呂梁山小斷面隧道復(fù)雜爆破設(shè)計(jì)*

朱長(zhǎng)江，龐志剛

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025；2.山西宏安爆破工程有限公司，山西 呂梁 033000）

呂梁山隧道位于山西省呂梁市離石區(qū)，呂梁山區(qū)的工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，施工難度較大，如果按照以往單一的爆破施工設(shè)計(jì)，則很可能出現(xiàn)爆破施工事故。因此，本次隧道爆破設(shè)計(jì)重點(diǎn)根據(jù)不同圍巖類型進(jìn)行了爆破參數(shù)的分類設(shè)計(jì)和數(shù)碼電子雷管微差分段設(shè)計(jì)。

1 呂梁山隧道概況及工程地質(zhì)條件

呂梁山隧道掘進(jìn)斷面面積為6.76 m2，屬小斷面隧道，其起點(diǎn)在離石區(qū)寨子溝，終點(diǎn)在離石區(qū)牛家?guī)X，該隧道所處地貌單元為梁峁?fàn)钪械蜕絽^(qū)和剝蝕低中山地區(qū)，部分地區(qū)為黃土覆蓋。該隧道位于呂梁市離石區(qū)，四季變化明顯，屬于暖溫帶大陸性的干旱半干旱季風(fēng)氣候。該隧道地處山西地震帶西部，地震活動(dòng)相對(duì)較弱，一般均小于5 級(jí)，離石區(qū)的地震云峰加速度為0.05，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為6 度。

本標(biāo)段隧道地形起伏相對(duì)較大，巖體物理風(fēng)化剝蝕作用比較強(qiáng)烈，在山體表層上，風(fēng)化堆積物或強(qiáng)風(fēng)化殼較為發(fā)育，遇到集中降雨后，基巖表面的強(qiáng)風(fēng)化殼和坡面風(fēng)化堆積物可能發(fā)生山體坍塌與滑坡，要預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害安全隱患。

根據(jù)隧道區(qū)域巖性組成構(gòu)造分析可知，這部分山體主要是由片麻巖組成，山坡表層巖體風(fēng)化作用比較強(qiáng)烈，裂隙相對(duì)發(fā)育，如遇降水，水流會(huì)沿裂隙下滲向地下深部進(jìn)行補(bǔ)給。呂梁山隧道穿過多個(gè)常年流水溝谷，巖體富水性一般，匯水區(qū)域較明確，但匯水面積較大，隧道區(qū)域水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜[1-2]。

2 隧道掘進(jìn)爆破設(shè)計(jì)

為了提高呂梁山隧道的開挖質(zhì)量與效率，在掘進(jìn)中必須要參照合理的爆破參數(shù)進(jìn)行施工，因此在隧道掘進(jìn)前，爆破專業(yè)人士要做鉆孔爆破設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。爆破設(shè)計(jì)的具體步驟包括中心孔的掏槽方式、輔助孔和周邊孔的炮眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)和裝藥量以及炮孔堵塞方式、起爆方法和起爆順序等。做爆破試驗(yàn)前，先根據(jù)以往爆破設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按照爆破施工要求初選各項(xiàng)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，再進(jìn)行多次小規(guī)模的爆破試驗(yàn)，選出合理的隧道爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，以保障隧道施工質(zhì)量與施工安全[3-5]。

2.1 鉆孔方式選擇設(shè)計(jì)

根據(jù)呂梁山隧道工程地質(zhì)條件及其掘進(jìn)斷面的大小，中心孔宜采用單空孔直桶菱形掏槽方式，布置在開挖隧道斷面中心位置，其裝藥長(zhǎng)度比例原則上不低于原炮孔深度的90%，到中心孔最近的空孔距離不大于中心孔孔徑的1.5 倍。

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)起爆所用火工材料為數(shù)碼電子雷管專用起爆器、標(biāo)準(zhǔn)銅芯電線、2 號(hào)巖石乳膠炸藥和數(shù)碼電子雷管。爆破參數(shù)設(shè)計(jì)包括2 號(hào)巖石乳膠炸藥消耗總量、單孔裝藥量、隧道斷面總鉆孔數(shù)量、一次開挖循環(huán)炸藥量、輔助孔平均炸藥量、周邊孔平均炸藥量、中心孔的選型以及中心孔炸藥量等。

爆破巖體的炸藥消耗量，取決于巖體性質(zhì)、隧道斷面面積大小、所打炮孔質(zhì)量和深度以及中心孔掏槽方式等因素。根據(jù)隧道斷面面積大小，可以先按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算再做適當(dāng)調(diào)整后取值，也可以直接查爆破手冊(cè)等書籍獲得，具體各項(xiàng)爆破參數(shù)取值見表1。

