大跨度隧道光面爆破參數(shù)選擇與施工質(zhì)量控制★

李付勝 姜德義

(1．重慶鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司，重慶 400051; 2．重慶大學(xué)西南資源開(kāi)發(fā)及環(huán)境災(zāi)害控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044)

1 概述

光面爆破是地下工程、硐室開(kāi)挖常用的一種爆破技術(shù)，它是按照巷道斷面的設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)合理布置周邊眼而進(jìn)行的一種人為控制爆破，在隧道周邊形成一個(gè)光滑平整的邊壁，使隧道圍巖不產(chǎn)生或產(chǎn)生很少的爆震裂縫，從而保持圍巖的完整和自身承載能力，以便達(dá)到快捷、高效、優(yōu)質(zhì)的施工目的。但在實(shí)際施工過(guò)程中仍然存在這樣和那樣的問(wèn)題，影響了成洞的質(zhì)量和圍巖的穩(wěn)定。為此，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)文獻(xiàn)資料給出光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)的計(jì)算公式和一些參考值，供施工單位參考。

某隧道全長(zhǎng)1 427 m，雙向六車(chē)道，隧道單洞凈跨12．25 m，洞高7 m，兩洞相距43．75 m。隧道設(shè)計(jì)根據(jù)新奧法理論，施工采用鉆爆法，光面爆破上下臺(tái)階分步開(kāi)挖。本隧道圍巖可分為Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ類(lèi)三大類(lèi)，其中以Ⅲ類(lèi)圍巖為主，采用上下臺(tái)階開(kāi)挖和光面爆破，非電毫秒雷管起爆，使巷道成形規(guī)整，斷面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，減少超挖或欠挖，提高工程速度和質(zhì)量。

2 爆破參數(shù)的選擇［1-3］

2．1 掏槽眼布置方式

掏槽效果的好壞直接影響掘進(jìn)效果和炮孔利用率，掏槽眼的深度決定了巷道的掘進(jìn)進(jìn)度。在隧道掘進(jìn)中掏槽方法大致可分為:斜眼掏槽法、直眼掏槽法、混合掏槽法3種方法。本隧道鉆爆施工中采用斜眼掏槽。

掏槽炮眼布置圖如圖1所示。

圖1 掏槽眼布置圖（單位：cm）

2．2 裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)形式是控制爆破中最重要最復(fù)雜的問(wèn)題之一。周邊眼起爆時(shí)，爆炸沖擊波不但破壞巷道內(nèi)側(cè)的巖石，而且對(duì)巷道外側(cè)的巖壁也有較大的破壞作用。為使炸藥爆炸后，爆生氣體能均勻地作用在炮眼全長(zhǎng)上，也需改變周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)。本隧道的周邊眼采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2．3 炮眼直徑Db

炮孔直徑的確定關(guān)系到施工的效率和成本，一般情況下，主要依據(jù)爆破現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和鉆孔機(jī)具來(lái)確定。對(duì)于巷道開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)常用的炮眼直徑為35 mm～45 mm。

圖2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2．4 最小抵抗線(xiàn)W

對(duì)于光面爆破，最小抵抗線(xiàn)也即光面厚度。最小抵抗線(xiàn)W除了與爆破系數(shù)、炮孔深度、單孔藥量和孔距有關(guān)外，還應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)及地質(zhì)條件適時(shí)調(diào)整。經(jīng)驗(yàn)表明，巖石堅(jiān)韌、可爆性差時(shí)，W可取值小些;巖石松軟、易破碎時(shí)，W可取大些。

2．5 炮孔裝藥量

炮孔裝藥量計(jì)算的原則，取決于要求爆破的巖石的體積、巖石硬度、可爆性及爆破類(lèi)型等。為減少對(duì)圍巖的破壞作用，盡可能的減少周邊眼的炸藥密度，減少爆破沖擊波對(duì)周?chē)鷰r體的影響。因此，在巖石炸落的前提下，多打炮眼少炸藥，藥量愈少愈好。

2．6 不耦合系數(shù)D

炮眼直徑與藥包直徑的比值是不耦合系數(shù)，它反映炸藥與孔壁的接觸情況。一般情況下，光面爆破采用的不耦合系數(shù)為1．5～2．5。

3 工程應(yīng)用

3．1 工程現(xiàn)狀

根據(jù)隧道光面爆破質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)左洞里程K0+207．56～K0+242．41，共34．85 m爆破后的檢查結(jié)果進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，共檢驗(yàn)275個(gè)點(diǎn)，合格157點(diǎn)，不合格118點(diǎn)，合格率57．1%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 爆破質(zhì)量不合格點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

從表1看出，殘眼率和超挖量是影響光面爆破質(zhì)量效果的主要因素。

3．2 原因分析

依據(jù)統(tǒng)計(jì)、排列分析所得的主要問(wèn)題，運(yùn)用全面質(zhì)量管理理論和方法，對(duì)產(chǎn)生問(wèn)題的原因進(jìn)行討論分析，將有可能影響隧道光面爆破質(zhì)量的超挖大和殘眼率低的原因進(jìn)行深入細(xì)致的分析，見(jiàn)關(guān)聯(lián)圖圖3。

圖3 影響隧道光面爆破質(zhì)量關(guān)聯(lián)圖

3．3 對(duì)策實(shí)施

3．3．1 出渣完畢后，對(duì)掌子面圍巖狀況做仔細(xì)的分析了解

地質(zhì)條件對(duì)光面爆破效果的影響極大，在隧道開(kāi)挖前，對(duì)隧道進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，及早的了解前方圍巖狀況，積極采取有效的措施。

