陜北黃土巖石地層隧道爆破技術(shù)

王日照

摘要：隧道掘進(jìn)爆破設(shè)計(jì)為隧道鉆爆法施工技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，對(duì)施工安全、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)性均起到關(guān)鍵作用。結(jié)合陜北黃土巖石地層特殊地質(zhì)特性，通過針對(duì)性設(shè)計(jì)，得出相對(duì)合理的參數(shù)及工藝，通過實(shí)踐驗(yàn)證滿足施工需要，可為類似工程施工提供依據(jù)。

Abstract： Tunneling blasting design is one of the key contents of tunnel drilling and blasting construction technology research， and it plays a key role in construction safety， schedule and economy. Combined with the special geological characteristics of the loess rock stratum in northern Shaanxi， through the targeted design， the relatively reasonable parameters and processes are obtained， which can be verified by practice to meet the construction needs and can provide a basis for similar engineering construction.

關(guān)鍵詞：陜北;黃土巖石地層;隧道;爆破設(shè)計(jì);環(huán)形留核心土

Key words： Northern Shaanxi;loess rock stratum;tunnel;blasting design;annular core soil

中圖分類號(hào)：TD235 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）11-0150-04

0 ?引言

陜北黃土高原地區(qū)地勢(shì)起伏大，溝寬谷深，丘壑縱橫，再加上經(jīng)濟(jì)相對(duì)不發(fā)達(dá)，基礎(chǔ)設(shè)施特別是交通條件發(fā)展緩慢。近年隨著西部大開發(fā)持續(xù)深入，國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，以及西安成為我國中心城市的機(jī)遇，陜北地區(qū)迎來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的機(jī)遇。隧道掘進(jìn)最關(guān)鍵的工序即是爆破設(shè)計(jì)及工法選擇，通過針對(duì)特殊的黃土巖石地層進(jìn)行專門的爆破設(shè)計(jì)研究，以確保隧道掘進(jìn)安全、按期完成任務(wù)，以及盡量減少超挖、控制施工成本。

1 ?工程概況

陜西省延黃高速公路起點(diǎn)位于陜西省延長縣，終點(diǎn)于陜西省黃龍縣，設(shè)計(jì)速度80km/h，為雙向四車道高速公路。項(xiàng)目所在區(qū)位于陜西省中東部，陜北高原東南端，走向近于南北，自北向南地質(zhì)情況差別較大。延長地區(qū)黃土覆蓋層厚，土壤顏色較淺，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，為典型陜北黃土高原黃土地層;黃龍地區(qū)黃土覆蓋層薄，粘土含量高，顏色較深，下伏三疊系永平組沙泥巖，地層產(chǎn)狀水平，應(yīng)屬黃土巖石地層。

麻地灣2號(hào)隧道位于黃龍縣石堡鎮(zhèn)麻地灣村，采用高速公路隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，隧道建筑界限10.25m，限界高度5.0m，最大埋深110m，長1350m，屬中隧道。拱架設(shè)計(jì)間距0.7～1.0m。

1.1 地形地貌

隧址區(qū)屬于中低山基巖梁峁地貌，海拔高度1509～1682m，梁頂寬約130～350m，兩側(cè)斜坡溝壑縱橫，坡面植被較發(fā)育。隧址大致呈東南走向，梢林發(fā)育。梁峁基底為三疊系層狀基巖，上部為第四系風(fēng)積黃土;隧道進(jìn)出口段地形相對(duì)較陡，坡面為坡殘積粉質(zhì)黏土，出口段斜坡陡立，表層出露中更新統(tǒng)黃土垂直節(jié)理發(fā)育，下伏三疊系砂泥巖互層，黃土梁兩側(cè)河谷階地發(fā)育。

1.2 地層巖性

隧址區(qū)揭露地層由老到新依次為三疊系永坪組（T3y）砂泥巖、中更新統(tǒng)離石組黃土（Q2eol）、上更新統(tǒng)古土壤（Q2el）和上更新統(tǒng)馬蘭組黃土（Q3eol）。

2 ?圍巖評(píng)價(jià)及對(duì)爆破要求

2.1 圍巖分級(jí)評(píng)價(jià)

