軟弱圍巖隧道光面爆破技術淺析

摘要：文章針對京滬高速鐵路JHTJ-3標段金牛山隧道地層巖性及水文地質條件，淺析在軟弱圍巖地段隧道采用光面爆破施工，確保施工質量及施工安全，為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：金牛山隧道；軟弱圍巖；光面爆破；施工

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0077-03

1 工程概況

金牛山隧道進口里程DK465+335，出口里程DK467+240，隧道全長1905m，通過地質超前預報揭示圍巖節理裂隙發育，弱風化，呈碎石狀壓碎結構，圍巖等級為Ⅳ級、Ⅴ級，地層為太古代泰山群花崗片麻巖變晶結構局部夾角閃片巖，灰褐色，中細粒結構，片麻構造，其片麻理產狀為210°∠58°，225°∠69°，該段隧道區地下主要為基巖裂隙水，主要由大氣降水補給。滲透系數0.05～0.4m/d，地下水位高程為162.93～177.76m，洞身涌水量q=0.0000473m/s·m3。

2 軟弱圍巖隧道爆破開挖方案確定原則

在爆破開挖過程中應根據圍巖的級別采用合理的爆破參數和爆破材料、起爆方式、裝藥結構及堵塞材料，盡量減少爆破對周邊圍巖和臨近洞室的擾動和破壞，嚴格控制超欠挖和爆破震動，充分保護圍巖的自承能力。本隧道采用臺階法施工，根據圍巖及水文地質情況等綜合考慮，采用光面爆破法鉆爆施工。

3 鉆爆設計方案

總的設計思想是拱部采用光面爆破，掏槽采用拋擲爆破，核心采用控制爆破的綜合爆破技術。根據開挖方法分別采用半段開挖、全斷面開挖兩種爆破方式，采用非電毫秒雷管爆破，電雷管引爆，采用多段位非電毫秒雷管的網絡設計。根據金牛山隧道圍巖特點，圍巖等級為Ⅳ級，呈碎石狀壓碎結構，采用斜眼掏槽、直眼掏槽混合使用，起爆順序：掏槽眼→

掘進眼→內圈眼→周邊眼→底板眼→地板角眼。

爆破參數如下：

3.1 炮眼直徑

根據爆破藥卷的偶合系數要求，并考慮鉆孔機具（YT28型鑿巖機）鉆孔效率，鉆孔直徑選用42mm。

3.2 炮眼深度

隧洞爆破開挖每循環進尺為2.0m，所以設計掏槽

眼深度為2.5m，輔助眼2.3m，周邊眼2.2m，底板眼2.5m。

3.3 單孔藥量計算

Q1=qabL（kg）

式中：

Q1——單眼藥量，kg

q——炸藥單耗，kg/m3

a——孔間距，m

b——孔排距，m

L——每循環進尺，m

3.4 炮孔布置

掏槽眼的布置：隧洞施工采用光面爆破施工，掏槽眼形式為兩排對稱八字形，且在底部交匯。輔助眼的布置：由于輔助眼的作用是為了進一步擴大槽口體積和爆破量，為周邊眼創造有利的爆破條件，所以輔助眼的布置應由內向外，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開挖輪廓線。周邊眼的布置：周邊眼的布置一般沿設計輪廓線均勻布置，為了控制超欠挖以及便于下一次鉆眼，擬將炮眼方向以2°的斜率外插，眼底落在設計輪廓線以外8cm處。底板眼的布置：底板眼的眼底也須落在起拱線以下8～10cm左右，并與輔助眼、周邊眼的眼底落在同一垂直面上，而且采取較大的炸藥單耗，有利于克服上覆石渣的壓制并起到翻渣作用。炮孔布置如圖1所示：

圖1 Ⅳ級圍巖上半斷面鉆孔設計圖

3.5 炸藥量計算

本工程爆破開挖每循環進尺2.0m，開挖量每延米84.46立米。

根據單耗，根據工程類比類取炸藥單耗q=0.6 kg/m3。每循環爆破總裝藥量計算：

Q=q×v

式中：

Q——每循環裝藥量（kg）

q——單位用藥量（kg）

v——巖石體積（m3）

據此計算，本開挖循環炸藥用量為Q=0.6×84.46×

2=101.35kg。

周邊眼的裝藥量和間距根據實際圍巖情況進行調節。

3.6 裝藥結構及堵塞

掏槽眼、輔助眼、底板眼采用大直徑藥卷孔底連續裝藥結構，周邊眼采用小直徑不偶合裝藥結構，并全部采用自制炮泥堵塞孔口。如圖2所示：

圖2 炮孔裝藥結構及堵塞圖

采用乳化炸藥，裝藥時，周邊眼采用間隔裝藥，輔以導爆索，并固定在竹片或竹棍上，以保證周邊爆破對周邊圍巖的擾動減少到最小。輔助眼采用常規裝藥，掏槽眼和底板眼適當加大裝藥量。

