隧道光面爆破施工技術(shù)研究

葉吉軍

摘 要：近年來，隨著我國城市化建設(shè)的加快，隧道及地下工程建設(shè)項目日益增多，鐵路、公路、地鐵隧道“數(shù)量多、長度大、大埋深、大斷面”是21世紀(jì)我國以及世界隧道工程發(fā)展的總趨勢。本文對隧道光面爆破施工關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，深入開展隧道光面爆破精細(xì)化施工技術(shù)的基礎(chǔ)研究，對于推動本企業(yè)的隧道工程技術(shù)發(fā)展、保證隧道工程安全生產(chǎn)、節(jié)約成本創(chuàng)造更多效益具有重要的理論價值與實際意義。

關(guān)鍵詞：隧道 爆破精細(xì)化 基礎(chǔ)研究

中圖分類號：U41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0055-04

1 工程概況

新建杭州到黃山鐵路工程位于皖南及浙西地區(qū)，線路東起浙江省杭州市蕭山區(qū)，向西經(jīng)杭州市蕭山區(qū)、富陽市、桐廬縣、建德市、淳安縣，越皖浙交界的天目山山脈進入安徽省，經(jīng)宣城市所轄績溪縣和黃山市所轄歙縣、徽州區(qū)至黃山市。起點為杭長客專蕭山南線路所（杭黃DK23+817.328=杭長客專L3DK6+730.230=杭長客專里程HCDK23+817.328），終點黃山北站南端（杭黃DK288+220.366），長264.785km，其中浙江省境內(nèi)184.728km，安徽省境內(nèi)80.057km。

鑼鼓山隧道位于剝蝕低丘區(qū)，丘陵地形起伏較大，自然坡度30°～50°，多呈“V”字形，地表植被發(fā)育，多為竹林、蕨類植物。隧道起訖里程DK71+178～DK73+984，全長2806m，隧道最大埋深171.5m，為山嶺深埋隧道。隧道洞身穿過圍巖主要以砂巖為主，地下水主要為基巖裂隙水，基本不發(fā)育。全隧Ⅱ級圍巖237m，Ⅲ級圍巖1332m，Ⅳ級圍巖955m，Ⅴ級圍巖198m，明洞長55m，洞門長29m，施工難度較大。

本隧道為雙線隧道，采用復(fù)合式襯砌支護。設(shè)計Ⅱ級圍巖開挖斷面面積約120m2，寬（13.62m）×高（10.31m）；Ⅲ級圍巖開挖斷面面積約134m2，寬（13.98m）×高（11.81m）；Ⅳ級圍巖開挖斷面面積138m2，寬（14.12m）×高（12.03）m；Ⅴ級圍巖開挖斷面面積144m2，寬（14.28m）×高（12.39m）。

隧道施工遵循新奧法施工原理組織施工，各工序依次開展。為了保護圍巖，減少開挖爆破對圍巖的損傷，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，采用光面爆破開挖。避免多次開挖爆破圍巖損傷，原則上一次爆破成型，結(jié)合設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范要求，Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖，Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖。

2 研究的主要內(nèi)容

（1）隧道圍巖爆破機理研究。

（2）鉆爆設(shè)備、爆破器材性能與各項參數(shù)的掌握。

（3）圍巖級別的分級與鉆爆可爆性的判定。

（4）光面爆破鉆爆參數(shù)的設(shè)計。

（5）現(xiàn)場炮眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)與起爆網(wǎng)路的優(yōu)化。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 現(xiàn)有光面爆破鉆眼設(shè)備與爆破器材的選用

（1）鉆眼設(shè)備。

在隧道掘進中，鉆眼爆破工作是一項主要工序，約占循環(huán)工序時間的20%～30%。根據(jù)國內(nèi)目前成熟技術(shù)，鉆眼采用YT28型氣腿式鑿巖機。鑿巖機配用2m、2.5m、3m、4m、5m、6m五種長度的釬桿，配備直徑42mm的一字型釬頭。

（2）爆破器材。

根據(jù)不同巖石強度選用不同爆速的炸藥，本工程爆破采用2號巖石乳化炸藥，規(guī)格為32mm（200g/卷），周邊眼連線采用導(dǎo)爆索，起爆器材為1～15段非電毫秒雷管、導(dǎo)爆管和MFB200型發(fā)爆器。

3.2 圍巖級別的分級與鉆爆可爆性的判定

根據(jù)鐵路隧道設(shè)計、施工規(guī)范，現(xiàn)場隧道圍巖分級比較復(fù)雜，其綜合了巖石堅硬程度、巖體完整程度，采用定性劃分與定量指標(biāo)兩種方法確定圍巖基本分級。

另外，光爆的效果不僅與工藝參數(shù)有關(guān)，而且與圍巖質(zhì)量有緊密關(guān)系。

現(xiàn)行爆破安全規(guī)程、隧道施工技術(shù)指南及隧道施工相關(guān)文獻均指出隧道光面爆破參數(shù)（周邊眼間距、周邊眼抵抗線等）的選取與隧道圍巖的堅硬程度、裂隙發(fā)育程度等性質(zhì)有關(guān)，并給出了或定性或定量的關(guān)系。

當(dāng)斷面較小或圍巖軟弱、破碎或?qū)﹂_挖成形要求較高時，周邊眼間距應(yīng)取較小值。由此可見，在隧道設(shè)計輪廓、斷面大小固定條件下，迅速確定圍巖巖石堅硬程度、巖體完整程度是光面爆破設(shè)計的基礎(chǔ)工作，對準(zhǔn)確選取光面爆破參數(shù)具有指導(dǎo)意義。

3.3 光面爆破設(shè)計

（1）炮眼直徑。

炮眼直徑的大小直接影響鉆眼速度、工作面的炮眼數(shù)目、單位巖石炸藥消耗量、爆落巖石的塊度和隧道輪廓的平整性。

一般隧道的炮眼直徑在32～50mm，并根據(jù)鉆孔設(shè)備選擇。本工程鉆孔選用YT28氣腿式鑿巖機，炮眼直徑選擇42mm。

（2）炮眼深度。

（3）每循環(huán)炸藥耗量。

（4）炮眼數(shù)目。

（5）周邊眼間距。

周邊眼通常布置在距開挖斷面邊緣0.1～0.2m處，光爆孔的孔底朝隧道開挖輪廓線方向傾斜3°～5°。當(dāng)爆孔孔徑D為42mm時，周邊孔間距E=（10～16）D，即E=42～672cm，E取45～65cm。

（6）光爆層厚度W（最小抵抗線）。

光爆層厚度就是周邊眼最小抵抗線，它與開挖的隧道斷面大小有關(guān)。一般取炮孔直徑的10～20倍，鑼鼓山隧道光爆層厚度W=0.5～0.8m。

（7）密集系數(shù)。

炮眼密集系數(shù)也稱炮眼鄰近系數(shù)，它表達了炮眼間距E與最小抵抗線W之間的關(guān)系即m=E/W，是光面爆破參數(shù)確定中的一個關(guān)鍵值。目前，在工程施工中，光面層厚度的確定，一般情況下，周邊眼間距E與光面層厚度W的比值為：

m=E/W=0.8～1.0

當(dāng)m>1時，說明E值偏大，W值偏小，爆破時易出現(xiàn)眼間裂縫，周邊眼尚未溝通前應(yīng)力波已傳到二圈眼，這樣光面眼就變成偏斗爆破；當(dāng)m=1，即E=W時，爆破時光面眼之間的裂縫形成較好；當(dāng)m=0.5，即2E=W時，光面層不易爆下來。實踐表明m=0.8～1.0時較好。endprint