摘要：大寨隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層破碎帶多，圍巖變化頻繁，本文以實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，介紹了隧道斷層破碎帶的光面爆破技術(shù)和應(yīng)用效果，有效的超前支護(hù)、合理的爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆順序等保證了施工安全，同時(shí)隧道的爆破成型得到了很好的效果。
　　關(guān)鍵詞：隧道;光面爆破;圍巖;應(yīng)用。
　　Abstract: The the Dazhai tunnel geological conditions, complex fault fracture zone more than the frequent changes in surrounding rock, to the practical application, based on Tunnel in Fault smooth blasting techniques and the application effect of the advance support blastingparameters, charge structure and the initiation order to ensure construction safety, while tunnel blasting forming the very good results.
　　Keywords: tunnel; smooth blasting; surrounding rock; application.
　　中圖分類(lèi)號(hào)：U45獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào)：
　　0 引言
　　目前在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，大部分隧道施工過(guò)程中，炮眼布置較少，單眼裝藥量過(guò)大，爆破參數(shù)分析調(diào)整不及時(shí)，在隧道施工中要求弱爆破的，實(shí)際是爆破不弱。導(dǎo)致隧道成型差、超欠挖嚴(yán)重，Ⅳ級(jí)圍巖情況下經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的塌方，嚴(yán)重影響隧道施工進(jìn)度和施工安全，也影響后續(xù)工序的施工質(zhì)量。因此，隧道開(kāi)挖作為隧道施工的關(guān)鍵工序，隧道爆破不僅影響隧道施工成本也影響隧道以后運(yùn)營(yíng)的安全性，給施工單位造成一種長(zhǎng)期的成本和信譽(yù)風(fēng)險(xiǎn)。為此，根據(jù)大寨隧道爆破施工的情況，進(jìn)行分析總結(jié)，為隧道爆破技術(shù)改進(jìn)提供一些實(shí)際性的案例。
　　1 工程概況
　　新建貴陽(yáng)至廣州鐵路位于貴州黔南州三都縣境內(nèi)，大寨隧道全長(zhǎng)8969m，隧道設(shè)輔助導(dǎo)坑斜井2座。隧道正洞斷面為三心圓，凈空為13.32m×8.68m。
　　大寨隧道穿越地層較差，正洞洞身Ⅲ級(jí)圍巖占52.24%，Ⅳ級(jí)圍巖占34.12%，Ⅴ級(jí)圍巖占13.65%。整個(gè)隧道共通過(guò)14條斷層，斷層破碎帶長(zhǎng)度達(dá)670m。根據(jù)中鐵西南科學(xué)研究院超前預(yù)報(bào)資料，大寨隧道一號(hào)斜井內(nèi)正洞掌子面DK151+015～DK151+115范圍內(nèi)處于斷層破碎帶內(nèi)，主要以炭質(zhì)板巖夾頁(yè)巖為主，局部可見(jiàn)少量泥質(zhì)灰?guī)r，夾方解石脈，多處存在明顯反射界面，圍巖自穩(wěn)能力總體較差，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)偏弱。
