光面爆破在順層偏壓軟弱破碎圍巖段的技術(shù)應(yīng)用

曹艷非

摘要：在隧道開挖過程中，根據(jù)隧道不良地質(zhì)的類型，及時調(diào)整爆破參數(shù)，是保證施工安全、控制超欠挖及施工成本的關(guān)鍵，以陳家場隧道進(jìn)口段實(shí)際施工為例，介紹了施工中順層偏壓地段光面爆破施工參數(shù)的選擇、具體的施工工藝，對于控制隧道超欠挖起到了積極的作用。同時介紹了采用光面爆破的爆破效果和取得的經(jīng)濟(jì)效益。為類似的工程項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞： 陳家場隧道；順層偏壓；軟弱破碎；光面爆破

1光面爆破技術(shù)簡介

光面爆破是一種根據(jù)掌子面巖體情況選擇合適的爆破參數(shù)，用合理的方法應(yīng)用到現(xiàn)場實(shí)際施工中，使隧道開挖輪廓達(dá)到理想狀態(tài)的一種爆破技術(shù)。理想狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)為：開挖輪廓成型符合設(shè)計輪廓要求，眼痕率不小于80%， 巖面沒有明顯的炮震裂隙，無欠挖，平均線性超挖值小于20cm等。光面爆破是不良地質(zhì)隧道中比較實(shí)用的開挖控制爆破技術(shù)，它在隧道施工中的效果好壞主要取決于爆破參數(shù)的確定是否合適，光面爆破參數(shù)主要包括：周邊眼間距、周邊眼抵抗線、裝藥集中度等，爆破參數(shù)的確定需要在現(xiàn)場爆破實(shí)踐中根據(jù)爆破效果不斷的調(diào)整修正后最終確定。

2工程概述。

陳家場隧道位于重慶市巴南區(qū)一品鎮(zhèn)境內(nèi)，為正線雙線隧道，中心里程DK17+730，最大埋深76m，全長950 m，隧區(qū)屬低山丘陵地貌，海拔標(biāo)高為249.3～361.2 m，相對高差為20～100 m，地形起伏較大，穿越地層部分主要為泥巖夾砂巖、砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，較破碎，隧道沿線不良地質(zhì)主要為順層偏壓，洞身巖層傾角為40～50°，巖層走向與線路夾角小于30°，其圍巖級別主要為Ⅴ、Ⅳ，為軟弱圍巖。

3施工方案選擇。

地質(zhì)順層偏壓段在隧道開挖過程中巖體易受擾動，擾動后會使圍巖應(yīng)力沿順層面轉(zhuǎn)移釋放，圍巖本身節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖破碎，導(dǎo)致隧道開挖存在較大的施工安全隱患，在順層偏壓地段，圍巖又相對軟弱、破碎，如何在開挖后保持圍巖穩(wěn)定爆破設(shè)計中需要考慮的一個重要問題，根據(jù)陳家場隧道的圍巖情況和施工設(shè)計采用臺階法開挖， 為保證隧道開挖施工安全以及更好的控制超欠挖，控制施工成本，經(jīng)項(xiàng)目部組織召開隧道施工專家研討會后，決議在陳家場隧道開挖施工中采用光面爆破，采用光面爆破可以更好的控制超欠挖，特別是松軟巖層中效果明顯，而且爆破后開挖輪廓成形規(guī)整，圍巖產(chǎn)生的爆震裂縫也能大量減少，提高了圍巖的穩(wěn)定性和自承能力，減少了支護(hù)工作量和材料消耗，從而加快了開挖工作的速度，降低成本，保證了施工安全和施工質(zhì)量。

