楊家?guī)X隧道光面爆破施工技術(shù)探析

謝慶豐

（貴州黔辰建設(shè)工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

鑒于楊家?guī)X隧道光面爆破效果獲得質(zhì)監(jiān)部門“溫州市歷史上最好”的評(píng)定，本文就其光面爆破施工方案、爆破器材選擇、光爆設(shè)計(jì)、施工控制等加以總結(jié)，拋磚引玉，供大家參考并完善，共同促進(jìn)隧道光面爆破施工質(zhì)量不斷提高。

1 工程簡(jiǎn)介

楊家?guī)X隧道長(zhǎng)3 300m，巖石賦存裂隙水，水量貧乏，水文條件較好，隧道洞口段覆蓋第四系殘坡積層，厚度＜1m，巖體破碎，裂隙發(fā)育，呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，中等風(fēng)化，屬Ⅱ、Ⅲ類圍巖[1]；中間段主要為微風(fēng)化晶玻屑凝灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)完整，呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)，屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖，易采用全斷面光面爆破開挖，光面爆破質(zhì)量對(duì)隧道安全、質(zhì)量、效益、進(jìn)度都起到了至關(guān)重要的作用。

2 鉆爆設(shè)計(jì)

2.1 鉆爆施工方案

根據(jù)楊家?guī)X隧道地質(zhì)情況及質(zhì)量、工期要求，確定對(duì)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用全斷面開挖，以Ⅳ類圍巖為例，每循環(huán)進(jìn)尺3.0m，鉆孔深度為3.3～3.4m，鉆爆機(jī)具選擇YT—28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)。

2.2 爆破器材的選擇

2.2.1 炸藥的選擇

楊家?guī)X隧道主要選用2號(hào)巖石銨梯炸藥[2]，密度為0.95～1.10g／cm3，爆速＞3200m／s，猛度＞12mm，殉爆距離＞3cm，作功能力＞298ml。這種炸藥的優(yōu)點(diǎn)是：性能優(yōu)良、結(jié)塊性小、爆破性能穩(wěn)定、使用安全、猛度小、成本低、（洞內(nèi)）生成有害氣體少等；缺點(diǎn)是：吸濕性強(qiáng)、抗水性差，受潮后不能充分起爆甚至不起爆。該隧道在有水地段還使用了2號(hào)巖石乳化炸藥。

2.2.2 炸藥用量估算

炸藥用量與圍巖類別、開挖方法和炸藥品種有關(guān)。為控制楊家?guī)X隧道超欠挖情況，借鑒其他隧道的施工經(jīng)驗(yàn)[3]，平均線形超挖h與單位體積耗藥量q存在線性關(guān)系：

根據(jù)隧道規(guī)范規(guī)定超挖控制目標(biāo)，平均線形超挖h為7～15cm，利用上式得出q的范圍為0.72～1.27kg／m3。 再查閱《工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》，得出全斷面開挖單位體積耗藥量q＝1.4～1.6，由于開挖斷面較大，故選取q＝1.4；炮眼深度為3.0m，炮眼修正系數(shù)為0.8，故理論計(jì)算得出單位體積耗藥量q為：

結(jié)合楊家?guī)X隧道鉆孔機(jī)具、實(shí)際圍巖地質(zhì)等情況，借鑒貓山隧道施工經(jīng)驗(yàn)，采用工程類比法，取單位體積炸藥消耗量為1.0kg／m3。在三次試爆過(guò)程中，單位體積炸藥消耗量約為0.948kg／m3（IV類循環(huán)進(jìn)尺為3.0m，每米開挖方量為66.79m3，每循環(huán)進(jìn)尺開挖巖石3×66.79＝200.37（m3），每循環(huán)進(jìn)尺平均消耗炸藥190kg）。

2.3 全斷面光面爆破設(shè)計(jì)