1)在裂隙發(fā)育、圍巖整體性差的情況下，采用小導(dǎo)管周邊眼預(yù)注漿，導(dǎo)管長(zhǎng)4．0 m，間距50 cm，同時(shí)減小周邊眼的線(xiàn)裝藥密度，由0．17 kg/m減少到0．125 kg/m，周邊眼的間距由50 cm減少到40 cm。

2)根據(jù)巖體的不同地質(zhì)條件，合理利用結(jié)構(gòu)面。將炮孔沿結(jié)構(gòu)面布置，這樣只需少量的炸藥，就可以達(dá)到理想的爆破效果。

3．3．2 根據(jù)具體情況及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)

根據(jù)上述措施判斷出的巖性狀況，再次確定不同巖體的爆破光面爆破層厚度和周邊眼間距，由于周邊眼抵抗線(xiàn)過(guò)小，造成光面爆破層厚度太薄，內(nèi)圈眼爆破時(shí)對(duì)周邊圍巖震動(dòng)過(guò)大，破壞了圍巖的完整性，排危后造成超挖，因此，必須調(diào)整光面爆破層厚度，確保周邊眼間距與其抵抗線(xiàn)之比在0．8左右，周邊眼間距取較小值，即45 cm。

3．3．3 用特制竹片和藥卷空氣間隔裝藥

1)周邊眼爆破與主體爆破相比，采用爆速低一些、密度小一些、爆力大一些的炸藥，效果更好，采用φ25 mm小藥卷炸藥，長(zhǎng)20 cm，0．125 kg/條的炸藥。

2)周邊眼裝藥必須采用竹片間隔空氣裝藥，底眼裝一條，其余部分半條均勻分布綁扎，拱腳以上2 m的周邊眼眼底加強(qiáng)裝藥，即底部多裝一條，以減少拱腳巖石的夾持作用。

3)每個(gè)周邊眼均采用單雷管起爆，裝好后用機(jī)制炮泥將眼孔堵塞好，不能用紙殼等包裝物填塞。

3．3．4 保證開(kāi)眼誤差的準(zhǔn)確性，確保畫(huà)弧的圓順

1)測(cè)量采用激光免棱鏡全站儀，標(biāo)示出拱頂及以下0．5 m，1 m，2 m，3 m，4 m，5 m兩側(cè)開(kāi)挖線(xiàn)上共13個(gè)點(diǎn)，再用紅油漆把點(diǎn)光滑圓順的連接起來(lái)形成開(kāi)挖線(xiàn)，開(kāi)挖線(xiàn)已包括預(yù)留變形量，炮工可以直接在紅油漆上掛眼開(kāi)鉆，不需要再人為放大開(kāi)挖線(xiàn)。

2)由于炮工不好掌握周邊眼的外插角，購(gòu)置一臺(tái)激光指向儀，掛在掌子面后30 m的拱頂，調(diào)整激光的方向，使其與隧道軸線(xiàn)方向一致，操作手可以根據(jù)激光的方向來(lái)控制周邊眼的外插角角度。

3．4 經(jīng)濟(jì)效益分析

3．4．1 技術(shù)及安全效益

在措施實(shí)施后，對(duì)光面爆破的關(guān)鍵工藝得到了很好的把握，有效的控制了超挖，減少了噴射混凝土量，縮短了工期，節(jié)約了項(xiàng)目成本，同時(shí)，由爆破引起的拱頂?shù)魤K也較少，確保了作業(yè)人員的施工安全。

3．4．2 經(jīng)濟(jì)效益

改進(jìn)后超挖得到了很好的控制，爆破輪廓清晰圓順，平均線(xiàn)性超挖由20 cm減小到6 cm，縮小14 cm，每輪炮(平均進(jìn)尺3 m)減少超挖0．14 m×22 m×3 m=9．24 m3，即每米可以減少超挖3．08 m3，同時(shí)出渣和同級(jí) C30噴射混凝土回填量也相應(yīng)減少3．08 m3/m。K0+356．59 ～ K0+396．73 段僅 40．14 m，就節(jié)約成本:117元/m3(開(kāi)挖)+ 750元/m3(C30噴射混凝土)×3．08 m3/m ×40．14 m=10．718 萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

為了達(dá)到理想的爆破效果，必須根據(jù)不同工程地質(zhì)條件，認(rèn)真分析，選擇不同的爆破參數(shù)和施工工藝。在城市隧道快速掘進(jìn)過(guò)程中，光面爆破技術(shù)得到了很好的提高，不同巖性的光面爆破參數(shù)得到了很好的控制，施工工藝和施工方法也得到了進(jìn)一步的提高。圍巖拱部炮眼保存率達(dá)到98%，邊墻光面爆破炮眼保存率達(dá)到90%，平均線(xiàn)性超挖小于8 cm，不僅有效地發(fā)揮了圍巖的自穩(wěn)能力，提高了開(kāi)挖質(zhì)量，而且還提高了經(jīng)濟(jì)效益。

［1] 齊景岳，劉正雄，張儒林．隧道爆破現(xiàn)代技術(shù)［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1999．

［2] 姜德義，李付勝，滕宏偉，等．城市大跨度公路隧道光面爆破設(shè)計(jì)與優(yōu)化［J］．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(11):95-97．

［3] 張志呈．爆破原理與設(shè)計(jì)［M］．重慶:重慶大學(xué)出版社，1992．

［4] 陳曉波．光面爆破參數(shù)選擇與質(zhì)量控制措施［J］．爆破，2006，23(1):39-41．