4爆破設(shè)計

爆破采用光面爆破。鉆爆設(shè)計的關(guān)鍵在于掏槽方式的選定和爆破參數(shù)的確定。

4.1火工品的選擇：

（1）選用2#巖石乳化炸藥，炮孔直徑Φ42mm，藥卷規(guī)格為Φ32mm×200m、Φ25mm×200m；

（2）雷管選用1～17段的非電毫秒雷管，導(dǎo)爆管采用塑料導(dǎo)爆管。

4.2 炮眼深度的確定

根據(jù)設(shè)計和規(guī)范相關(guān)要求，以及現(xiàn)場的實(shí)際施工情況，確定陳家場隧道在不同圍巖級別下選擇不同的開挖循環(huán)進(jìn)尺，Ⅴ級圍巖每循環(huán)進(jìn)尺為1.2m，周邊眼及輔助眼深度確定為1.8m，Ⅳ級圍巖每循環(huán)進(jìn)尺為2.4m，周邊眼及輔助眼深度確定為3.0m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。

4.3掏槽方式的選定

掏槽的目的是為其它炮眼拓出臨空面，實(shí)現(xiàn)有效爆破。掏槽關(guān)系到隧道爆破的成敗，直接影響爆破效果，掏槽深度直接關(guān)系到循環(huán)進(jìn)尺。而掏槽又與地質(zhì)條件、掏槽深度及形式、炸藥種類及裝藥量等因素有關(guān)。經(jīng)過比較，采用斜眼掏槽。 掏槽眼眼口間距：B=2×300×cos54°+0.2=3.72m，確定為3.7m。

4.4周邊眼間距及最小抵抗線等爆破參數(shù)的確定

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，光面爆破周邊眼間距E一般取（8-15）d（d為炮孔直徑），Ⅴ級圍巖取40cm，Ⅳ級圍巖取50cm，周邊眼最小抵抗線w一般?。?0-20）d（d為炮孔直徑），Ⅴ級圍巖取50cm，Ⅳ級圍巖取60cm，不偶合系數(shù)D，Ⅴ級圍巖為取1.8，Ⅳ級圍巖取2.2，裝藥集中度q，Ⅴ級圍巖為取0.2，Ⅳ級圍巖取0.3kg/m。

4.5 其他各部位炮眼單孔的裝藥量均可按下式計算：

q=kawl λ

式中：

k――單位炸藥消耗量，kg/m3，軟巖隧道取直1.2～1.5kg/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)，一般取1～2；

4.6裝藥結(jié)構(gòu)型式。

周邊眼采用竹片，導(dǎo)爆管、藥卷間隔裝藥結(jié)構(gòu)，藥卷直徑Φ25mm，裝藥不耦合系數(shù)為1.8，底部裝藥量可以適當(dāng)加大。其他炮眼采用Φ32mm藥卷，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。

5光面爆破施工工藝流程

5.1測量放樣布眼。

周邊眼應(yīng)沿著開挖輪廓線布置準(zhǔn)確，確保開挖輪廓滿足設(shè)計要求，然后在根據(jù)爆破參數(shù)，將輔助眼。掏槽眼合理的布置到開挖掌子面上，司鉆前，開挖紅斑要通知測量組人員放樣標(biāo)出鉆孔位置，炮眼位置誤差應(yīng)小于5cm。

5.2鉆孔。

隧道內(nèi)加工簡易開挖臺車作為鉆孔平臺，使用裝載機(jī)將開挖臺車推送至掌子面并進(jìn)行準(zhǔn)確就位。鉆工按照測量放樣炮孔點(diǎn)位布置正確鉆孔，開眼誤差不能過大，應(yīng)控制在3cm以內(nèi)，周邊眼鉆孔，應(yīng)定崗定人，使用經(jīng)驗(yàn)豐富的鉆工進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔過程中周邊眼的外插角角度要合適，一般不大于3°，盡可能使兩茬炮交界處臺階不大于15cm。經(jīng)過現(xiàn)場施工的幾個循環(huán)，經(jīng)過不斷的比較、調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)，在順層偏壓軟弱破碎圍巖隧道施工中，無論是Ⅴ級圍巖或者是Ⅳ級圍巖，將周邊眼間距控制在40cm以內(nèi)，爆破效果是比較理想的。