光面爆破是新奧法施工的三大支柱之一，它是采取特殊的裝藥結(jié)構(gòu)，選擇合理的周邊布孔和準(zhǔn)確的穿孔，嚴(yán)格控制藥量，合理安排起爆順序和起爆方法進(jìn)行精確開挖的爆破方法。爆破后巖面平整、規(guī)則，并留有清晰的半邊孔，對(duì)圍巖的整體性、穩(wěn)定性損害較小，能保持圍巖自身的穩(wěn)定性和承載力。以楊家?guī)X隧道IV類圍巖為例，介紹鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和體會(huì)。

2.3.1 起爆順序

起爆順序按以下方案進(jìn)行：

a）段間隔差調(diào)配 合理的起爆時(shí)差可以避免爆破振動(dòng)波的疊加，減小振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)，從而減小超欠挖，根據(jù)對(duì)以往隧道爆破資料的統(tǒng)計(jì)，段與段間隔25ms時(shí)，振動(dòng)波就不會(huì)產(chǎn)生疊加，為了使前一段爆破的巖石離開原位，為下一段爆破創(chuàng)造臨空面，楊家?guī)X隧道爆破段間隔差控制在50～100ms范圍內(nèi)；

b）起爆順序 光面爆破從掏槽孔開始，先爆破出一個(gè)臨空面，再?gòu)慕孛嬷行耐庖粚訉舆M(jìn)行，最后進(jìn)行周邊眼爆破；

c）炮眼布置 先布置掏槽孔、周邊孔，然后是底板孔、內(nèi)圈孔、輔助孔。

3 楊家?guī)X隧道超欠挖施工控制

在隧道鉆爆開挖中，超欠挖的控制是一大難題，超欠挖控制較好，將對(duì)隧道的質(zhì)量、安全、進(jìn)度、效益起到顯著的作用。

3.1 造成超欠挖的主要因素和控制措施

對(duì)超欠挖影響最大的是鉆孔精度（44.2%），然后依次為爆破技術(shù)（20.3%）、施工管理（17.6%）、測(cè)量放線（7.6%）、地質(zhì)條件變化（6.1%） 等，其中前四項(xiàng)的影響占89.7%。因此楊家?guī)X隧道控制超欠挖的重點(diǎn)是控制鉆孔精度、爆破技術(shù)、施工組織管理、測(cè)量放線。

3.1.1 鉆孔精度控制

在鉆爆施工中，周邊眼的外插角、鉆孔定位、鉆孔深度對(duì)控制超欠挖影響很大。楊家?guī)X隧道周邊眼的外插角根據(jù)超欠挖要求及因風(fēng)鉆外觀尺寸限制，無(wú)法貼近巖石側(cè)面，選定為1.70，周邊孔外斜率為3cm／m，最大不超過(guò)4.5cm／m，以確保孔底不超出開挖輪廓線10cm，最大不超過(guò)15cm；周邊眼和掏槽眼的孔位精度要求較高，施工誤差控制在3cm以內(nèi)，最小抵抗線誤差控制在5cm以內(nèi)，通過(guò)實(shí)踐，總結(jié)出一套可行的鉆孔方法。

鉆眼前由測(cè)量人員定出隧道中心線、拱腳，用坐標(biāo)法標(biāo)定周邊眼位置；按標(biāo)定的周邊眼位置進(jìn)行鉆孔，首先選好開口位置，敲掉浮石，根據(jù)斷面方向確定支架的角度，使鉆桿與開口處斷面垂直，當(dāng)開孔5cm深左右時(shí)調(diào)整鉆孔的角度，同時(shí)根據(jù)眼口位置處巖石的平整程度調(diào)整炮眼深度，以保證除掏槽眼外，其余炮眼底均落在同一平面上（掏槽眼比其他炮眼深10cm）；鉆桿、風(fēng)鉆、支架必須在同一垂直面上，并掌握好進(jìn)氣量，使鉆架穩(wěn)定，鉆桿在炮眼中心位置旋轉(zhuǎn)。鉆周邊眼時(shí)還必須做到“準(zhǔn)、直、平、齊”的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 爆破技術(shù)的控制

技術(shù)人員根據(jù)圍巖的變化，對(duì)鉆爆參數(shù)及時(shí)進(jìn)行修正。特別是對(duì)單位體積耗藥量、周邊眼裝藥集中度、周邊眼間距、最小抵抗線等參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。

