長(zhǎng)大隧道光面爆破施工技術(shù)的研究應(yīng)用

岳軍

摘要：我國(guó)長(zhǎng)大隧道一般采用新奧法施工技術(shù)，光面爆破作業(yè)是支撐新奧法原理的重要一環(huán)，針對(duì)不同的巖性和開(kāi)挖工法進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，通過(guò)合理地選擇爆破參數(shù)等進(jìn)行爆破施工，可使開(kāi)挖輪廓圓順、有效控制隧道超欠挖，實(shí)現(xiàn)安全、快速的施工作業(yè)，所以本論文將基于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況，對(duì)長(zhǎng)大隧道光面爆破相關(guān)施工技術(shù)進(jìn)行探討與研究。

關(guān)鍵詞：光面爆破;長(zhǎng)大隧道;應(yīng)用

1.前言

當(dāng)前社會(huì)對(duì)隧道工程的施工要求也越來(lái)越高。光面爆破技術(shù)的應(yīng)用可增強(qiáng)隧道施工中的圍巖完整性及穩(wěn)定性，提高隧道施工質(zhì)量，因此針對(duì)隧道光面爆破施工技術(shù)進(jìn)行研究及探討，是提高隧道工程項(xiàng)目質(zhì)量的重要途徑之一。

2.光面爆破施工技術(shù)要求

2.1光面爆破的基本概念

⑴掏槽眼：為輔助眼提供新的自由面，影響隧道爆破的循環(huán)進(jìn)尺和掘進(jìn)效果。

⑵輔助眼：一般按線(xiàn)形或環(huán)形均勻布置，進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽空間。

⑶周邊眼：沿設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)的環(huán)向小孔距的平行炮孔，直接關(guān)系隧道開(kāi)挖輪廓超欠挖和對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度，是光面爆破的核心。

2.2光面爆破設(shè)計(jì)要點(diǎn)

⑴周邊眼間距E

周邊眼孔距過(guò)大，孔間導(dǎo)向作用消失，光面裂隙就不能形成;過(guò)小則會(huì)增加鉆孔數(shù)量和爆破工作量，所以周邊眼應(yīng)適當(dāng)加密。一般情況下，E=（8～18）D，D-炮孔直徑。

⑵最小抵抗線(xiàn)W和炮孔密集系數(shù)m

最小抵抗線(xiàn)W即光爆層厚度，一般情況下，W=（10～12）D，W過(guò)小，與孔間的光面裂隙來(lái)不及貫通前，各孔就朝自由面方向形成爆破漏斗，結(jié)果產(chǎn)生凹凸不平的破裂面;過(guò)大易導(dǎo)致自由面方向爆破效果惡化，大塊多，在壁面造成凹坑。

炮孔密集系數(shù)m=E/W，最大可以達(dá)到1。要獲得平整的輪廓面，一般情況下取值如下：硬巖：E=45～55cm、W=（50～60）;中硬巖：E=40～45cm、W=（45～55）;軟巖：E=35～40cm、W=（40～50）。

⑶不耦合系數(shù)k

不耦合系數(shù)k=炮孔直徑D/裝藥直徑d。

K（一般為1.1～2.0之間）的確定可使炮眼壁巖石上受到的沖擊壓力不大于巖石的極限抗壓強(qiáng)度，避免壓碎圈的形成，從而留下半炮眼痕跡，同時(shí)，在炮眼連心線(xiàn)上產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度，產(chǎn)生定向裂隙。

⑷線(xiàn)裝藥密度ρ

指單位長(zhǎng)度炮孔中裝藥量的多少。施工中應(yīng)根據(jù)孔距、光面層厚度、石質(zhì)及炸藥種類(lèi)等綜合考慮確定裝藥量。一般情況下，軟巖中用70～120g/m，中硬巖中為100～150g/m，硬巖中為150～250g/m。

⑸鉆孔深度H及外插角a

炮孔深為每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺長(zhǎng)度，并考慮10%～15%的超深。外插角取2°～5°，眼底不應(yīng)超出開(kāi)挖斷面輪廓線(xiàn)10cm。

⑹起爆方向

正向起爆：將起爆藥包放在孔口藥卷處，雷管聚能穴朝向孔底。

反向起爆：起爆藥包放置在孔底，雷管聚能穴朝向孔口。

掏槽眼采用正向連續(xù)裝藥起爆，輔助眼采用反向連續(xù)裝藥起爆，周邊眼采用反向間隔裝藥或?qū)П鞔?lián)裝藥起爆。

2.3光面爆破影響因素

⑴地質(zhì)條件：地質(zhì)狀況對(duì)光面爆破效果的影響較大，相同爆破條件下，巖石堅(jiān)固性系數(shù)與超欠挖量成反比，施工過(guò)程中要根據(jù)巖性情況動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)。

⑵鉆孔精度：為減小或盡可能消除測(cè)量誤差，半斷面或全斷面開(kāi)挖爆破，應(yīng)堅(jiān)持每個(gè)循環(huán)都用儀器測(cè)量放線(xiàn)，認(rèn)真準(zhǔn)確放出開(kāi)挖輪廓。炮孔越深，孔底偏差越大，因此，炮孔越深越應(yīng)采取相應(yīng)措施控制鉆進(jìn)方向。