　　根據(jù)施工條件和設(shè)計(jì)要求，該隧道采用礦山法進(jìn)行開(kāi)挖，其中Ⅳ級(jí)圍巖采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖技術(shù)。為了有效的控制開(kāi)挖輪廓線，減少超欠挖，減少對(duì)圍巖破碎帶的擾動(dòng)，Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖爆破采用光面弱爆破設(shè)計(jì)。本文針對(duì)Ⅳ級(jí)圍巖開(kāi)挖中的光面爆破設(shè)計(jì)、實(shí)施、改進(jìn)進(jìn)行分析，為類(lèi)似工程的施工提供借鑒。
　　2 設(shè)備資源配置
　　本隧道Ⅳ級(jí)圍巖段上臺(tái)階面積75.66m2,采用自制式臺(tái)架開(kāi)挖,配置15臺(tái)YT-28氣腿式鑿巖鉆機(jī)，3臺(tái)排氣量為22m3/min的空壓機(jī)，取供風(fēng)的損耗系數(shù)為1.3，計(jì)算可得供風(fēng)量滿足開(kāi)挖要求。
　　3 光面爆破參數(shù)確定
　　3.1 不耦合系數(shù)
　　不耦合系數(shù)K是炮孔直徑d和藥卷直徑do之比。本隧道鉆孔中采用鉆徑為42mm鉆機(jī)，孔徑約45mm。所有炮眼均采用規(guī)格為φ32mm×200mm的2#巖石乳化炸藥。即有：K=d/do=45/32=1.4，介于1.25和2之間，符合進(jìn)行光面爆破時(shí)獲得良好效果的必要條件。
　　3.2 周邊眼間距
　　周邊眼間距適當(dāng)縮小，可以控制爆破輪廓，減少超欠挖，又不致過(guò)大地增加鉆眼工作量。孔間距的大小與巖石性質(zhì)、炸藥種類(lèi)、炮眼直徑有關(guān)，按經(jīng)驗(yàn)值，一般為E=(8～18)d=40～70cm，E為孔距，d為炮眼直徑。取E=50cm。
　　3.3 最小抵抗線
　　為了保證孔間貫通裂縫優(yōu)先形成，須使周邊眼的最小抵抗線大于炮眼間距，通常取E/W=0.8為宜，即W=50/0.8≈63cm。
　　3.4 線性裝藥密度
　　為了控制裂隙的發(fā)育以保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿炮孔聯(lián)心線破裂的前提下，應(yīng)盡可能少裝藥，針對(duì)大寨隧道Ⅳ級(jí)圍巖破碎帶，對(duì)其進(jìn)行了兩周時(shí)間調(diào)查調(diào)整，最適宜平均線性裝藥量為0.41kg/m，周邊眼裝藥集中度為0.17kg/m。
　　3.5 單位炸藥消耗量
　　單位炸藥耗藥量的大小對(duì)爆破效果、鑿巖和出碴工程量、炮眼利用率、隧道輪廓的平整度和圍巖的穩(wěn)定性都有較大的影響。其值偏低時(shí)，則可能使隧道斷面達(dá)不打設(shè)計(jì)要求，巖石破碎不均勻，甚至崩落不下來(lái);其值偏高時(shí)，不僅會(huì)增加炸藥的用量，而且可能造成隧道超挖、降低圍巖的穩(wěn)定性，甚至還會(huì)損壞支架和設(shè)備。本設(shè)計(jì)中單位炸藥消耗量為0.64kg/m3。
　　3.6 裝藥結(jié)構(gòu)
　　裝藥結(jié)構(gòu)是指繼爆藥藥卷和起爆藥藥卷在炮眼中的布置形式。考慮到圍巖的強(qiáng)度和完整性，以及藥卷的大小，本設(shè)計(jì)中周邊眼采用間隔裝藥形式，如圖1所示：
　　3.7 其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
　　炮眼深度3.6m、預(yù)計(jì)進(jìn)尺3.5m、炮眼利用率97%、炮痕率80%、鉆眼量1.63個(gè)/m2。
　　4 光面爆破設(shè)計(jì)
　　4.1 掏槽眼的布置
　　掏槽眼的作用是將開(kāi)挖面上某一部位的巖石掏出一個(gè)槽，以形成新的臨空面，為其余炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。掏槽炮眼一般要比其他的眼深10～20cm，以保證爆破后開(kāi)挖深度一致。掏槽本身只有一個(gè)臨空面，且受周?chē)鷰r石的夾制作用，故常采用較大炸藥單耗量和較大的裝藥系數(shù)值，以增大破粉碎區(qū)，并利用爆炸沖擊波及爆炸產(chǎn)物做功，將巖石拋出槽口。為了保證掏槽炮能有效地將石渣拋出槽口，采用孔底反向連續(xù)裝藥和雙雷管起爆。
　　4.2 輔助眼的布置
