隧道光面爆破技術(shù)研究

周建軍

（中鐵六局太原鐵路建設(shè)有限公司，山西 太原 030013）

近年來，在高速發(fā)展的鐵路建設(shè)中，在多山地區(qū)的隧道工程施工就變成一個重要的組成部分，而且隧道工程相對橋梁、路基、站場工程來說有它的特殊性：一般地質(zhì)條件都比較復雜而且很難預(yù)測，完工后隱患不易察覺，這就必須在施工過程中控制好每道工序，嚴把質(zhì)量關(guān)。因此，如何科學地根據(jù)現(xiàn)場隧道地質(zhì)條件，確定詳細爆破施工方案、合理設(shè)計隧道開挖的爆破參數(shù)，對提高工程質(zhì)量以及線路貫通運營后的安全具有重要意義。

1 新柏崖頭隧道工程概況

隧道位于山西省太原市剝蝕侵蝕中山區(qū)，地勢陡峻，植被較好，地面標高888～1 260 m以上，相對高差約370 m，隧道出、入口處均位于石灰?guī)r層，隧址處工程地質(zhì)條件較好。隧道起止里程為DK21+435.00～DK22+745.00,為全長1 310 m的單線電氣化鐵路隧道。隧道最大埋深約347 m，隧道進口端位于R=2 000 m的緩和曲線上，出口端位于直線上，隧道設(shè)置人字坡，坡率依次分別是 9.8‰，3.0‰，-3.4‰。

2 光面爆破的特點

光面爆破是先爆除主體開挖部位的巖體，然后再起爆布置在設(shè)計輪廓線上的周邊孔藥包，將光爆層炸除，形成一個平整的開挖面，是通過正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，達到爆后壁面平整規(guī)則、輪廓線符合設(shè)計要求的一種控制爆破技術(shù)。隧道全斷面開挖光面爆破，是應(yīng)用光面爆破技術(shù)，對隧道實施全斷面一次開挖的一種施工方法。它與傳統(tǒng)的爆破法相比，最顯著的優(yōu)點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩(wěn)定，確保施工安全，同時，又能減少超、欠挖，提高工程質(zhì)量和進度。

3 光面爆破方案的確定

目前，鐵路隧道光面爆破施工有兩種方法：一種是預(yù)留光爆層法；一種是全斷面一次性開挖法。

根據(jù)施工現(xiàn)場洞口DK21+435~DK21+450段為Ⅳ級圍巖的實際情況，為了不破壞洞口圍巖的穩(wěn)定性，同時考慮爆破飛石的影響，開挖采用臺階法施工，進洞后的Ⅱ、Ⅲ級圍巖均采用全斷面一次性開挖法。

由于新柏崖頭隧道Ⅱ級圍巖占隧道全長95%以上，以下主要以Ⅱ級圍巖為主闡述全斷面光面爆破施工。

新柏崖頭隧道選用的是2號巖石乳化炸藥，由于其不含任何單位炸藥和有毒物質(zhì)，爆速值高、炮煙少、藥物形態(tài)較硬、不黏手、抗水性強，且在有效期內(nèi)指標變化幅度遠較同類產(chǎn)品稍小，具有良好的爆炸性能。

圖1 全斷面法開挖炮眼布置示意圖

圖2 掘進炮眼布置及掏槽眼剖面示意圖

4 爆破方案設(shè)計

4.1 爆破參數(shù)選擇

光面爆破受多種因素影響，包括圍巖強度、整體性、節(jié)理、層理等地質(zhì)因素，現(xiàn)場圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，爆破參數(shù)進行現(xiàn)場設(shè)計動態(tài)調(diào)整。以同一類圍巖經(jīng)試爆取得的技術(shù)參數(shù)作為初步依據(jù)，每一循環(huán)爆破作業(yè)都要根據(jù)上一循環(huán)爆破效果，以及本循環(huán)圍巖特征進行適當調(diào)整，選擇一組最佳技術(shù)參數(shù)。上一循環(huán)是下一循環(huán)的預(yù)設(shè)計和試爆破。

嚴格控制周邊眼的裝藥量，采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)，盡可能地使藥沿藥眼長均勻地分布，這是實現(xiàn)光面爆破的重要條件。

在光面爆破中，炮眼間距E、最小抵抗線W、炮眼密集系數(shù)K、裝藥密度q是相互制約的。

4.1.1 光爆層厚度（B）

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)。斷面跨度大，光爆眼所受到的夾制作用小，巖石比較容易崩落，光爆層厚度可以大些，斷面小，光爆眼所受到的夾制大，光爆層厚度可以小些，光爆層的厚度與巖石的性質(zhì)和構(gòu)造也有關(guān)，堅硬巖石光爆層可小些，松軟破碎的巖石光爆層可大些。

4.1.2 周邊眼密集系數(shù)

周邊眼密集系數(shù)K是周邊眼間距（E）與光爆層厚度（B）的比值，是影響爆破效果的重要因素。

K=E/B

為了加快施工進度，新柏崖頭隧道采取減少打眼的數(shù)量,周邊眼間距大一些，但在炮眼密集系數(shù)不變的情況下，最小抵抗線也要增大，由此導致周邊眼裝藥量的增加，造成炮眼周邊局部巖石擾動過大，影響圍巖的穩(wěn)定。鑒于隧道開挖斷面約45 m2，跨度不大，光爆孔所受巖石夾制作用較大。中硬巖光爆孔間距E取52 cm，最小抵抗線W取60 cm，光爆孔密集系數(shù)K取0.87。

4.1.3 裝藥量計算

光面爆破裝藥量的計算，只要是確定周邊眼光爆層炮眼裝藥集中度，即以kg/m表示，一般采用實驗方法取得或從同類工程中選取。

q=QaB

式中：q：裝藥量集中度，kg/m；

Q：單位體積耗藥量，Kg/m3；

A：周邊眼間距，m；

B：光爆層厚度，m。

通過現(xiàn)場試驗和施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)，用計算法校核，確定q=0.15～0.25 kg/m。

4.1.4 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式

光面爆破采用不耦合裝藥，炮眼裝藥按裝藥集中度計算出的藥量均勻裝入炮眼內(nèi)。根據(jù)隧道圍巖性質(zhì)和經(jīng)驗，新柏崖頭隧道不耦合系數(shù)取1.25，即炮眼直徑40 mm，裝32 mm的藥卷。

4.1.5 光面爆破的分區(qū)起爆順序

順序為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。采用多段微差起爆（由內(nèi)向外）。主爆區(qū)使用非電毫秒雷管，順序為：光爆層的光爆眼用導爆索一次同時起爆。

4.2 裝藥量分布及光面爆破參數(shù)表

見表1。

表1 單線Ⅱ級圍巖全斷面光面爆破炮眼藥量分配表

5 結(jié)束語

通過中鐵六局太原鐵建承建的新柏崖頭隧道的過程施工控制，總結(jié)出了隧道開挖作為隧道施工的龍頭、質(zhì)量、進度、安全、效益等無不與之密切相關(guān)，開挖符合要求，支護才有一個順利的保證基礎(chǔ)。

實際施工爆破方案的實施與理論爆破方案計算出的爆破參數(shù)有較大的差異。如何通過理論研究進一步驗證該工程中實施的爆破方案是否為最優(yōu)控制爆破方案，將是下一步繼續(xù)研究的內(nèi)容。

[1]鐵路隧道工程施工技術(shù)指南TZ204-2008中國鐵道出版社出版發(fā)行15113.2828.

[2]江新錫.隧道（上、下冊）中國鐵道出版社ISBN978-7-113-01992-1/TU.432.