該段表層覆蓋第四系風(fēng)積馬蘭黃土和離石黃土，厚度10～20m，下伏基巖為三疊系永坪組砂泥巖，層狀構(gòu)造，強(qiáng)～中風(fēng)化，具飽、脫水開裂特征。受淺埋及淺層風(fēng)化影響，巖體風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈裂面結(jié)構(gòu)，無自穩(wěn)能力，拱頂容易坍塌、冒頂。潮濕或點(diǎn)滴狀出水為主，局部易出現(xiàn)淋水及線性淋水。圍巖等級(jí)按V級(jí)考慮。

2.2 對(duì)爆破的要求

地質(zhì)決定設(shè)計(jì)。爆破設(shè)計(jì)中把安全放在首位，確?，F(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備安全;最大限度保護(hù)洞壁巖體的完整性，以減少拱頂塌方風(fēng)險(xiǎn)并控制超挖，并盡可能降低炸藥單耗和生產(chǎn)成本;由于工期緊、任務(wù)重，在工法選擇及爆破設(shè)計(jì)中要考慮進(jìn)度因素，確保按期完成任務(wù)。

3 ?隧道掘進(jìn)爆破設(shè)計(jì)

3.1 開挖方案選擇

根據(jù)隧道長度及地質(zhì)條件，綜合考慮工期及施工安全性，采用環(huán)形留核心土法開挖，每斷面分5步掘進(jìn)，即按下圖中1→2→3→4→5的順序依次進(jìn)行開挖，上部留核心土支擋開挖工作面，有利于及時(shí)封閉拱部初期支護(hù)以增強(qiáng)開挖工作面的穩(wěn)定。一般環(huán)形開挖進(jìn)尺為0.6～1.0m;下臺(tái)階長度為不大于1.5倍的開挖寬度，落底時(shí)采用拉中槽跳間挖馬口的方法，馬口寬度2.5～3.0m。

3.2 爆破參數(shù)的選取

為充分發(fā)揮圍巖的自承能力，減輕對(duì)圍巖的振動(dòng)破壞，采用微振動(dòng)控制光面爆破技術(shù)。根據(jù)圍巖情況及時(shí)修正爆破參數(shù)，達(dá)到最佳爆破效果，形成整齊圓順的開挖斷面，減少超挖，杜絕欠挖。嚴(yán)格控制裝藥量及按照光面爆破設(shè)計(jì)施工，減少炮轟波對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

參數(shù)選取主要包括鉆孔形式、排距（圓距）、孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥量計(jì)算、網(wǎng)路設(shè)計(jì)等基本參數(shù)。

3.2.1 鉆孔形式

隧道上臺(tái)階掘進(jìn)一般都采用水平鉆孔;下臺(tái)階可采用水平鉆孔爆破，也可采用垂直鉆孔爆破，應(yīng)根據(jù)具體情況確定。如果采用鑿巖臺(tái)車鉆孔，采取水平孔為好，如人工鉆孔，采用垂直孔為好。炮孔孔徑為40mm。

3.2.2 掏槽形式

隧道掘進(jìn)爆破的掏槽形式有：垂直掏槽、楔形掏槽和混合掏槽三種。當(dāng)掘進(jìn)段面比較小時(shí)，通常多采用垂直掏槽，當(dāng)掘進(jìn)斷面比較大時(shí)，多采用傾斜掏槽。

①垂直掏槽。以中心孔為圓心，半徑30cm為半徑，中心孔四周設(shè)4個(gè)掏槽孔，間距60cm。掏槽孔較循環(huán)進(jìn)尺加深20cm，掏槽孔外布置4個(gè)擴(kuò)槽孔，孔間距100cm。垂直掏槽形式用在V類圍巖的掘進(jìn)中較為合適。

②楔形掏槽。當(dāng)隧道斷面比較大時(shí)，宜垂直楔形掏槽。掏槽孔比輔助孔深10～30cm。一般掏槽孔取2～8對(duì)，兩排炮孔孔口問距取100～500m。炮孔間距30～60cm（具體根據(jù)巖性確定，巖石堅(jiān)硬取小值，巖石松軟取大值）。孔底間距20～40cm。

