貴州黔東南板巖地質(zhì)條件下隧道控制爆破鉆爆設(shè)計(jì)

張 強(qiáng)

中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

岑相隧道位于貴州省黔東南榕江縣古州鎮(zhèn)寨頭村段寨蒿河對(duì)岸。設(shè)計(jì)為分離式隧道。隧道洞身穿越地段砂質(zhì)板巖為主，最大埋深169m，圍巖為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖，無(wú)巖爆發(fā)生條件，隧址區(qū)無(wú)大型地表水體，鉆探未揭露地下水位，隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，部分區(qū)域穿越溝槽地帶，有斷層風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘探鉆探結(jié)果顯示，隧址區(qū)無(wú)地表水通過(guò)，總體水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，該區(qū)域地表層分布少量第四系全新統(tǒng)殘坡積成因粉質(zhì)黏土，其下分布古生界的前震旦系上板溪群清水江組，巖性為變余凝灰?guī)r，掌子面圍巖情況如圖1所示。其主要巖土工程地質(zhì)如下。

圖1 掌子面圍巖情況

（1）強(qiáng)風(fēng)化變余凝灰?guī)r：變余凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，中薄層狀構(gòu)造，黃灰夾深灰色，節(jié)理發(fā)育，裂面不規(guī)則附褐色水銹質(zhì)。

（2）中風(fēng)化變余凝灰?guī)r：變余凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，深灰色，裂隙較發(fā)育，面粗糙。

（3）強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖：變余粒狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，呈黃灰色，裂隙發(fā)育。

2 隧道開挖鉆爆設(shè)計(jì)

2.1 隧道開挖方法

岑相隧道設(shè)計(jì)為IV級(jí)圍巖，采用臺(tái)階法開挖法，開挖總斷面有效面積為92.58m2。其中，上半斷面面積為60.58m2；下斷面（包括仰拱）開挖面積為32m2。隧道斷面圖如圖2所示。

圖2 隧道斷面圖

上半斷面循環(huán)進(jìn)尺參數(shù)取值：每循環(huán)設(shè)計(jì)鉆孔深度為2.8m，周邊眼及二臺(tái)眼深度為2.9m，輔助眼深度為2.8m，底眼深度為2.8m，炮眼利用率為85%，炮眼直徑為42mm。

2.2 鉆孔數(shù)量

開挖斷面大小、炮眼直徑、巖性和炸藥性能等均會(huì)影響炮眼數(shù)量布設(shè)，炮眼數(shù)量應(yīng)保證能裝入設(shè)計(jì)藥量，通?？筛鶕?jù)各炮眼平均分配的原則來(lái)計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：

式中：N為炮眼數(shù)量，沒有裝藥的空眼數(shù)不算；q為單位炸藥消耗量，取q=0.65～1.0kg/m3；S為開挖斷面積，取S=60.58m2；a為裝藥系數(shù)，即炮眼長(zhǎng)度除以裝藥長(zhǎng)度，取0.4～0.6；r為每米藥卷的炸藥質(zhì)量，取0.78kg/m。

將以上數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算得出炮眼數(shù)量為100個(gè)。

2.3 掏槽眼形式

掏槽眼采用大斷面楔形掏槽，岑相隧道斷面楔形掏槽平面圖如圖3所示。掏槽眼深度取值如下：L1=3.84m、L3=3.44m、L5=3.05m。掏槽眼數(shù)量分別為L(zhǎng)115個(gè)、L38個(gè)、L56個(gè)。

圖3 岑相隧道斷面楔形掏槽平面圖

最外層掏槽炮眼與開挖面間的夾角a為80°，夾角向內(nèi)依次為60°、51°，掏槽眼豎向間距均控制在80cm，兩排豎向炮眼錯(cuò)開布置，同一平面上炮眼眼底的距離b依次取值20cm、118cm、190cm、133cm，掏槽眼開口長(zhǎng)度B為5m，向外依次取值6m、7.52m、9.04m。

2.4 上半斷面炮眼布置

上半斷面炮眼布置參數(shù)：周邊眼按50cm間距布設(shè)，內(nèi)圈眼（二臺(tái)眼）及底眼按80cm間距設(shè)置，掏槽眼間距80cm。岑相隧道炮眼布置平面圖如圖4所示。