通過爆破試驗確定爆破參數及光面爆破參數，軟弱破碎圍巖地段爆破的相對距離取最小值，爆破參數以現場爆破數據為準。

4 影響光面爆破效果的主要因素

（1）地質條件：對于地質構造復雜的節理裂隙發育弱風化呈碎石狀壓碎結構的軟弱圍巖、碎石土黏土及含水較豐富的斷層滑面地段的圍巖，采用“多打眼、少裝藥”為原則，盡可能避免對隧道圍巖擾動破壞。

（2）巖體結構變化無常，只有在選擇與之適應的爆破參數才能取得最佳的爆破效果。

（3）引起鉆眼誤差的因素有測量放線誤差、開眼誤差、鉆眼角度誤差等。

（4）起爆順序不良，非電毫秒管雷管網絡的可靠性較低，某一分支失效，都會影響起爆順序和爆破效果。

（5）裝藥結構不合理，炮眼堵塞長度不足也可以對爆破質量造成影響。

5 光面爆破的關鍵技術

（1）根據圍巖特點，選定合理的周邊眼參數，周邊眼間距E為直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素。一般E=（8～10）×d，其中炮眼直徑d=42mm。對于裂隙節理發育層理明顯的地段，周邊眼間距可適當減小，也可以在兩個炮眼之間增加一個不裝藥的導向孔眼，最小抵抗線直接影響光面爆破效果。

（2）采用合理裝藥結構，盡可能使炸藥沿孔深均勻分布，周邊眼爆破均采用間隔裝藥，炸藥封堵，導爆索串線孔底適當加強，可使鉆孔內的炸藥起爆后的沖擊波相互對沖膨脹，使圍巖均勻爆裂，產生極佳的光面效果。

（3）科學選擇炮眼布置方式及掏槽形式，合理安排起爆順序。一般周邊眼、內圈眼按環形布孔，掏槽眼按線性布孔。采用斜眼掏槽，將掏槽部位上移，增加底眼，提高爆破效果。

采用掏槽眼→掘進眼→內圈眼→周邊眼→底板眼→地板角眼的爆破順序，以便為輔助眼、內圈眼、周邊眼、底板眼、底角眼逐次開辟臨空面。實現順序起爆的手段是采用非電毫秒雷管分段起爆，為保證起爆順序的精確性，非電毫秒雷管必須跳段使用。

6 光面爆破施工工藝

（1）放樣布眼、鉆眼前，用油漆準確繪出斷面的中心線和輪廓線，標出炮眼的位置。

（2）定位鉆眼采用YT-28型氣腿式手持風鉆鉆孔作業，人員就位后要嚴格按炮眼布置圖正確鉆孔，加強周邊眼和掏槽眼的鉆孔精度，鉆眼誤差要控制在最低范圍內，風鉆工要定點定位，熟悉炮眼布置圖，周邊眼要由技術好、責任心強的鉆工施鉆，確保周邊眼有準確的外插角，使兩茬炮交界處銜接臺階不大于20cm。掌子面凹凸較大時，及時調整炮眼深度，保證周邊眼、輔助

眼、跟底眼、內圈眼、底眼在同一垂直面上。

（3）裝藥前必須保證用風管將炮眼內的石屑、泥土吹出，保證炮眼內的清潔，按炮眼的設計裝藥量自上而下分片裝藥，雷管要對號入座。

7 光面爆破的質量控制

光面爆破最顯著的優點是周邊眼炸藥的爆破能減少對周邊圍巖的擾動，保持圍巖的自穩性，確保施工安全，減少超挖，杜絕欠挖。控制超挖、欠挖是光面爆破控制的關鍵。一個掌子面同時出現幾種不同級別的圍巖，就要按圍巖級別及時調整鉆眼的抵抗線間距線及炮眼的裝藥量，使同一個掌子面不同的圍巖爆破出相同的效果。

8 結語

軟弱圍巖、碎石土、黏土隧道爆破施工中，宜采用臺階法施工，對鉆爆設計，先現場試驗，結合以往的施工經驗，再不斷地總結和完善。

（責任編輯：周加轉）