軟弱圍巖大斷面隧道光面爆破優(yōu)化

趙 琛，周 勇，趙 軍

（1.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；2.中鐵二局集團(tuán)成都新技術(shù)爆破工程有限公司，四川 成都 610000）

引言

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對現(xiàn)代交通建設(shè)提出了更高的要求，地鐵作為人們主要的出行方式，其施工過程的質(zhì)量與安全問題備受關(guān)注[1]。在隧道掘進(jìn)施工過程中，以鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石的“鉆爆法”仍占據(jù)主導(dǎo)地位[2]。鉆爆法施工技術(shù)具有靈活性、適應(yīng)性、低成本等特點，但在實際操作中存在工期長、超欠挖量大、安全性低等問題。采用光面爆破可有效解決隧道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的超欠挖問題，因而如何優(yōu)化爆破參數(shù)從而形成光滑平整的設(shè)計輪廓面是隧道爆破施工的重點與難點[3]。

1 工程概況

青島市地鐵6 號線一期工程02 工區(qū)，位于青島市黃島區(qū)，工程為2 站2 區(qū)間。線路由朝陽山CBD站引出，經(jīng)過華山一路站、創(chuàng)智谷站，最終到達(dá)創(chuàng)智谷站的TBM 吊出井為止，線路總長2.287 km。其中朝陽山CBD 站—華山一路站始發(fā)井區(qū)間、與青島地鐵13 號線聯(lián)絡(luò)線、始發(fā)及接收導(dǎo)洞、華山一路站、創(chuàng)智谷站均采用鉆爆法。為保證良好的爆破效果，以創(chuàng)智谷車站開挖為試點工程，開展光面爆破參數(shù)優(yōu)化研究。創(chuàng)智谷站主體圍巖等級為Ⅳ級，均采用暗挖初支拱蓋工法進(jìn)行開挖施工，試驗開挖長度20 m。

2 設(shè)計原則

光面爆破因其可減少超欠挖量、對圍巖破壞作用小、爆破開挖后的輪廓面光滑且平整、可有效降低成本等特點，在隧道掘進(jìn)施工過程中得到普遍應(yīng)用。爆破參數(shù)的合理與可靠對呈現(xiàn)良好爆破效果發(fā)揮著重要的作用。為提高光面爆破效果，應(yīng)遵循設(shè)計原則：（1）合理布置周邊眼。周邊眼之間的距離與巖石的性質(zhì)有關(guān)，一般為40～70 cm，軟弱巖層中應(yīng)取較小值。（2）合理選擇周邊眼裝藥量。周邊眼的裝藥量過大則會對圍巖產(chǎn)生破壞，過小則爆破效果不理想。在實際工程中，取值一般為普通炮眼裝藥量的1/73～2/3。（3）合理確定不耦合系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗可知，巖石性質(zhì)與炸藥類型的不同對不耦合系數(shù)的選擇有一定聯(lián)系。不耦合系數(shù)的取值在1.5～2.5 時爆破效果最佳[4]。（4）合理設(shè)計裝藥結(jié)構(gòu)。可根據(jù)藥卷直徑采用間隔裝藥、連續(xù)裝藥、不耦合裝藥等不同裝藥形式采用不耦合裝藥或空氣柱裝藥。（5）精心控制鉆桿角度。鑿巖臺車鉆孔過程中，鉆桿與掌子面夾角不宜大于5°。

3 方案設(shè)計

創(chuàng)智谷站暗挖為直墻拱頂斷面，開挖斷面為尺寸21.993 m×17.69 m，采用初支拱蓋法施工，上部采用臺階法，分4 部開挖，完成初支拱蓋后再進(jìn)行下部爆破施工。按設(shè)計原則，對創(chuàng)智谷車站上臺階進(jìn)行光面爆破設(shè)計。

3.1 拱部①部方案設(shè)計

創(chuàng)智谷站拱部①部炮孔布置、炮孔深度見圖1。①部導(dǎo)坑長19 074 mm，寬4 334 mm，圍巖等級Ⅳ級，為保證圍巖穩(wěn)定和控制爆破飛散物，炸藥單耗取1.27 kg/m3，表1 給出了①部導(dǎo)坑爆破參數(shù)。

圖1 炮眼布置/mm

表1 拱部①部導(dǎo)坑爆破參數(shù)

3.2 拱部②部方案設(shè)計

創(chuàng)智谷站拱部②部炮孔布置、炮孔深度見圖2。②部導(dǎo)坑長11 823 mm，寬3 000 mm，圍巖等級Ⅳ級，為保證圍巖穩(wěn)定和控制爆破飛散物，炸藥單耗取0.74 kg/m3，表2 給出了②部導(dǎo)坑爆破參數(shù)。

表2 拱部②部導(dǎo)坑爆破參數(shù)

圖2 炮眼布置/mm

3.3 拱部③、④部方案設(shè)計

創(chuàng)智谷站拱部③、④部炮孔布置、炮孔深度見圖3。③、④部導(dǎo)坑長6 585 mm，寬3 000 mm，圍巖等級Ⅳ級，為保證圍巖穩(wěn)定和控制爆破飛散物，炸藥單耗取1.15 kg/m3，表3 給出了③、④部導(dǎo)坑爆破參數(shù)。

表3 拱部③、④部導(dǎo)坑爆破參數(shù)

圖3 炮眼布置/mm

4 安全與質(zhì)量保證措施

（1）裝藥量、眼距、眼深、角度、藥包直徑、炮眼直徑等爆破參數(shù)要嚴(yán)格符合設(shè)計要求。（2）針對松軟破碎巖石，光爆孔的位置應(yīng)在周邊輪廓的基礎(chǔ)上向內(nèi)移5～15 cm，對于堅硬巖石須布置在周邊輪廓上。（3）當(dāng)難以形成光爆面時，可在光爆孔間設(shè)置一定間距的空孔，增加自由面有利于裂縫貫通。（4）周邊眼眼底裝藥量增加10～20%，采用由內(nèi)向外、先邊墻后拱頂?shù)捻樞蚱鸨W(wǎng)路，更有利于改善光面爆破效果。（5）隧道爆破施工前對警戒區(qū)域內(nèi)的人員進(jìn)行疏散，做好定人、定職、定則工作，確認(rèn)安全后方可爆破。（6）在隧道爆破開挖過程中，做到“一炮一監(jiān)”。采用測振儀對爆破振速進(jìn)行實時監(jiān)測，以便及時調(diào)整爆破方案確保人與物的安全。（7）按《工業(yè)炸藥爆炸后有毒氣體含量的測定》（GB 18098—2000）中規(guī)定的方法定期監(jiān)測爆破開挖后有害氣體的濃度。

5 結(jié)語

通過優(yōu)化青島市地鐵6 號線創(chuàng)智谷站車站上臺階的光面爆破方案，解決了由于超欠挖量大而存在的工期時間長、成本高、施工效率低的問題。運用該爆破方案后，輪廓面光滑平整，提高了施工效率，達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。