⑶爆破參數(shù)

炮眼間距：光面爆破的實(shí)質(zhì)是使炮眼之間產(chǎn)生貫通裂縫，沿著設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線(xiàn)形成規(guī)整的斷裂面。合適的炮眼間距，是以?xún)裳墼谶B線(xiàn)上疊加的切向應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度為原則。炮眼間距的大小，主要取決于圍巖巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、炸藥性質(zhì)、不耦合系數(shù)和光爆層厚度。一般情況下，圍巖堅(jiān)硬完整，抗拉強(qiáng)度則相對(duì)較低，眼距相對(duì)較大;反之，則相對(duì)較小。當(dāng)炮眼間距比抵抗線(xiàn)小一些或等于抵抗線(xiàn)時(shí)，光爆效果較好。

炮眼密集系數(shù)：m值較大，炮眼間距過(guò)大，兩炮眼就會(huì)各自形成單獨(dú)的爆破漏斗，就會(huì)在兩眼之間留下巖石殘根形成欠挖。m值較小，兩裝藥距離過(guò)近，大部分能量用于拋擲巖石，就會(huì)在兩眼之間形成超挖。

起爆時(shí)差：周邊眼同時(shí)起爆，炮眼間的貫穿裂縫形成得較早，裂縫形成會(huì)使其周?chē)鷰r體內(nèi)的應(yīng)力下降，從而抑制了其它方向裂縫的形成和擴(kuò)展，爆破形成的壁面較平整。實(shí)際操作證明，起爆時(shí)差小于10ms的光爆效果較好。

炮孔裝藥量：炮孔裝藥量取決于要求爆破的巖石的體積、爆破類(lèi)型等。為減少爆震裂隙，減少靜壓的破壞作用，其周邊眼的藥量必須控制，盡可能減少裝藥密度，采取多打炮眼少裝藥的方式。

3.工程實(shí)例

3.1工程概況

沈白高鐵白山隧道位于吉林省白山市，全長(zhǎng)12740m，是全線(xiàn)第一長(zhǎng)隧道，為I類(lèi)高風(fēng)險(xiǎn)隧道，圍巖以石灰?guī)r為主，最大埋深約289m，不良地質(zhì)地段多，存在有斷層破碎帶、崩塌落石、巖溶，易發(fā)突水、突泥，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。

3.2白山隧道石灰?guī)r地段光面爆破設(shè)計(jì)

白山隧道石灰?guī)r為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，天然密度ρ=2-2.5（g/cm3），基本承載力500-800KPE，最大單軸飽和抗壓強(qiáng)度90MPE，巖質(zhì)較硬，圍巖以Ⅲ、Ⅳ為主，節(jié)理裂隙及裂隙水較發(fā)育，穩(wěn)定性較好，斷面開(kāi)挖面積142m3，采用臺(tái)階法開(kāi)挖，上、下臺(tái)階同步開(kāi)挖，上臺(tái)階高度6.8～7.0m，下臺(tái)階高度3.5～3.7m。

根據(jù)石灰?guī)r的巖性特征進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)光面爆破設(shè)計(jì)，采用楔形掏槽與直眼掏槽相結(jié)合，上下臺(tái)階采用電雷管分次起爆，周邊孔與輔助孔的孔底在同一垂直面上，周邊眼采用導(dǎo)爆索間隔裝藥結(jié)構(gòu)，其他眼采用毫秒管集中裝藥結(jié)構(gòu)，起爆順序?yàn)椋禾筒垩邸o助眼→周邊眼→底板眼。

3.3光面爆破施工技術(shù)參數(shù)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)掌子面爆破循環(huán)作業(yè)的數(shù)據(jù)分析，基本固定了白山隧道石灰?guī)r地段的光爆參數(shù)，周邊眼間距拱部采用40cm，邊墻采用45cm，下臺(tái)階周邊眼間距采用60cm，具體爆破參數(shù)見(jiàn)下表。

3.4光面爆破現(xiàn)場(chǎng)效果

通過(guò)對(duì)白山隧道石灰?guī)r地段掌子面現(xiàn)場(chǎng)每循環(huán)爆破作業(yè)效果及時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，本著相對(duì)固定，動(dòng)態(tài)調(diào)整的原則，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，不斷優(yōu)化，目前現(xiàn)場(chǎng)光爆效果基本達(dá)到預(yù)期要求，有效的控制了超挖量和對(duì)圍巖的擾動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)爆破效果如下圖：

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于隧道工程項(xiàng)目施工來(lái)講，地質(zhì)及圍巖情況是個(gè)不斷變化的過(guò)程，因此在施工過(guò)程中要做到巖變我變，施工過(guò)程中要及時(shí)對(duì)比爆破效果，分析爆破數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整，不斷優(yōu)化各項(xiàng)爆破參數(shù)，確保光面爆破效果，為后續(xù)施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高隧道整體施工質(zhì)量。