光面爆破在姚蔣隧道開挖中的應(yīng)用

[摘要] 該文以新建鐵路甬臺溫鐵路姚蔣隧道進(jìn)口施工（葛岙隧道）為例，著重介紹了Ⅱ級圍巖光面爆破在隧道開挖施工中的成功運用，展示光面爆破的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分析如何達(dá)到良好的爆破效果和在經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量方面帶來的效益，使光面爆破技術(shù)精益求精。

[關(guān)鍵詞] Ⅱ級圍巖 開挖輪廓線 流水搭接

1 前言

甬臺溫鐵路客運專線姚蔣隧道位于臺州市三門縣沙柳鎮(zhèn)，中心里程DK91+311，全長2572m，隧道進(jìn)口縱坡坡度為0.4%。地質(zhì)復(fù)雜，處剝蝕低山區(qū)，隧道頂最小埋深不到5m，最大埋深266m，原為古河床，地下水豐富，礦藏水體積較大，有可能沿節(jié)理裂隙涌入隧道，施工時有必要采取防水措施。洞口142m為強風(fēng)化Ⅴ級圍巖間雜濕陷土，往里50m為Ⅲ級圍巖，再往里為Ⅱ級圍巖。由于間雜濕陷土，使得工程難度加大很多，種種原因?qū)е鹿て谕涎恿耸藗€月之久，我公司接手后，工期已是十分嚴(yán)峻，使之成為甬臺溫鐵路Ⅱ標(biāo)三大關(guān)鍵性控制工程之一。

2 光面爆破工藝

隧道光面爆破循環(huán)：①爆破設(shè)計；②放樣作業(yè)；③臺車打眼、鉆孔；④裝藥、起爆；⑤通風(fēng)；⑥危巖處理；⑥光爆質(zhì)量檢查。工藝流程見圖1。

2.1 光面爆破效果要求

（1）輪廓整齊、美觀圓順，不欠挖，平均線性超挖盡量減小；

（2）炮眼痕跡保存率大于85%，在開挖輪廓面上均勻分布，每循環(huán)炮眼對齊大致一條線；

（3）兩茬炮銜接臺階平均值小于10cm。

（4）爆出石碴塊適合裝碴要求。

（5）爆破進(jìn)度最大化。

2.2 爆破參數(shù)的設(shè)計

裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。施工中鉆爆參數(shù)將根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整。

2.3 爆破參數(shù)

炮眼直徑d：選用42mm的鉆孔直徑。

炮眼深度L：Ⅱ類圍巖炮眼深度約4.5m。

抵抗線W：當(dāng)炮眼直徑在35～42mm的范圍內(nèi)時，抵抗線W與炮眼深度的關(guān)系是：W=（15～25）d或W=(0.3～0.6)L。據(jù)此，Ⅳ級圍巖取W=50cm，Ⅱ、Ⅲ級圍巖取55cm。

炮眼間距a：同一排兩炮眼之間的距離與抵抗線之間的關(guān)系式為：W =（1.1～1.8）E。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗取W= 1.25E，Ⅳ級圍巖取E=62cm。Ⅱ、Ⅲ級圍巖取70cm。

單孔裝藥量Q: Q單=K#8226;W#8226;a#8226;H=1.58kg（以4.5m孔計算）。

爆破振動速度驗算：V=k（Q1/3/R）a=1.94cm/s。

堵塞長度：不小于20cm。

掏槽眼形式：掏槽眼采用菱形直眼掏槽，為滿足鉆孔臺車鉆眼鑿掏槽眼方便，達(dá)到要求的精度，將掏槽眼設(shè)置在偏中線一側(cè)（左右均可）1.5～1.8m， 距底板線1.5～1.8m處，炮眼布置詳見圖3。

2.4 雷管與起爆順序

隧道內(nèi)爆破選用非電毫秒雷管，分多段起爆。起爆順序：先掏槽后擴(kuò)槽，從低段到高段逐段起爆，周邊眼最后起爆。

2.5 爆破網(wǎng)絡(luò)

爆破振動與同段起爆的炸藥量密切相關(guān)，采用非電微差起爆技術(shù)不但控制單段雷管的起爆藥量，又能有效控制每段雷管間的起爆時間，使爆破震動波減少疊加。消除爆破震動的有害效應(yīng)。在施工中采用孔外同段、孔內(nèi)微差的網(wǎng)絡(luò)起爆。

2.6 爆破器材的選擇

選用φ32mm防水的乳化炸藥。周邊眼采用φ22mm的小藥卷，并采用導(dǎo)爆索綁小藥卷的空氣間隔不連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。隧道爆破采用塑料導(dǎo)爆管和毫秒雷管起爆系統(tǒng)。

3 爆破效果影響因素

3.1 施工放樣準(zhǔn)確性

施工離不開測量放樣，放樣的準(zhǔn)確性是取得標(biāo)準(zhǔn)施工產(chǎn)品的基礎(chǔ)條件，而隧道斷面放樣有其獨特的要求，既要準(zhǔn)確，又要快速完成任務(wù)。

