光面爆破技術(shù)在洛陽村隧道Ⅲ級圍巖應(yīng)用總結(jié)

張選鋒

(中鐵一局集團陜西華營工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，陜西西安 710054)

1 工程概況

由陜西華營工程建設(shè)監(jiān)理有限公司監(jiān)理的改建鐵路甘鐘線洛陽村隧道工程位于陜西省富縣洛陽村段家莊東北側(cè)，該隧道進口東側(cè)約300 m為既有包西鐵路段家莊隧道進口，出口亦與段家莊隧道相距78 m，全長946 m。進口里程DK584+959，出口里程DK585+905，隧道按列車最大行車速度120 km/h，單線隧道設(shè)計、預(yù)留電氣化條件，最大埋深120 m。

1.1 地形地貌

隧道位于黃土高原的梁峁區(qū)，洞身多被風(fēng)積黃土覆蓋，坡體多為階梯狀農(nóng)田，植被茂密。海拔標(biāo)高890 m～1 020 m，相對高差130 m。

1.2 巖性及地質(zhì)構(gòu)造

洞身出露地層主要為第四系上更新統(tǒng)粘質(zhì)黃土(Q3eol)、中更新統(tǒng)(Q2eol)、三疊系頁巖夾砂巖;第四系上更系統(tǒng)粘質(zhì)黃土為濕陷性黃土，場地濕陷類型為非自重，地基濕陷等級為Ⅱ(中等)，厚度8 m～10 m;該工程范圍內(nèi)無明顯的不良地質(zhì)作用。

其中DK585+276～DK585+600段長度324 m，系弱風(fēng)化頁巖夾砂巖、節(jié)理不發(fā)育、巖體較完整、洞身埋藏較深;設(shè)計給定為Ⅲ級圍巖段。此段占全隧總長34.2%，均采用全斷面光爆開挖。

2 光爆作業(yè)前準(zhǔn)備工作

鉆眼爆破是隧道施工的主要作業(yè)之一。衡量鉆眼爆破工作效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)除施工速度外，還反映在質(zhì)量、安全及經(jīng)濟效果上。鉆眼爆破時，應(yīng)使開挖出的坑道形狀、尺寸整齊并符合要求，炸下的石渣塊度合適，便于裝車，爆破單位體積巖石所消耗的工時、機具設(shè)備的費用及爆破材料的數(shù)量為最小。

2.1 機具設(shè)備選取與制作

鉆眼作業(yè)在爆破循環(huán)時間中占有很大比例;提高鉆眼速度，縮短鉆眼時間，對加快隧道掘進速度有很重要的意義。

1)鑿巖機械。

洛陽村隧道采用的是YYT228型風(fēng)動氣腿鑿巖機;是以壓縮空氣為動力，通過鑿巖機內(nèi)的活塞做往復(fù)運動，沖擊釬桿使釬頭擊碎碎石，每沖擊一次后，通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)件使釬桿自動旋轉(zhuǎn)，在連續(xù)沖擊和轉(zhuǎn)動下，鑿成炮眼。它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，操作方便，使用安全，不怕超負荷和反復(fù)啟動，在多水多塵等惡劣環(huán)境中仍能正常使用等優(yōu)點。

2)釬頭和釬桿。

釬頭或叫鉆頭，擔(dān)負直接破碎巖石的作用，它是否適宜破碎巖石，對鉆進速度有決定性影響。洛陽村隧道使用十字形硬質(zhì)合金釬頭，由鎢鈷合金鑲焊而成。

洛陽村隧道使用的是整體式釬桿(六角空心鋼)，釬桿及釬尾用特種低合金鋼整體鍛造，并在頭上鑲焊一字形碳化鎢合金片，經(jīng)過多道工序加工處理而成，使用壽命通長在200 m以上。

3)門架式開挖臺車。

洛陽村隧道使用的鑿巖臺車是由3個平臺組成門架式開挖臺車。采用工字鋼、鋼管、鋼筋焊接加工而成;臺車的施鉆尺寸按照鐵路單線隧道開挖斷面的幾何尺寸設(shè)計，可以11臺風(fēng)鉆13個人(2個人在臺車上流動扶鉆)同時作業(yè);臺車腹下可以通過裝巖機械及運輸車輛，以解決單線隧道的寬度所能提供給鑿巖臺車與裝運機具的會讓空間。放炮前直接用裝載機拖住臺車橫梁拉離掌子面100 m;機械排險后，直接用裝載機拖住臺車橫梁拉倒掌子面。

