特長(zhǎng)隧道大斷面斜巖開(kāi)挖爆破參數(shù)分析

賈魯波

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，山東濟(jì)南 250000）

0 引言

目前，我國(guó)修建鐵路、公路隧道絕大多數(shù)采用鉆爆法施工。光面爆破是隧道應(yīng)用最早、范圍最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的施工方法，是山嶺隧道工程中較經(jīng)濟(jì)、合理的施工方法。鉆爆爆破關(guān)鍵技術(shù)的研究在于爆破機(jī)制、爆破參數(shù)、爆破控制管理。

鳳樹(shù)梁特長(zhǎng)隧道位于安康市嵐皋縣四季鎮(zhèn)，穿越山梁至滔河鎮(zhèn)，分為左、右線，隧道左線長(zhǎng)4793.0m，右線長(zhǎng)4789.0m。該工程隧道主要以角閃灰石巖、板巖為主，工程中應(yīng)用的施工方法為山嶺隧道中普遍采用的人工鉆爆施工，本文研究光面爆破在特長(zhǎng)隧道斜巖中的應(yīng)用。

1 隧道光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1 巖石的巖性

鳳樹(shù)梁隧道YK62+142—YK62+112，圍巖主要以微風(fēng)化板巖和角閃輝石巖為主，圍巖節(jié)理較發(fā)育，圍巖呈鑲嵌結(jié)構(gòu)。

1.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)YK62+142—YK62+112 地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分析圖推測(cè)，掌子面前方電磁波反射信號(hào)較強(qiáng)，同相軸局部錯(cuò)斷，波形雜亂以中低頻為主。根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，得出隧道面前30m 圍巖主要為微風(fēng)化板巖，圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，整體穩(wěn)定性較差，局部圍巖破碎松散[1]。

1.3 爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

1.3.1 分析巖性和隧道斷面

隧道斷面整體為斜巖，傾斜角度相對(duì)較大，見(jiàn)圖2掌子面圍巖素描，拱腰部位相對(duì)較破碎。掌子面圍巖以中硬巖石為主，堅(jiān)固系數(shù)f=8～10，斷面面積90.07m2，圍巖級(jí)別屬于Ⅳ級(jí)圍巖，局部破碎、松散。

圖1 YK62+142—YK62+112 段測(cè)試段落地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分析圖

圖2 掌子面圍巖素描

1.3.2 確定開(kāi)挖進(jìn)尺

Ⅳ級(jí)圍巖變形受一次開(kāi)挖進(jìn)尺影響較大。當(dāng)一次開(kāi)挖進(jìn)尺超過(guò)2.3m 時(shí)，拱頂易出現(xiàn)拉應(yīng)力，容易導(dǎo)致拱部圍巖沿著節(jié)理面滑塌。當(dāng)一次開(kāi)挖進(jìn)尺大于3m 時(shí)，拱腰部位容易收到剪應(yīng)力，導(dǎo)致圍巖容易剪切破壞。炮孔深度也被開(kāi)挖斷面，大斷面隧道開(kāi)挖時(shí)，炮孔過(guò)深，收到圍巖夾制作用，炮孔利用率低。一般情況下，炮孔深度L 取隧道高度（或?qū)挾龋┑?.5～0.7倍，故YK62+142—YK62+112 掌子面圍巖屬于IV 級(jí)較差圍巖（拱腰部位為斜巖發(fā)育點(diǎn)），宜采用兩臺(tái)階開(kāi)挖（ 上臺(tái)階斷面面積61.72m2, 下臺(tái)階斷面面積28.35m2）。當(dāng)隧道循環(huán)進(jìn)尺為2.4m，對(duì)隧道開(kāi)挖的擾動(dòng)較小利于保持隧道圍巖的整體穩(wěn)定性[2]。

1.3.3 炮眼的設(shè)計(jì)

掏槽眼：位于掌子面中心偏下部位，經(jīng)查詢表1 圍巖硬度與炮眼傾角關(guān)系和表2 楔形掏心與循環(huán)進(jìn)尺參考值，以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的圍巖情況，掏心采用二級(jí)楔形掏心（見(jiàn)圖3），炮眼傾角采用α=55o，眼底距離為0.3m。