表1 各類圍巖段隧道掘進(jìn)爆破參數(shù)明細(xì)表

2.3 炮孔分布及數(shù)量設(shè)計(jì)

根據(jù)隧道爆破參數(shù)設(shè)計(jì)情況，對(duì)隧道的炮孔孔位進(jìn)行了布置。炮眼分布間距的合理性非常重要，會(huì)直接影響到炸藥能否分布均勻，進(jìn)而影響到爆破塊度的均勻度。同樣，炮眼數(shù)量的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵，會(huì)影響到鑿巖爆破的工作量和爆破效果，進(jìn)而影響到隧道成型和施工進(jìn)度。下面根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，專門做了炮眼數(shù)量的計(jì)算，在施工中需要根據(jù)施工情況做好參數(shù)調(diào)整，以取得良好的爆破效果。

炮眼數(shù)量N 的計(jì)算公式為

式中：q 為炸藥單耗量，Ⅲ類圍巖取q=1.16 kg/m3，Ⅳ類圍巖取q=0.99 kg/m3，與此同時(shí)Ⅴ類圍巖取q=0.63 kg/m3；s 為開挖面積，Ⅲ類圍巖s≈13.09 m2，Ⅳ類圍巖s≈14.00 m2，Ⅴ類圍巖s≈14.93 m2；r為每1 m 長(zhǎng)度炸藥的質(zhì)量，2 號(hào)巖石乳化炸藥的r=0.75 kg/m；η 為炮眼裝藥系數(shù)，Ⅲ類圍巖η=0.45，Ⅳ類圍巖η=0.43，Ⅴ類圍巖η=0.38。

經(jīng)計(jì)算可知：III 類圍巖N=45，共布孔45 個(gè)（不包括中心孔）；IV 類圍巖N=43，共布孔43 個(gè)（不包括中心孔）；V 類圍巖N=33，共布孔33 個(gè)（不包括中心孔）。

2.4 鉆孔、裝藥、堵塞炮孔與聯(lián)網(wǎng)起爆等注意事項(xiàng)

本工程隧道掘進(jìn)采用全液壓鑿巖臺(tái)車進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)分上、下兩個(gè)平臺(tái)同時(shí)進(jìn)行，鉆孔過程中要注意檢查鉆孔角度，鉆孔的孔位偏差要控制在爆破技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的允許偏差范圍內(nèi)，以保證爆破施工效果。

鉆孔完畢后，進(jìn)行清孔，然后根據(jù)計(jì)算好的藥量對(duì)各孔進(jìn)行裝藥。周邊孔采用不耦合裝藥的裝藥結(jié)構(gòu)，孔口裝半個(gè)藥卷，裝藥后，用自制炮泥將孔口封堵好。

2.5 起爆及爆破減振措施

本工程隧道掘進(jìn)工程分5 段起爆，起爆順序是從中心孔向周圍先后起爆，具體起爆順序是首先起爆中心孔，其次起爆輔助孔，再次起爆頂部及兩邊的光爆孔，最后起爆底部炮孔。

由于呂梁山山體風(fēng)化較為嚴(yán)重，工程地質(zhì)條件不好，為了保證本次隧道掘進(jìn)爆破工程施工的安全順利進(jìn)行，爆破施工人員進(jìn)行了大量的爆破振動(dòng)測(cè)試。通過調(diào)整數(shù)碼電子雷管的微差分段延時(shí)，以達(dá)到其引爆炸藥后，爆炸產(chǎn)生的爆破振動(dòng)波互相干擾而使部分爆破能量得以抵消的效果，減小了炸藥爆炸對(duì)隧道周圍巖石的破壞。多次爆破減振試驗(yàn)表明，設(shè)置數(shù)碼電子雷管的微差分段延時(shí)為30~50 ms 時(shí)，對(duì)隧道圍巖破壞性最小，掘進(jìn)爆破的減振效果最好。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于呂梁山區(qū)的工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，因此呂梁山隧道雖然斷面面積較小，但是施工難度大。本次隧道爆破設(shè)計(jì)根據(jù)隧道內(nèi)不同圍巖類型進(jìn)行了爆破參數(shù)的分類設(shè)計(jì)，通過隧道爆破現(xiàn)場(chǎng)施工效果來看，隧道實(shí)施分類爆破后，Ⅳ類圍巖尤其是Ⅴ類圍巖的穩(wěn)固性有所提高；然后通過數(shù)碼電子雷管的分段微差延時(shí)設(shè)計(jì)，減小了炸藥爆破后產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)隧道巖石穩(wěn)固性的破壞。因此，本次隧道爆破設(shè)計(jì)既保證了隧道掘進(jìn)施工的安全和效率，又節(jié)省了企業(yè)的施工成本。