豐寧隧道光面爆破應用技術總結

陶 冶

0 引言

隧道開挖施工采用光面爆破的施工工藝能夠保證隧道周邊圍巖的弧形平順度，提高隧道周邊圍巖的自拱穩定性;同時，良好的光面爆破開挖效果也可為隧道的初期支護與二次襯砌等各結構層的厚度及厚度的均勻性提供保障，為減少隧道的施工病害和提高隧道的施工安全打下基礎。由于光面爆破使開挖面平整，巖石無破碎，減少了裂隙，這樣可以大大減少超欠挖量，而且還很大程度的減少了支護的工作量，從而降低了成本，加快了施工進度。

1 工程概述

張唐鐵路豐寧隧道位于承德市豐寧縣城東南側，全長為6 397m，為單洞雙線長大隧道，隧道最大埋設409.6m。圍巖級別及巖性:Ⅱ級圍巖4 063m，二長花崗巖，弱風化，巖體完整，巨塊狀整體結構;Ⅲ級圍巖1 876m，二長花崗巖，花崗閃長巖，弱風化，巖體較完整，節理較發育，呈塊狀結構;Ⅳ，Ⅴ級圍巖458m，二長花崗巖，強～弱風化，節理裂隙發育，呈碎石狀結構，巖體較破碎，呈碎石狀結構。Ⅲ級圍巖占29%，采用臺階法開挖，錨、噴、格柵、網、初期支護、襯砌類型為復合式。

2 光面爆破技術設計

2.1 光面爆破方案的確定

豐寧隧道Ⅲ級圍巖段圍巖節理較發育，呈塊狀結構，兩臺階法開挖施工。臺階斷面積S上=56.94m2;S下=50.97m2;掘進循環進尺3.0m;鉆眼采用YT-28鑿巖機;炸藥采用2號巖石硝銨炸藥，采用導爆索非電毫秒導爆雷管起爆。

2.2 光面爆破參數選定

大量的爆破實踐證明:不同巖石光面爆破效果通常與巖石最小抵抗線大小有關，在抵抗線(W)一定的條件下，眼距(E)大小直接影響光爆效果。此外，周邊眼同時起爆，采用較小的裝藥集中系數，合理的裝藥結構也是消除爆震裂縫，保證光面爆破效果的重要條件。

2.2.1 掏槽方式的確定

豐寧隧道設計跨度大、凈空高，Ⅲ級圍巖段為兩臺階法爆破開挖。沒有大自由面掏槽爆破是很難實現的。根據以前積累的經驗最后確定雙楔形掏槽方式是該巖層爆破最佳的掏槽方式，掏槽的巖石在其掘進空間拋出最遠，在巖層爆破空間能形成較大的楔形臨空面，掏槽效果較好。圖1為掏槽眼布置示意圖。

圖1 掏槽眼布置示意圖（單位：cm）

2.2.2 最小抵抗線W(光爆層厚度)

最小抵抗線是影響光爆效果和爆碴塊度的主要因素。在豐寧隧道試爆實踐中，確定豐寧隧道的最小抵抗線為45cm～80cm。實際施工中，在這個范圍內依據圍巖實際情況調整光爆層的厚度，取得了較好的爆破效果。

2.2.3 周邊眼間距E

Ⅲ級圍巖眼距選40cm～50cm比較合適。豐寧隧道節理裂隙較發育，爆破時裂縫方向多變不易形成完整的曲面。爆后通過觀察光爆成型情況，根據圍巖裂隙發育特點，總結發現周邊眼間距在45cm比較合適。

2.2.4 周邊眼密集系數K

周邊眼密集系數是周邊眼間距(E)與光爆層厚度(W)的比值，是影響爆破效果的重要因素。通過實踐發現:K=E/W=0.8～1.0時，光爆效果達到了最佳狀態。周邊眼參數計算式:抵抗線W=(1.0 ～1.25)E;不耦合系數 D=1.25 ～2.0;根據公式取 K=0.8 ～1，E=45cm;則 W=45cm ～55cm。

2.2.5 裝藥系數和周邊眼裝藥集中度

根據以往爆破積累的經驗，掏槽眼平均裝藥系數取α=0.85，輔助眼平均裝藥系數取α=0.83，周邊眼的平均裝藥系數取α=0.44，效果比較理想。通過現場試驗和施工經驗數據，用計算法進行校核，確定周邊眼裝藥集中度q=0.9 kg/m～0.15 kg/m。

2.2.6 炮眼眼數及眼深

該隧道巖石爆破選用2號巖石硝銨炸藥;臺階斷面積S上=56.94m2;S下=50.97m2;則炮眼個數為:

其中，炸藥單耗量Q=1.19 kg/m3;每孔裝藥密度γ=0.78 kg/m;α為裝藥系數。

進尺L輔助眼=周邊眼=底板眼=3.0m，掏槽眼3.2m。

2.2.7 裝藥結構

周邊眼采用空氣間隔裝藥，如下:1)底部1/2普通標準藥卷(φ35)起爆;2)小直徑藥卷(φ25)空氣間隔裝藥。其他炮眼采用連續柱狀裝藥，起爆順序:掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼爆破順序，為保證起爆順序的精確性，毫秒雷管跳段使用。周邊眼裝藥結構示意圖見圖2。

圖2 周邊眼裝藥結構示意圖

2.2.8 光面爆破參數的調整

在施工中分別對周邊眼間距為40cm～55cm、光爆層厚度及炮孔數量等進行多次現場爆破試驗，得出以下爆破技術參數:

1)周邊眼間距E=0.45m;2)W=45cm;3)密集系數K=1;4)孔深L=3.0m;5)裝藥集中度q=0.11 kg/m;6)炮眼數量N:Ⅲ級圍巖上臺階炮眼總數選取104個，下臺階炮眼總數選取96個。

2.3 光爆施工控制要點

1)鉆孔作業。鉆孔時嚴格按規定作業，力求鉆孔方向、位置滿足設計要求，準確控制周邊眼外插角。掏槽眼:深度、角度設計施工，眼口間距誤差和眼底誤差不大于5cm。輔助眼:眼口排距、行距誤差不大于10cm。周邊眼眼口位置誤差不大于5cm，眼底誤差不得大于斷面輪廓線10cm。

2)裝藥作業。清孔干凈，裝藥符合設計要求，雷管使用準確。當開挖面凹凸較大時，按實際情況調整炮眼深度(相應調整裝藥量)，力求所有炮眼(除掏槽眼)眼底在同一平面上。所有炮眼裝藥后，用炮泥進行堵塞，填塞長度不小于30cm。

3)起爆作業。起爆前仔細檢查起爆網路;同一開挖斷面上，起爆順序由內向外逐層起爆;延發時間孔內控制。

4)鉆爆效果檢驗。每次掘進爆破后，檢查記錄光爆效果，炮孔利用率，平均掘進長度，碴體的破碎程度，拋擲距離，圍巖的損壞程度等，作為不斷優化鉆爆設計的依據。

5)控制超欠挖措施。采用一炮一分析，根據爆破震動速度，炮痕保存率、裝藥量、殘眼深度及數量、拋碴距離、堆碴高度、巖碴塊度等多方面的測量和數據對比分析，選擇合理的鉆爆參數，不斷優化鉆爆設計。

3 光面爆破的效果與經濟效益

3.1 光爆效果

豐寧隧道目前Ⅲ級圍巖段已經開挖施工完畢，進入到Ⅱ級圍巖段，隧道開挖全部實行光面爆破，除開始的試驗段外，現已開挖地段光爆效果良好，被列入業主的光爆觀摩工點。

1)爆破后半眼眼痕率達95%以上，兩茬炮重疊臺階最大尺寸10cm，超過欠挖量僅為4%～7%左右，較非光面爆破的超欠挖量(15%～20%)低很多。

2)碴塊小且均勻，利于裝碴，節省裝運時間。

3)減少支護投入，降低了工程成本。

4)巖面平整，應分布均勻，圍巖變形量小，減少安全隱患。

3.2 經濟效益

1)節省工序時間:

光爆施工鉆眼及裝藥延長20min，清理危石或補炮縮短30min，初期支護縮短40min，裝碴及出碴縮短20min，初支表面平整，便于后續的掛土工布，防水板施工。

2)節省材料:

光面爆破比非光面爆破減少超挖量11%～13%，按現行規范標準平均超挖值150cm，即每延米少開挖約2.8m3，減少同標號噴射混凝土回填量約2.8m3;同時也節省了火工品和因非光面爆破所造成的圍巖破碎所需鋼支撐、錨桿、鋼筋網等初期支護的工程量。

4 結語

1)在圍巖節理裂隙較發育的Ⅲ級圍巖臺階法施工中，光爆參數初選后再現場試驗選定，施工中需不斷依據爆破效果進行調整，不斷的完善。

2)光爆技術與綜合地質預報相結合，可以采用工程類比法和現場試驗法相結合選擇爆破參數，要不斷的總結。

3)光爆技術可以降低超挖、欠挖，減輕對圍巖的破壞、擾動，減少支護工作量，而且能降低成本，加快施工。

[1]鐵路工程技術標準所.鐵路工程建設標準匯編——鐵路隧道工程施工技術指南[M］.北京:中國鐵道出版社，2009:963-1090.

[2]張繼春.工程控制爆破[M］.成都:西南交通大學出版社，2001.

[3]王 偉，程 鵬，楊慧琳.西山隧道洞身開挖爆破設計方案[J］.山西建筑，2010，36(29):327-328.