向莆鐵路金瓜山隧道光面爆破技術的應用

金團輝

向莆鐵路金瓜山隧道光面爆破技術的應用

金團輝

向莆鐵路股份有限公司

山嶺隧道鉆爆法開挖，光面爆破技術是確保質量安全的核心要素之一,是目前仍然需要不斷研究的一項課題。該文結合向莆鐵路金瓜山隧道鉆爆法光面爆破技術的應用與工程實踐，談幾點認識。

鉆爆法 光面爆破 技術應用

1 工程概況

向莆鐵路金瓜山隧道是我國自行設計、施工的雙線單洞鐵路隧道，采用鉆爆法施工，正洞全長14097m，平行于線路左側30m設置貫通平導一座，全長14125m。隧道出口段山坡平緩，地表為坡積含粉質黏土碎石土，為第四系坡積層，施工采用新奧法掘進，技術難度大。金瓜山隧道地質圍巖大多為Ⅱ級圍巖，約占89.29％，Ⅲ級圍巖約占2.57％，Ⅳ級圍巖約占5.44％，Ⅴ級圍巖約占2.70％；隧道巖性主要為花崗巖，埋深大、地溫高，易產生巖爆等災害；洞身穿過15條斷層，斷層最大涌水量7931m3/d，全隧開挖施工采用無軌運輸作業。隧道技術含量高、質量要求嚴、標準高、工期緊，是整個向莆鐵路的重點控制性工程之一。

2 金瓜山隧道正洞光面爆破

2.1 光爆設計依據

金瓜山隧道正洞Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖，斷面面積116.16m2,循環開挖進尺3.0～3.5m；Ⅲ級圍巖采用臺階法開挖，斷面130.5m2,循環開挖進尺為1.6～2.0m；Ⅳ圍巖地段采用三臺階七步法開挖，斷面面積140.08m2,循環開挖進尺0.8～1.6m；Ⅴ級圍巖地段采用上部CD法下部臺階法開挖，斷面面積143.47m2，循環開挖進尺為0.6～1.0m。

根據新奧法施工的原則。洞身開挖前，采用計算法和工程類比法相結合的方法，對各級圍巖的開挖進行鉆爆設計，確定鉆爆參數和控制鉆爆設計圖。

光面爆破的主要參數：周邊眼的間距、光爆層的厚度、周邊眼密集系數、周邊眼的線裝藥密度等。

2.2 光面爆破的技術措施

主要有以下三個方面：

2.2.1適當加密周邊眼。周邊眼孔距適當縮小，可控制爆破輪廓，避免超欠挖，又不致過大地增加鉆眼工作量，一般取 E=(8～12)d，E為孔距，d為炮眼直徑。

2.2.2合理確定光面爆破層厚度。光面爆破層厚度即最小抵抗線，由于周邊眼的間距E與光面爆破層厚W有著密切關系，通常以周邊眼密集系數K表示，K=E/W。根據施工經驗，一般取K=0.6～1.0，能達到最佳光爆效果。

圖1 光面爆破工藝流程圖

2.2.3合理用藥。根據本隧工程地質特征，炸藥選用低密度、低猛度、低爆速、高爆力的炸藥，周邊眼選用2#巖石光爆藥卷，其他炮眼選用2#巖石乳化炸藥。施工中根據孔距、光面爆破層厚度、石質及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。

2.3 光面爆破施工技術要求

結合國內外的工程實踐，歸納為以下幾點：

2.3.1施工測量。開挖作業前，用全站儀按設計斷面放出隧道中線和開挖輪廓線，并使用醒目標志（一般采用紅色油漆線）標識在隧道的開挖斷面上，同時進行詳細的炮眼點位布置和標識（重點控制測量精度）。

2.3.2鉆爆作業。施鉆根據鉆爆設計的炮眼個數、眼距、炮眼深度及要求的外插角度、眼底誤差進行作業，為防止人為原因引起超欠挖，司鉆工或臺車司機必須嚴格按技術要求進行作業。

2.3.3鉆機就位。臺車、風鉆按規定就位，接通風、水、電路，開鉆時先送水，后送風。鉆機開孔時，宜用1m以內的短鉆桿，待鉆孔定位并鉆進0.5m以上后再換長鉆桿。

2.3.4炮眼間距偏差。掏槽眼不大于2cm，周邊眼與內圈眼不大于3cm，周邊眼眼底不得超出外輪廓5cm，其它眼不大于5cm。

2.3.5炮眼方向。司鉆中隨時觀察每臂（臺）鉆進情況，利用已打好的孔眼作標志，掌握好鉆眼方向，以達到“準、直、平、齊”的要求。

2.3.6順邦打眼。堅持順邦打眼，鉆臂（風鉆）緊貼巖壁，最大限度地減少超挖。周邊眼外插角不大于1.5°，底板眼方向與隧道坡率基本相同。

2.3.7掏槽眼。掏槽眼位置可根據掌子面圍巖結構特征適當調整，掏槽眼較掘進眼深20cm，以取得較好的開挖進尺。

2.3.8清孔。裝藥前，采用高壓風，使用特制鋼管清洗眼中的石碴、石粉及泥漿。

2.3.9裝藥。裝藥采用多功能臺架裝藥，裝藥專人操作，并制定相應的安全規程。嚴格按技術交底中規定的裝藥量及裝藥結構操作，同時根據不同的圍巖狀況靈活調裝藥量，以達到更好的爆破效果。