　　輔助眼的作用是進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽體積和增大爆破量，并為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。其布置主要是解決炮眼間距E和最小抵抗距W問(wèn)題，一般取E/W=60%～80%為宜。輔助眼應(yīng)由內(nèi)向外，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開(kāi)挖斷面輪廓形狀。
　　4.3 周邊眼的布置
　　周邊眼的作用是爆破后使隧道斷面達(dá)到設(shè)計(jì)的形狀和規(guī)格。周邊眼原則上沿著設(shè)計(jì)輪廓均勻布置，間距和最小抵抗線應(yīng)比輔助眼小，以便爆出較為平順的輪廓。周邊眼眼口一般沿設(shè)計(jì)輪廓線布置。眼底應(yīng)根據(jù)巖石的抗爆破性來(lái)確定其位置，應(yīng)將炮眼方向以3%～5%的斜率外插。這一方面是為了控制超欠挖，另一方面是為了便于下次鉆眼時(shí)容易落鉆開(kāi)眼。此外，為了保證開(kāi)挖面平整，輔助眼及周邊眼的深度應(yīng)使其眼底落在同一垂直面上，必要時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度。
　　4.4 底板眼的布置
　　為了爆破后隧道底面達(dá)到一定的平整度，以便出渣車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行，開(kāi)挖臺(tái)車(chē)就位，保證后續(xù)工作的開(kāi)展。因此，在開(kāi)挖仰拱時(shí)，底板眼間距、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)是否合理，才能有效控制超欠挖和平整度。
　　4.5 光面爆破設(shè)計(jì)圖
　　按照圍巖情況，綜合以上分析和隧道斷面、開(kāi)挖臺(tái)架等實(shí)際情況，對(duì)該隧道進(jìn)行爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)，其炮眼的布置和掏槽眼的布置如圖2和圖3所示：
　　4.6 光爆參數(shù)表
　　表1 大寨隧道Ⅳ級(jí)圍巖爆破裝藥參數(shù)表

編號(hào)	炮眼 名稱(chēng)	炮眼直徑(mm)	炮眼深度(m)	炮眼長(zhǎng)度(m)	炮眼間距(cm)	炮眼抵抗線(cm)	單眼裝藥量(kg)	炮眼數(shù)量(個(gè))	雷管段號(hào)	總炸藥量(kg)	各種炮眼總長(zhǎng)度(m)
1	周邊眼	45	3.6	3.6	50	63	0.6	43	13	25.80	154.80
2	內(nèi)圈眼	45	3.6	3.6	79	80	1.2	24	9、11	27.65	86.40
3	掘進(jìn)槽側(cè)	45	3.7	3.96	90	90	1.8	4	5	7.21	15.84
4	掘進(jìn)槽下	45	3.7	3.75	100	100	1.8	7	7	12.61	26.25
5	掏槽眼外	45	3.7	4.17	90	95	2.5	8	3	19.68	33.36
6	掏槽眼內(nèi)	45	3.7	4.52	50	60	2.8	12	1	33.63	54.24
7	輔助眼	45	3.7	3.77	100	100	1.7	6	5、9	10.18	22.62
8	二臺(tái)眼	45	3.6	3.6	95	90	1.4	4	5、9	5.76	14.40
9	底板眼	45	3.6	3.6	99	60	1.8	15	15	27.00	54.00
合計(jì)								123		169.52	461.91

　　注：表中數(shù)值為大寨隧道Ⅳ級(jí)圍巖上半斷面設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)斷面為75.66m2，進(jìn)尺為3.5m。
　　5 變形量控制
　　預(yù)留變形量的大小主要取決于圍巖本身的工程性質(zhì)，但受工程條件如隧道斷面大、開(kāi)挖方法、掘進(jìn)方式、支護(hù)方法等因素的影響。變形量的大小可以根據(jù)實(shí)際量測(cè)數(shù)據(jù)分析確定，并進(jìn)行調(diào)整。Ⅳ級(jí)圍巖預(yù)留變形量可取5～10cm。
　　測(cè)量放線時(shí)，應(yīng)根據(jù)斷面量測(cè)數(shù)據(jù)、圍巖級(jí)別、圍巖破碎程度等實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖輪廓線半徑，以便有效地控制規(guī)整度和超欠挖。