2.2 炸藥及起爆方法的選擇

1)炸藥選取。

根據(jù)設(shè)計階段勘探以及開挖揭示，洛陽村隧道系無沼氣、瓦斯和無礦塵爆炸危險的鐵路隧道工程，局部地段有圍巖裂隙水，所以我們選取了2號巖石乳化炸藥(白色形狀似乳脂、密度為1.00 g/cm3～1.30 g/cm3);規(guī)格型號為:φ32 mm ×200 g。

2)爆破網(wǎng)路、起爆電源、起爆方法、順序。

a.隧道電爆網(wǎng)路聯(lián)接采取串聯(lián)網(wǎng)路形式;b.起爆電源采用GF系列高能發(fā)爆器(見圖1);c.洛陽村隧道采用導(dǎo)爆管雷管起爆法;d.掏槽眼(裝1段或3段毫秒雷管)→掏槽眼的輔助眼(裝5段或7段毫秒雷管)→周邊眼的輔助眼(裝5段或7段)→周邊眼(裝11段或13段毫秒雷管)→底板眼(裝11段或13段毫秒雷管)→角眼(15段)按先內(nèi)后外順序逐排起爆。

圖1 GF系列高能發(fā)爆器

3 全斷面光面爆破鉆爆設(shè)計

通過對洛陽村隧道DK585+276～DK585+600段324 mⅢ級圍巖采用光面爆破技術(shù)，我們預(yù)期想達到開挖輪廓線規(guī)則，巖面平整，減少超挖和噴射混凝土的超方，節(jié)省二襯混凝土使用量;降低施工成本，加快進度;同時也增加了施工安全度。

3.1 光爆參數(shù)

周邊眼的間距(E);光爆層的厚度;周邊眼的密集系數(shù);裝藥集中度;循環(huán)進尺(L)等光爆參數(shù)選取的是否合適決定著光面爆破的效果。通過對先期爆破效果的觀察和鉆工鉆孔質(zhì)量、孔網(wǎng)參數(shù)以及與炮工交流，從鉆孔質(zhì)量、孔網(wǎng)參數(shù)入手，反復(fù)通過實體試驗調(diào)整得出。

1)周邊眼間距(E)。

周邊炮眼間距(E)根據(jù)以往經(jīng)驗考慮到洛陽村隧道系單線鐵路隧道其跨度較小，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育E值取小值;邊墻部位眼距按500 mm布設(shè);拱部眼距按350 mm～400 mm布設(shè);底板眼距按650 mm～1 200 mm布設(shè)。

2)光爆層厚度。

光爆層厚度就是周邊眼的最小抵抗線(W)。它是直接影響光面爆破效果和石渣塊度的一個重要因素。光爆層厚度一般取500 mm～800 mm;應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造加以調(diào)整，巖石堅硬整體性好取小值，巖石破碎取較大值。

3)裝藥密度(q)。

周邊眼的裝藥量也就是周邊眼線裝藥密度。按規(guī)范參照以往爆破作業(yè)參數(shù)全斷面一次起爆，q取值一般在0.30 kg/m～0.35 kg/m。

4)循環(huán)進尺(L)。

L=0.5B=0.5 ×6.0=3.0 m(B 為隧道斷面寬度，B=6.0 m)。

5)炮眼直徑、不耦合系數(shù)、孔深。

炮眼直徑對施工進度、炮眼數(shù)量、單位耗藥量和洞壁平整度有直接關(guān)系。

因使用φ42 mm鉆頭，炮眼直徑為42 mm;藥卷直徑32 mm;不耦合系數(shù)Kd≥1.31;不耦合系數(shù)符合要求。

在每循環(huán)施鉆中應(yīng)視掌子面的凹凸情況，調(diào)整各炮眼鉆孔長度，除掏槽眼、底板眼、角眼外其余炮眼眼底處于同一深度。

掏槽眼、底板眼、角眼深度取3.5 m;其余各眼炮孔深度取3.0 m～3.1 m。Ⅲ級圍巖全斷面光面爆破炮眼藥量分配表見表1。

表1 Ⅲ級圍巖全斷面光面爆破炮眼藥量分配表

6)炮眼數(shù)量(N)。

其中，q為單位炸藥消耗量，取0.79 kg/m3;s為開挖斷面面積，s=42.09 m2;a為炮眼裝填系數(shù)，取0.40;r為每1 m藥卷的炸藥質(zhì)量(2號巖石乳化炸藥)，取0.78。