5.3清孔。

裝藥前用高壓風(fēng)清孔，吹干凈孔內(nèi)積水及碴粒粉屑。

5.4裝藥。

裝藥前用高壓風(fēng)清除炮眼內(nèi)的巖粉、 積水， 防止堵塞。 并用炮棍檢查炮眼深度、 角度、 方向和炮眼內(nèi)部情況。驗(yàn)孔完成后按照鉆爆作業(yè)規(guī)程、 爆破設(shè)計規(guī)定的炮眼裝藥量、 起爆段位進(jìn)行裝藥。 所有裝藥的炮眼采用炮泥堵塞， 最初填塞的炮泥慢慢用力， 輕搗壓實(shí)， 以后各段炮泥依次用力一一搗實(shí)。

5.5連接起爆網(wǎng)絡(luò)。

起爆網(wǎng)絡(luò)為并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性，聯(lián)結(jié)時導(dǎo)爆管不能打結(jié)或拉細(xì)。起爆雷管用絕緣膠布包扎在離一根導(dǎo)爆管自由端15cm處。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)好后要派專人負(fù)責(zé)檢查沒有問題后再起爆。起爆順序應(yīng)為掏槽眼→輔助眼→內(nèi)圈眼→周邊眼，先起爆掏槽眼，形成臨空面，然后再依次起爆輔助眼和內(nèi)圈眼將圍巖層層剝離，最后起爆周邊眼，使開挖斷面輪廓成型。

6光面爆破在現(xiàn)場施工過程中的應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

6.1 應(yīng)用效果

在陳家場隧道應(yīng)用光面爆破施工工藝后，經(jīng)過不斷的調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)后，在隧道施工過程中，應(yīng)用效果顯著，主要表現(xiàn)為：

爆破后開挖輪廓成型規(guī)整，炮眼痕跡率可以達(dá)到85%，兩茬炮銜接臺階最大尺寸12cm，且平均線形超挖最大不超過20cm，基本上無欠挖，爆破碴塊大小適度較均勻，便于出碴裝車，提高了出渣效率，巖面較平整，無較大凸凹，既節(jié)省了排險時間，也大大提高了支護(hù)工人施工的安全系數(shù)。

6.2經(jīng)濟(jì)效益

時間效益：采用光面爆破雖然鉆孔及裝藥時間比一般爆破長將近30分鐘，但成型輪廓好，碴塊大小均勻，出碴、排險和支護(hù)時間節(jié)約1.5小時，縮短了工序時間，加快了施工進(jìn)度，并且為后續(xù)的防排水施工提供了便利條件，更進(jìn)一步提高了隧道的襯砌質(zhì)量。

經(jīng)濟(jì)效益：采用光面爆破更好的控制了隧道的超前挖，與一般爆破比較，超挖量可以減少15%～20%，不僅可以節(jié)省因超挖造成的回填噴射混凝土工程量，而且也可以減少火工品的耗費(fèi)量，節(jié)約了施工成本。

7 結(jié)語

光面爆破施工關(guān)鍵是要嚴(yán)格的按照爆破設(shè)計參數(shù)及工藝要求將布置炮眼、司鉆、清孔裝藥、聯(lián)絡(luò)起爆等工序應(yīng)用到隧道施工中，在施工過程中更要定人、定崗、定孔、定責(zé)，加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)，使其樹立認(rèn)著、嚴(yán)細(xì)的作風(fēng)，加強(qiáng)工作責(zé)任心，不斷的提高光面爆破效果和開挖質(zhì)量。

在順層偏壓且圍巖較軟弱破碎的隧道實(shí)施光面爆破施工工藝，雖然取得了不錯的爆破效果，但在后續(xù)的施工過程中還需要根據(jù)掌子面的圍巖情況隨時調(diào)整爆破參數(shù)，使爆破效果的理想狀態(tài)化不斷提高。

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（作者單位：中鐵十五局集團(tuán)第三工程有限公司）