3.1.3 施工管理水平對(duì)超欠挖的影響

在鉆爆作業(yè)中必須詳細(xì)進(jìn)行人員組織、作業(yè)安排、技術(shù)交底，并加強(qiáng)質(zhì)量檢查及信息反饋，以減小超欠挖數(shù)量，將其控制在目標(biāo)值內(nèi)。

3.1.4 測(cè)量放線的控制

由于周邊眼間距E＝50cm，楊家?guī)X隧道開挖輪廓放樣是“五寸弧坐標(biāo)”放樣。每次全斷面鉆孔前，逐一測(cè)定周邊眼位置，其他炮眼根據(jù)設(shè)計(jì)圖，由周邊眼位置定出。斷面畫眼完成后，為確保其精度，應(yīng)在已畫的孔位內(nèi)抽查幾個(gè)，保證其準(zhǔn)確性。

3.2 加強(qiáng)斷面檢測(cè)及信息反饋

開挖質(zhì)量包括兩個(gè)方面：

a）開挖斷面的平整度、炮眼利用率、殘留率、錯(cuò)臺(tái)情況（采用目測(cè)、儀器測(cè)量結(jié)合的方法進(jìn)行評(píng)定）；

b）超欠挖的控制（測(cè)出隧道開挖的實(shí)際輪廓線，并與設(shè)計(jì)輪廓線比較，得出超欠挖部位和數(shù)量，及時(shí)指導(dǎo)下一步的施工）。

楊家?guī)X隧道選擇了三種檢測(cè)超欠挖的方法：a）“圓心、半徑、鉛垂線”法；b）坐標(biāo)法；c）以臺(tái)車內(nèi)模為參照物檢測(cè)超欠挖偏差。

4 爆破效果

楊家?guī)X隧道K53＋000～K53＋518段Ⅳ、Ⅴ類圍巖光面爆破效果較好，主要表現(xiàn)在：爆破后圍巖穩(wěn)定，無(wú)大塊巖體剝落和坍塌；斷面平整，錯(cuò)臺(tái)不大于10cm；平均線形超挖不大于10cm，最大超挖15cm；局部欠挖不大于7cm；炮孔利用率93%以上，炮孔殘留率85%以上。

同時(shí)根據(jù)二襯混凝土實(shí)際用量與設(shè)計(jì)用量比較，平均每延米多用混凝土1.71m3，換算后平均線形超挖8cm，低于規(guī)范要求的超挖10cm誤差，從另外的角度證明了光面爆破效果較好。

5 結(jié)論

5.1 鉆孔精度對(duì)超欠挖影響最大（44.2%），然后依次為爆破技術(shù)（20.3%）、施工管理（17.6%）、測(cè)量放線（7.6%）、地質(zhì)條件變化（6.1%）等，前四項(xiàng)因數(shù)的影響占89.7%。施工中理論應(yīng)與實(shí)際相結(jié)合，根據(jù)不同圍巖地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整鉆爆參數(shù)，隧道光面爆破效果良好，超欠挖控制符合隧道規(guī)范要求。

5.2 “導(dǎo)爆索-繼爆管微差起爆法”，在相同的鉆爆參數(shù)情況下，光面爆破質(zhì)量比“非電塑料毫秒延期雷管”的光面爆破質(zhì)量好，但其缺點(diǎn)是成本較高、單獨(dú)使用時(shí)難以在爆破前判斷網(wǎng)路的可靠性。

5.3 楊家?guī)X隧道光面爆破也存在一些不足，例如受鉆機(jī)外觀尺寸和路線左轉(zhuǎn)的影響，在開挖右側(cè)邊墻時(shí)，不得不將周邊眼位置水平縮進(jìn)2～3cm，造成右側(cè)邊墻局部超欠挖偏大（仍在規(guī)范允許的范圍內(nèi)）。

[1]JTJ 042—94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]楊文淵.工程爆破常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]鄧江.貓山公路隧道工程技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]賈仁輝.隧道工程[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.