2.3.10炮孔口堵塞。炮孔口用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20cm，炮泥用炮泥機制作，成分為泥土、砂和水，合理的重量百分比為土:砂:水=（70～80）:（8～10）:（13～20），最小密度達到1.90g/cm3，并具有較好的柔軟性，炮眼堵塞長度不小于20cm。

2.3.11爆破。爆破工從炸藥庫領出藥卷和導爆管，確認并保存好段數標記。起爆網絡按鉆爆設計的形式連接，主爆網絡采用雙管雙索，以確?？煽科鸨?。網絡連接好后再次檢查準確無誤，人員設備撤離至安全區域后，由爆破工起爆。

2.4 爆破參數設計

根據金瓜山隧道實際圍巖狀況（Ⅱ級圍巖描述：鉀長晶洞花崗巖，弱～微風化，褐紅色～淺紫色，中細粒結構，塊狀結構，以晶洞為特征。巖石較堅硬，節理不發育，裂隙少，呈整體結構，圍巖穩定性好），經過理論計算，加之從開工到現場施工過程中的不斷修訂，得出適合金瓜山隧道Ⅱ級圍巖地段實際光爆參數，具體為：實際斷面爆破設置190～200個炮眼（根據實際情況調整），其中周邊眼47個，實際深度3.8m/個（使用4m長鉆桿）；掏槽眼44個，實際深度4.8m/個（使用5m長鉆桿）；輔助眼72個，實際深度3.8～4.8m/個（使用4m、4.5m、5m長鉆桿）；底板眼33個，實際深度3.8m/個（使用4m長鉆桿）。實際布眼見表1。

表1 金瓜山隧道開挖參數表（全斷面開挖）

Ⅱ圍巖強度為80～120MPa，設計開挖方量116.16m3/延米。爆破時，電雷管2發、毫秒雷管200發左右，炸藥循環用量為330～360kg，導爆索200m。實際每循環進尺約3.0～3.5m，打眼風鉆采用YT28型鑿巖機，共32臺。鉆桿直徑25mm，鉆頭直徑32mm。鉆桿長度分為2m、2.5m、3.5m、4m、4.5m、5m。

2.5 人員配置

開挖臺車設計為4層，作業人員按5層同時進行開挖作業，配備鉆機32臺，開挖共35人（32人施鉆，3人配合開挖工作業）。按兩個班組輪流交替作業。

3 光面爆破取得的工程實效

3.1 循環進尺實效

自2008年12月15日至2011年1月1日，金瓜山正洞出口段累計完成4717m。其中Ⅴ級圍巖占109m，Ⅳ級圍巖占320m，Ⅲ級圍巖占180m，Ⅱ級圍巖占4108m，平均月進尺192.5m，月最高進尺263.2m，最高日進尺12.3m，單循環進尺3.0～3.5m。

3.2 超、欠挖控制效果

金瓜山隧道成功應用了光面爆破技術，開挖輪廓圓順、開挖面平整，炮眼痕跡保存率接近90%，有效控制了隧道超欠挖的技術難點。但是，由于圍巖節理裂隙的不穩定性及施工過程中的一些其它原因，開挖施工中，有時仍然會存在局部超欠挖現象，為了保證隧道開挖后凈空輪廓受控，保證隧道施工質量，在實際施工過程中，金瓜山隧道具體控制超、欠挖方法為：每次開挖鉆眼前，先由技術人員利用萊卡TCR802全站儀實施斷面測量放樣，標明開挖面炮眼位置，待開挖班組人員爆破、出碴班出碴結束后，再由技術人員利用萊卡隧道斷面儀實施斷面測量，并根據測量數據，生成實際斷面圖形，與理論斷面進行比對。對于復核檢查，以技術交底的形式下達隧道架子隊開挖班，及時進行修正處理。對于超挖現象，認真分析，查找原因，通常按10m一個斷面采用隧道斷面儀測量檢測。

4 結束語

金瓜山隧道鉆爆法光面爆破技術的成功應用，意義重大，以下幾點應當引起重視：

4.1 光面爆破技術的成功應用是確保隧道安全掘進的基礎，是確保隧道施工質量的根本，是加快隧道施工進度的前提，是衡量隧道施工企業技術先進性的標尺。

4.2 光面爆破技術的成功應用，不但可以加快工期，節省成本，而且可以提高后續防水工程的施工質量。

4.3 提高光面爆破技術質量，必須不斷總結修正不同圍巖分級的各項技術參數，如圍巖的硬度、強度等，然后根據圍巖強度和硬度及時調整相關鉆爆參數。

4.4 提高光面爆破技術質量，必須及時準確地對轉點進行復測。在開挖放樣時埋設的轉點必須做到精細復測，從而確保開挖放樣的準確性。

4.5 提高光面爆破技術質量，必須及時對開挖輪廓進行測量。在開挖過程中及時對超欠挖予以處理。

4.6 做好監控量測工作，掌握圍巖動態，為隧道安全施工提供信息保障。