表1 圍巖硬度與炮眼傾角關(guān)系

表2 楔形掏心與循環(huán)進(jìn)尺參考值

圖3 二級(jí)楔形掏心示意圖

周邊眼：為了達(dá)到隧道的設(shè)計(jì)形狀，隧道周邊眼沿著設(shè)計(jì)輪廓均勻布置。光面爆破主要參數(shù)有:炮孔直徑d、炮孔間距E、光爆層厚度W光、周邊孔的密集系數(shù)m、不耦合系數(shù)D和線裝藥密度q，一般取:

E=(8～18)d或E=(0.5～0.7)m

W光=(10～12)d或W光=(0.6～0.8)m

m=E/W光或m= 0.7～1.0

D=d孔/d炸或D= 1.25～2.0

q= 0.1～1.2kg/m

輔助眼：為擴(kuò)大掏槽眼炸出的槽腔，為后續(xù)和周邊眼爆破創(chuàng)造“臨空面”。輔助眼在掏槽眼與周邊炮眼之間，均勻布置。

綜上所述：鳳樹(shù)梁特長(zhǎng)隧道大斷面斜巖開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4 炮眼布置圖。

圖4 炮眼布置圖

1.4 施工注意事項(xiàng)

1.4.1 施工時(shí)，爆破孔的深度和角度必須符合設(shè)計(jì)，掏槽孔的眼口、眼底誤差不得大于5cm；

1.4.2 施工時(shí)，兩個(gè)相鄰輔助孔的間距距離設(shè)計(jì)位置誤差不超過(guò)5cm；周邊孔的開(kāi)孔位置誤差不應(yīng)超過(guò)5cm，眼底不應(yīng)與設(shè)計(jì)輪廓線偏差超過(guò)15cm；

1.4.3 炮孔鉆設(shè)完畢后，需要拿著炮眼布置圖檢查炮孔并做好記錄。檢查出不符合要求的炮孔后，應(yīng)該重新鉆孔，所有炮孔檢查均合格后，才能進(jìn)行裝藥[3]。

1.4.4 鉆孔前應(yīng)在掌子面進(jìn)行放線，周邊眼應(yīng)沿開(kāi)挖輪廓線進(jìn)行開(kāi)孔。鉆孔時(shí)要嚴(yán)格控制外插角，外插角越大，超挖越大。初支與掌子面距離越小，周邊眼外插角越難控制，超挖往往越大，見(jiàn)圖5 隧道周邊眼外插腳與隧道超挖的示意圖，因此應(yīng)適當(dāng)增大初支與掌子面的距離，以此來(lái)控制隧道的外插角。

圖5 隧道周邊眼外插腳與隧道超挖的示意圖

1.4.5 周邊孔裝藥采用不耦合裝藥方式，如圖6周邊眼不耦合裝藥示意圖所示。

圖6 周邊眼不耦合裝藥示意圖

2 爆破效果

現(xiàn)場(chǎng)在試炮結(jié)束后進(jìn)行了兩次爆破工程施工作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)的爆破效果及超欠挖情況統(tǒng)計(jì)如圖7YK62+142—YK62+139.6 上臺(tái)階超挖統(tǒng)計(jì)、圖8YK62+139.6—YK62+137.2 上臺(tái)階超挖統(tǒng)計(jì)、圖9 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果圖。

圖7 YK62+142—YK62+139.6 上臺(tái)階超挖統(tǒng)計(jì)（最大超挖28cm，最小超挖4cm）

圖8 YK62+139.6—YK62+137.2 上臺(tái)階超挖（最大超挖29cm，最小超挖-8cm）

圖9 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果圖

效果分析：通過(guò)兩個(gè)循環(huán)的超欠挖統(tǒng)計(jì)分析，隧道的超欠挖已處于可控狀態(tài)，隧道超挖得到有效控制，大大減少了隧道的噴射混凝土超方，同時(shí)有利于減少出渣時(shí)間和噴射混凝土?xí)r間，極大地節(jié)約了隧道開(kāi)挖的成本[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以鳳樹(shù)梁隧道右線為依托工程，設(shè)計(jì)完成后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際爆破施工。合理的布設(shè)炮孔，不僅可以提高火工品的使用率，更可以降低火工品材料消耗。好的爆破施工能效控制超挖，可以大幅度降低初期支護(hù)所需噴射混凝土，做到增效、減耗，節(jié)省施工成本。

同時(shí)，隧道鉆爆設(shè)計(jì)是一個(gè)需要不斷摸索、改進(jìn)數(shù)據(jù)的過(guò)程。隧道的爆破施工直接關(guān)系到隧道的成本，而隧道爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。