圖4 岑相隧道炮眼布置平面圖

2.5 控制爆破技術(shù)要求及參數(shù)

首先要保證開挖輪廓尺寸準(zhǔn)確，影響控制爆破的主要參數(shù)包括爆破層厚、周邊眼間距、裝藥集中度以及周邊眼密集系數(shù)等。控制爆破參數(shù)如表1所示，一般通過(guò)計(jì)算并結(jié)合以往工程類比加以確定，在初步確定參數(shù)后，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破實(shí)踐逐步進(jìn)行修正改善。一般采取的技術(shù)措施如下。

表1 公路隧道光面爆破參數(shù)

（1）使用爆速低、猛度低、密度低、傳爆性能好、爆炸威力大的裝藥結(jié)構(gòu)。

（2）采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，不耦合系數(shù)不小于2，保證傳爆穩(wěn)定性。

（3）爆破時(shí)控制好周邊眼相鄰的內(nèi)圈炮眼的爆破效果，以保證爆破臨空面滿足要求，周邊眼盡量同時(shí)起爆。

（4）控制好裝藥集中度，可采取間隔結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥，并對(duì)眼底裝藥量進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，用于克服眼底巖石的挾制作用。

2.6 裝藥量的計(jì)算及分配

爆破效果的好壞與炮眼裝藥量有直接關(guān)系。為達(dá)到預(yù)期的爆破效果，首先需要計(jì)算確定1個(gè)循環(huán)的理論總藥量，再結(jié)合各類型炮眼的爆破特性重新進(jìn)行藥量分配，過(guò)程中進(jìn)行修正及調(diào)整，直到達(dá)到預(yù)期的爆破效果?？偹幜康挠?jì)算公式如下：

式中：Q為1個(gè)爆破循環(huán)的總用藥量，kg/m3；q為爆破每立方米巖石所需炸藥的消耗量，一般取0.65～1.0kg/m3；V為1個(gè)循環(huán)進(jìn)尺所爆落的巖石總體積，m3。

炮眼有效長(zhǎng)度為2.4m，上半斷面開挖面積為60.58m2，每一循環(huán)總藥量為94kg。按照各個(gè)炮孔需求量進(jìn)行藥量分配。由于各炮眼作用不同及受巖石夾制影響，各炮眼裝藥量也不同，通常按裝藥系數(shù)a進(jìn)行分配，a值可查表取值。對(duì)于掏槽眼，裝藥系數(shù)取0.4～0.6；對(duì)于周邊眼、輔助及底眼，裝藥系數(shù)取0.4～0.5。

計(jì)算每一循環(huán)裝藥量Q的取值及各炮眼炸藥量的分配量。上半斷面裝藥參數(shù)及綜合計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 上半斷面裝藥參數(shù)及綜合計(jì)算結(jié)果

2.7 起爆順序及網(wǎng)絡(luò)連接

起爆順序：掏槽眼→擴(kuò)槽眼、輔助眼→周邊眼。為了出渣方便，底排翻渣炮最后起爆。

具體順序：掏槽眼L1→掏槽眼L3→掏槽眼L5→輔助眼L7→輔助眼L9→周邊眼L11→底眼L13（翻渣炮）。

2.8 控爆效果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)不斷的優(yōu)化調(diào)整，即對(duì)炮眼布設(shè)、炮眼深度、炮眼角度、裝藥量等進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得的隧道光面爆破效果統(tǒng)計(jì)匯總表如表3所示。爆破超挖率為7.8%，基本達(dá)到了控制爆破預(yù)期效果，對(duì)整體圍巖的擾動(dòng)很小，圍巖自穩(wěn)能力良好，工程質(zhì)量得到了保證，爆破現(xiàn)場(chǎng)控制圖如圖5所示。

表3 隧道光面爆破效果統(tǒng)計(jì)匯總表

圖5 爆破現(xiàn)場(chǎng)控制圖

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)分析劍榕高速公路岑相隧道控制爆破施工，對(duì)施工過(guò)程不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，基本實(shí)現(xiàn)了控制爆破的效果，有效控制了隧道超欠挖率，減少了對(duì)圍巖的擾動(dòng)，提高了圍巖自身整體穩(wěn)定性，確保了施工安全，使輪爆破廓線更加平整，提高了工程質(zhì)量，降低了施工成本，對(duì)后續(xù)類似工程施工具有良好的參考作用。