖等不良的地質(zhì)情況，軟弱圍巖隧洞的施工質(zhì)量不僅影響著隧洞的穩(wěn)定性，還會影響隧道施工安全和工程進(jìn)度[1]。

1 爆破對圍巖的穩(wěn)定性的影響分析

隧道爆破開挖后，巖體中形成了新的自由面，而原來處于高應(yīng)力作用下的軟弱圍巖，會向新的自由空間產(chǎn)生位移，圍巖的自穩(wěn)能力不斷減弱[3]。在反復(fù)多次的爆破應(yīng)力波的擾動下，圍巖的變形速度會進(jìn)一步加快，巖體進(jìn)一步損傷，而軟弱圍巖本身的膠結(jié)程度差、節(jié)理程度高，因此可能會出現(xiàn)掉塊和塌頂?shù)默F(xiàn)象。

在隧道施工過程中造成的超欠挖在所難免，但是由于軟弱巖層本身具有巖面結(jié)合程度較差、粘結(jié)力弱等特點(diǎn)，在開挖時，更易造成超欠挖。通過提高鉆孔精度，選擇合適的單耗、周邊孔線裝藥密度以及裝藥結(jié)構(gòu)，可以減少對圍巖的振動和破壞，從而減少超欠挖[4-5]。

2 龍頭嶺隧道概況

龍頭嶺隧道是安徽省望東長江公路大橋的控制性工程，為新建分離式的四車道高速公路隧道，隧道凈空為10.75 m，建筑限界高度5 m，龍頭嶺隧道位于東至縣香隅鎮(zhèn)附近。隧道縱坡為1.1%上坡和0.9%下坡，拱頂最大埋深約133 m，拱頂最小埋深埋深約8 m，隧道洞口為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極易破碎，洞口軟弱圍巖段（Ⅴ級圍巖）成為施工的難點(diǎn)和控制點(diǎn)，洞口軟弱圍巖的施工不僅關(guān)乎著隧道洞口施工場地的人員和機(jī)械的安全，還關(guān)乎著洞口的成型及噴漿、支護(hù)的順利性。施工明洞采用明洞襯砌，其余均采用復(fù)合式襯砌。龍頭嶺隧道長度及圍巖參數(shù)見表1。

表1 龍頭嶺隧道長度及圍巖參數(shù)m

3 爆破施工方案

如前述，隧道掘進(jìn)根據(jù)所穿巖層的賦存條件和巖石性質(zhì)選擇施工方案，IV級圍巖采用上下斷面正臺階開挖，V級軟弱圍巖正臺階環(huán)形留核心土開挖[6]，V級軟弱圍巖的開挖進(jìn)尺0.5～1.0 m，開挖時應(yīng)進(jìn)行超前支護(hù)。

施工中嚴(yán)格按照設(shè)計要求，遵循新奧法施工原理，加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的監(jiān)控、測量，確保開挖安全、順利進(jìn)行。

3.1 炮孔布置

IV級圍巖采用上下斷面正臺階開挖，該施工方法步驟簡單，支護(hù)方便，安全性好，類似于露天淺孔臺階爆破，V級軟弱圍巖正臺階環(huán)形留核心土開挖方法在施工中，通過選擇合適的單耗、周邊孔線裝藥密度以及裝藥結(jié)構(gòu)，可以減少對圍巖的振動和破壞[7]，保證了施工了進(jìn)度和安全。軟弱圍巖施工中的炮孔參數(shù)布置如下：

1）周邊炮孔。采用工程類比法，并在施工中不斷優(yōu)化調(diào)整，炮眼間距E=（8～12）d（d為炮眼直徑）；抵抗線W=（1.0～1.4）E。

2）掏槽孔。掏槽孔采用雙楔形掏槽，每對掏槽孔間距為0.2～0.6 m，孔底間距為0.1～0.2 m。掏槽孔與工作面夾角為55°～75°，本工程兩排炮孔間距0.3 m。

3）輔助孔。本工程取90 cm，施工中可適當(dāng)調(diào)整。

4）周邊孔。周邊孔采用光面爆破，減少對圍巖的擾動，周邊孔間距一般為30～60 cm，本工程取50 cm。

周邊孔爆破時采用不耦合裝藥，并應(yīng)同時起爆，確保爆破質(zhì)量。

3.2 炮孔數(shù)

在隧道施工中，炮孔的數(shù)目經(jīng)常采用以下經(jīng)驗公式[8]

式中：N為炮孔數(shù)；f為巖石普氏系數(shù)；S為巷道掘進(jìn)斷面，m2。

隧道巖石普氏系數(shù)f=4～12，上下斷面正臺階開挖取f=8～10，而對于軟弱圍巖的爆破施工，由于圍巖的硬度f一般為4～6，正臺階環(huán)形留核心土開挖取f=6；本工程N(yùn)實際取120～150；

正臺階環(huán)形開挖方法將斷面分為環(huán)形拱部、上部核心土、下臺階等3部分，這樣可以減少單次起爆的藥量，減少爆破振動對軟弱圍巖的破壞，在有自由面的前提下，下臺階爆破施工參數(shù)可參考淺孔臺階爆破參數(shù)，可以減少炮孔數(shù)目。施工難度最大的V級圍巖段開挖炮孔布置如圖1所示。