　　6 光面爆破取得的成效
　　大寨隧道光面爆破設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)兩周時(shí)間的實(shí)踐和改進(jìn)，取得了顯著的效果，各種評(píng)比指標(biāo)明顯得到改善。具體見(jiàn)表2：
　　表2 爆破設(shè)計(jì)實(shí)施前后技術(shù)指標(biāo)對(duì)照表

序號(hào)	技術(shù)指標(biāo)	實(shí)施前	實(shí)施后
1	炮痕率（%）	60%	84%
2	炮眼利用率（%）	87%	97%
3	平均線性超挖量（cm）	11.4	4.5
4	最大線性超挖量（cm）	26.8	11.6
5	兩茬炮銜接臺(tái)階最大尺寸（cm）	25	8

　　注：表中數(shù)值為爆破設(shè)計(jì)實(shí)施前后兩周內(nèi)調(diào)查數(shù)值的平均值。
　　7 施工總結(jié)
　　7.1 超前支護(hù)
　　在實(shí)施過(guò)程中，在開(kāi)挖前提前進(jìn)行了掌子面圍巖情況觀察分析，對(duì)圍巖破碎或節(jié)理發(fā)育位置先進(jìn)行超前支護(hù)和預(yù)加固處理。并對(duì)該部位炮眼位置和數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，裝藥量進(jìn)行優(yōu)化，成型效果明顯。超前支護(hù)有效的提高了隧道圍巖的穩(wěn)定性，一定程度上防止了隧道破碎帶的小塌方和掉塊，為光面爆破提供了的穩(wěn)定安全環(huán)境。
　　7.2 優(yōu)化開(kāi)挖臺(tái)架
　　開(kāi)挖臺(tái)架的設(shè)計(jì)對(duì)掌子面布眼起著決定性的作用，合理的開(kāi)挖臺(tái)架不僅滿足開(kāi)挖布眼要求，同時(shí)要有足夠的操作空間(尤其在拱腰處)，在一定程度上縮短作業(yè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。在允許條件下盡量縮短左右兩排掏槽眼間距，以減少掏槽眼裝藥量、縮短拋渣距離。
　　7.3 適當(dāng)加密周邊眼間距，合理確定光面爆破層厚度
　　隧道施工過(guò)程中，同一個(gè)斷面圍巖性質(zhì)和完整性相同，幾乎出現(xiàn)的可能性較小。因此，在隧道打眼前必須認(rèn)真觀察掌子面情況，對(duì)爆破后可能出現(xiàn)成型差、超挖的部位，應(yīng)適當(dāng)加密周邊眼間距，可以有效控制爆破成型和超欠挖，其光爆效果在斷層破碎帶尤為顯著;合理的光爆層厚度既要能保證內(nèi)圈眼爆破后為周邊眼提供臨空面，同時(shí)也要在一定程度上減少因光爆層厚度過(guò)小而對(duì)周邊圍巖圍巖的擾動(dòng)性。另外，適當(dāng)增加孔底的藥量，以便克服眼底巖石的夾制作用和上覆石渣的壓制，起到翻渣作用，提高了炮眼利用率。
　　7.4 合理用藥及合理的裝藥結(jié)構(gòu)
　　用于光面爆破的炸藥，既要求有較高的破巖應(yīng)力能，又要消除或減輕爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)。周邊眼間隔裝藥既能避免因裝藥集中而產(chǎn)生的局部超欠挖，同時(shí)也減小了周邊眼裝藥集中度，在一定程度上減少了炸藥用量。
　　7.5 光爆孔起爆時(shí)差的控制
　　有關(guān)資料表明，在軟巖中爆破，振動(dòng)頻率比較低，一般在100Hz以下，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間縱向比橫向大時(shí)，可達(dá)到200ms左右，垂直向可達(dá)到100ms左右。為避免振動(dòng)強(qiáng)度的疊加作用，雷管必須跳段使用。另外，由于周邊眼的個(gè)數(shù)多，同時(shí)起爆振動(dòng)強(qiáng)烈，對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)大，所以建議周邊眼采用13段和15段兩個(gè)段別分區(qū)域起爆。
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