3.2.3 周邊孔

隧道周邊采用光面爆破?？拙嘁还扇?0～60cm。鉆孔時(shí)孔口從設(shè)計(jì)線開挖線向內(nèi)偏10cm，孔底向外偏10cm，光面層厚取60～90cm，光面層周邊孔（光面孔）間距取50cm，如果光面孔試爆后孔間留埂，孔距應(yīng)調(diào)小。

3.2.4 輔助孔

輔助孔間距一般為80～100cm，排距為70～90cm。

3.2.5 炸藥單耗選取與單孔炸藥量計(jì)算

①掏槽孔。掏槽孔單孔裝藥量的計(jì)算采用裝藥系數(shù)來計(jì)算單孔裝藥量，裝藥系數(shù)為裝藥長度與炮孔長度之比。

一般裝藥系數(shù)取0.6～0.8，本方案取0.7，既裝藥長度L=炮孔長度L×0.7（當(dāng)前常用的炸藥卷為：直徑Φ=32cm，長度L=20cm，重量q=200g），單孔裝藥量為Q=（L/0.2）×0.2（kg）。

②光面孔。光面孔采用線裝藥密度來計(jì)算裝藥量，即Q=K×L，裝藥密度K取0.1～0.2kg/m，本方案0.15kg/m，即Q=0.15L。

③輔助孔。輔助空亦稱擴(kuò)槽孔或崩落孔，隧道輔助孔單耗一般去k=0.8～1.5kg/m3左右，這里由于巖石比較松軟取單耗k=1.0kg/m3，當(dāng)進(jìn)入隧道深部巖石比較堅(jiān)硬時(shí)，可逐步增大。

3.2.6 裝藥結(jié)構(gòu)

輔助孔和掏槽孔均采用連續(xù)耦合裝藥;光面孔一般采用間斷不耦合裝藥，但由于孔通常比較淺，單孔裝藥量比較小，也可以采用空氣柱裝藥結(jié)構(gòu)，即把藥卷捆綁在導(dǎo)爆索上，放入炮孔的中部偏下一些，孔口用炮泥堵塞20～40cm，剩余部分不裝填堵塞物（藥卷上下均為空氣柱）。

3.2.7 爆破網(wǎng)路

為了確保爆破效果，減小爆破振動(dòng)，采用毫秒差導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)路，盡可能減小次起爆藥量，網(wǎng)路采用簇聯(lián)。

3.3 環(huán)形留核心土法爆破設(shè)計(jì)

3.3.1 循環(huán)進(jìn)尺確定

每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺暫取1.0m，施工中根據(jù)巖石堅(jiān)硬程度調(diào)整。

3.3.2 掏槽方式選取

因環(huán)形開挖留核心土法采取七部開挖，每個(gè)開挖斷面較小，故均采用垂直掏槽方式。

3.3.3 上導(dǎo)坑炮孔布置及爆破參數(shù)

①炮孔布置。

②拱頂導(dǎo)坑爆破參數(shù)。

③上部?jī)蓚?cè)導(dǎo)坑爆破參數(shù)。

上部?jī)蓚?cè)導(dǎo)坑爆破參數(shù)及裝藥參考拱頂導(dǎo)坑。

3.3.4 核心土炮孔布置及爆破參數(shù)

①炮孔布置如圖5。

②爆破參數(shù)如表5。

3.3.5 下導(dǎo)坑中部炮孔布置及爆破參數(shù)

①炮孔布置如圖6。

②爆破參數(shù)如表6。

3.3.6 下導(dǎo)坑炮孔布置及爆破參數(shù)

①炮孔布置如圖7。

②爆破參數(shù)如表7。

4 ?爆破效果

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看，每循環(huán)進(jìn)尺3榀內(nèi)基本能確保安全，綜合考慮進(jìn)度及超挖引起成本增加因素，循環(huán)進(jìn)尺取2.0m，綜合進(jìn)度90m/月，拱頂超挖平均在100%以內(nèi)，噴砼超耗得到有效控制。

5 ?結(jié)語

通過對(duì)陜北黃土巖石地層的針對(duì)性的設(shè)計(jì)，隧道爆破掘進(jìn)中既確保了安全、控制了超挖超耗，又兼顧了進(jìn)度，取得了良好的效果，可為類似工程提供技術(shù)支持及經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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