圖1 V級圍巖段開挖炮孔布置

3.3 單孔裝藥量的計算

隧道爆破，掏槽眼要求拋擲；掘進(jìn)眼只要求松動，周邊眼則要求預(yù)裂爆破，所以各部位炮眼的裝藥量是不同的。

周邊眼單孔藥量計算公式為：

式中：QK為單孔裝藥量，g；ρ0為炸藥的密度，g/ cm3；L為炮眼深度，cm；di為炸藥直徑，cm；β為光面爆破炮眼填裝系數(shù)，一般取0.5～0.7，在軟弱圍巖中，炮孔的填裝系數(shù)取小，這里取0.5；軟弱圍巖中，掘進(jìn)進(jìn)尺為0.5～1.0 m，炮孔深度L為60～110 cm。

其他各部位炮眼裝藥量計算公式為：

式中：q為單孔裝藥量，g；K為裝藥密度；α為炮眼間距，cm；L為炮眼深度，cm；W為炮眼爆破方向的抵抗線，cm；λ為炮眼所在部位系數(shù)，掏槽眼λ取3，輔助眼λ取2。

3.4 爆破器材的選擇

隧道爆破采用巖石乳化炸藥，周邊光爆孔采用φ25 mm的小藥卷并使用導(dǎo)爆索連結(jié)各藥卷，其它炮眼采用φ32 mm的標(biāo)準(zhǔn)藥卷。雷管采用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管（1～11 ms）。

4 其他爆破安全措施

1）正臺階環(huán)形留核心土開挖和上下斷面正臺階開挖法施工時，注意控制核心部分和下臺階邊緣孔的裝藥量（采用少裝藥或分層裝藥），以免導(dǎo)致超前支護(hù)在爆破時被的破壞，特別是軟弱圍巖的支護(hù)，本身圍巖應(yīng)力比較大，支護(hù)壓力就很大，過度的擾動，會大大增加支護(hù)破壞的可能性[7-8]。

2）炮孔的堵塞可以提高炸藥的能量利用率，因此堵塞長度不小于20 cm，堵塞材料采用炮泥（組分砂：黏土：水=3：1：1）。

3）圍巖強(qiáng)度不同，爆破效果也不同，施工時要進(jìn)行試爆，取得可靠合理的爆破參數(shù)。

4）隧道左、右線洞口均為Ⅴ級淺埋圍巖，洞口場地有限，施工條件很差，洞口兩側(cè)的邊坡屬于較不穩(wěn)定型結(jié)構(gòu)邊坡，設(shè)計采用注漿小導(dǎo)管對臨時邊仰坡進(jìn)行防護(hù)，在覆土層較薄區(qū)域采用蓋挖法施工注漿回填，確保龍頭嶺洞口軟弱圍巖段的安全進(jìn)洞，防止洞口的垮塌。

5 結(jié)語

針對軟弱圍巖在鉆爆施工過程中出現(xiàn)圍巖過大的擾動、變形、掉塊的主要問題，對爆破方法進(jìn)行了改進(jìn)，通過逐步實踐調(diào)整并選擇出針對軟弱圍巖的相對合理的爆破施工參數(shù)。通過龍頭嶺隧道的工程實踐證明，本技術(shù)方案的實施運(yùn)用，使得該隧道在施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面達(dá)到了預(yù)期的要求。

［1］關(guān)寶樹．隧道工程施工要點(diǎn)集［M］．北京：人民交通出版社，2003．

［2］朱永全．隧道工程［M］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［3］劉書廣，費(fèi)維水．施工爆破對隧道圍巖的擾動分析［J］．交通世界，2006（8）：73-76．

［4］鄧顯平．隧道超欠挖的影響因素及控制途徑［J］．公路交通科技，2009（1）：5-6．

［5］萬姜林，關(guān)寶樹．鉆爆法隧道控制超欠挖技術(shù)研究［J］．西南交通大學(xué)學(xué)報，1992（86）：302-307．

［6］鄒樹梅，王勝勇．軟弱圍巖控制爆破設(shè)計與施工［J］．工程力學(xué)，2000（增刊）：742-750．

［7］林從謀.淺埋隧道掘進(jìn)爆破振動特性、預(yù)報及控制技術(shù)研究［D］．上海：同濟(jì)大學(xué)，2005．

［8］齊景岳.下坑隧道軟弱圍巖全斷面開挖光面爆破［J］．隧道工程，1980（3）.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Application of soft surrounding rock blasting technology in Longtouling mountain tunnel

YIN Fangman,HAN Guoguang
(Chizhou Changjiang Rock Blasting Engineering Co.,Ltd.,Chizhou 247100,China)

According to the characteristics of soft surrounding rock,this article analyses the effect of tunnel blasting excavation on soft surrounding rock stability.Taking Longtouling mountain tunnel blasting construction for the engineering example,the article shows the selection method of blasting construction parameters in soft rock to ensure the construction progress,quality and safety, which provide the reference for the similar engineering practice parameter selection.

soft surrounding rock;tunnel blasting;technical parameter;construction guarantee

TD235.3

B

1671－9816（2017）02－0088－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.024

殷芳滿，韓國光.軟弱圍巖爆破技術(shù)在龍頭嶺隧道中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：88-90.

2016-09-01

殷芳滿（1969—），安徽池州人，高級工程師，本科，從事爆破技術(shù)及爆破施工管理工作。