有條件的話，可以首選隧道激光斷面儀放樣，它準(zhǔn)確又方便操作，但是需要全站儀等定向儀器配合使用。其次可以選擇全站儀放樣，它的精度比隧道激光斷面儀更高，無需其他測量儀器配合即可獨立完成任務(wù)。這種情況測量人員需要一定的計算機(jī)編程基礎(chǔ)。在姚蔣隧道爆破施工放樣中，測量工程師根據(jù)施工需要編制了斷面輪廓檢核程序。從而為鉆眼提供了準(zhǔn)確的起點位置。經(jīng)過熟練操作，準(zhǔn)確放出全部周邊眼位置(Ⅱ級圍巖全斷面開挖設(shè)計71個炮眼)僅需13分鐘左右。

3.2 鉆眼間距及鉆眼方向掌握

3.2.1 周邊眼。光面爆破周邊眼一定要最后起爆，而且周邊眼應(yīng)同時起爆。為了不致使開挖輪廓面越來越小，周邊眼應(yīng)有一定的外插值。每排眼的外插值均不得小于10cm，當(dāng)外圈眼無外插值時，周邊眼的外插值計入周邊眼的抵抗線。鉆眼深度大于3.0m，外圈眼應(yīng)與周邊眼有相同的外插值。

3.2.2 底眼。底眼爆破的好壞對于是否能按設(shè)計要求形成底板輪廓線影響很大。如果底孔超高，或向下傾斜的角度不夠、裝藥不足等，爆破后往往會造成底板欠挖出現(xiàn)“底坎”。這將給巖石的鏟裝及下一個掘進(jìn)循環(huán)的鉆孔工作帶來極大困難。為避免欠挖、消除底坎，要適當(dāng)減小底孔的間距，并使鉆孔方向超出底板標(biāo)高10—15cm。底板眼的超深值應(yīng)計入其抵抗線的尺寸內(nèi)。底眼的間距一般應(yīng)取為抵抗線的1.2倍。底孔較其它周邊眼要增加裝藥量，減少堵塞長度。

3.2.3 輔助眼。輔助眼根據(jù)其崩落量計算其裝藥量。輔助眼間距一般按1.1倍抵抗線計算。

3.3 毫秒材料的正確使用與起爆順序的控制

要嚴(yán)格控制掏槽眼－擴(kuò)槽眼－輔助眼－周邊眼的先后起爆的順序，要做到這一步，毫秒材料的分段使用與正確控制起到了關(guān)鍵的作用。在姚蔣隧道爆破中格外重視毫秒的使用，為取得良好的爆破斷面效果提供了保障。

3.4 掏槽眼形式

隧道的掘進(jìn)爆破只有一個臨空面，即工作面，巖石的夾制作用大。為提高爆破效果，通過在開挖斷面的適當(dāng)位置布置一些裝藥量較多的炮眼，首先將工作面上的一部分巖石破碎并拋出，形成一槽形空穴，為輔助孔爆破創(chuàng)造第二個臨空面，以提高炮眼利用率。掏槽孔內(nèi)的裝藥不僅要能充分破碎巖石，還必須具有將孔內(nèi)巖石拋出的足夠的能量。因此，掏槽孔的裝藥量比輔助眼的裝藥量要適當(dāng)加大，掏槽眼一般應(yīng)布置在開面中部偏下的地方，以增加向下崩落的巖石的體積，減少向上的崩出量，起到降低炸藥單耗量的作用。掏槽眼過于偏下則會因微差間隔時間過長影響上部的爆破效果。掏槽眼一般要較其它炮眼深5—10％。

3.5 流水工序的安排

在取得良好斷面開挖效果的同時，我們需要提高生產(chǎn)效益，這樣施工工序的安排就是一門很深的學(xué)問，姚蔣隧道施工隊在多年的施工經(jīng)驗中總結(jié)了非常寶貴的管理經(jīng)驗，在流水作業(yè)安排上掌握了較為合理的搭接時距。采用了放樣－鉆眼－裝藥流水搭接施工，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

放樣－鉆眼－裝藥工序流水搭接示意如圖4所示。

4 實際效果及施工進(jìn)度分析

姚蔣隧道通過對現(xiàn)場光面爆破關(guān)鍵因素的嚴(yán)格控制和合理調(diào)節(jié)，爆破取得了良好的斷面結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制了超欠挖情況。經(jīng)檢驗，各開挖斷面均達(dá)到了預(yù)期的效果。并且在合理安排流水工序下，取得了可觀的進(jìn)度，在大約2km出碴運距的情況下，2007年10月至2007年12月平均開挖進(jìn)度達(dá)175.3m，最快開挖進(jìn)度在12月份達(dá)到210m。

通過對甬臺溫鐵路姚蔣隧道光面爆破施工的研究分析表明，嚴(yán)格控制影響光面爆破效果各項關(guān)鍵因素對爭取良好的光面爆破效果及進(jìn)度具有十分重要的作用，也為今后隧道爆破提高效益提供了值得參考的經(jīng)驗依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中鐵二局. 鐵路工程技術(shù)施工手冊(隧道)[M]. 北京: 中國鐵道出版社，2004.

[2] 中鐵二十四局甬臺溫鐵路工程項目部爆破方案，2006.

[3] 中鐵二十四局甬臺溫鐵路工程項目部. 施工作業(yè)指導(dǎo)書匯編.

[4] 戴俊. 巖石動力學(xué)特性與爆破理論[M]. 北京：北京冶金工業(yè)出版社，2002.