由此可得N=107個。

將此理論計算值作為參考，根據(jù)在掌子面實際布置下來后眼距問題，以輔助眼適當(dāng)加密，實際炮眼總數(shù)一般在107個～126個。

3.2 炮眼的布置方法

為了獲得良好的爆破效果和提高鉆眼的效率按下列原則和方法布置:1)先布置掏槽眼，其次是周邊眼，最后是輔助眼。2)掏槽眼布置在掌子面中央偏下部位，為了充分發(fā)揮掏槽眼創(chuàng)造臨空面的作用，比其他炮眼深50 cm;掏槽范圍一般按1.4 m×1.4 m。3)周邊眼應(yīng)嚴(yán)格沿著設(shè)計開挖輪廓線布置;在斷面拐角處必須布置炮眼。點位布放時必須計算上35的外插斜率。掌子面邊墻處的周邊眼和拱部周邊眼的底部在中硬巖石中應(yīng)到達掌子面邊界，以防欠挖。4)如在掌子面布設(shè)下來后，眼距過大時，應(yīng)適當(dāng)布置輔助眼。5)在掌子面加密輔助眼的方法是:在按要求布置掏槽眼與周邊眼后，靠近已形成的掏槽范圍，用W'≤掏槽寬度/2，予以擴大，其他部分的層距則等于最小抵抗線 W，間距 a=1.0W～1.25W;并在整個斷面上均勻排列(采用CAD作圖方法)。

最小抵抗線W與炸藥威力和巖石情況有關(guān)，采用巖石2號乳化炸藥時，W值取0.6 m，洛陽村(單線鐵路隧道)隧道全斷面炮眼布置圖如圖2所示。

圖2 洛陽村（單線鐵路隧道）隧道全斷面炮面布置圖

3.3 取得的爆破效果

1)炮眼深度在3.0 m左右時，每循環(huán)進尺達到2.7 m～2.8 m。進尺效果較為理想。2)開挖斷面拱部輪廓圓順，邊墻規(guī)則無較大凹凸。超挖現(xiàn)象得到明顯控制，局部超挖深度最大不超過20 cm;局部欠挖在5 cm左右。3)炮眼半孔率在80%以上;爆破后圍巖穩(wěn)定，基本無剝落現(xiàn)象。4)炮眼利用率達93%;兩炮銜接臺階最大尺寸沒有超過15 cm。5)洞渣塊度最大塊45 cm左右;渣堆集中，拋距在20 m以內(nèi)。

4 光爆作業(yè)各工序時間卡控

洛陽村隧道在多次光爆后，根據(jù)爆破效果調(diào)整參數(shù)趨于穩(wěn)定后，我們在確定的條件下，為了提高炮眼利用率、壓縮炮眼循環(huán)作業(yè)時間、在一定時期內(nèi)多循環(huán)、加快作業(yè)進度，對時間進行了卡控，測算結(jié)果如表2所示。

表2 Ⅲ級圍巖全斷面法循環(huán)作業(yè)時間

5 結(jié)語

1)根據(jù)隧道工程地址、水文、圍巖情況、選取適合的炸藥品種、采用合適的裝藥結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制起爆順序是保證光爆效果的重要因素。

2)選取質(zhì)量、精度高的毫秒級雷管來控制時差亦是保證光爆效果的重要因素;目前許多施工單位為了直觀的降低爆破器材成本，對雷管質(zhì)量、使用沒有引起重視，這樣往往是得不償失。

3)準(zhǔn)確畫出開挖輪廓線對開挖斷面超欠挖控制有直接影響;提高測量畫線布眼精度是保證光爆質(zhì)量的重要措施。

4)根據(jù)每循環(huán)開挖后圍巖揭示情況，及時的調(diào)整光爆參數(shù)，可獲得比較理想的爆破效果。這是許多施工單位的薄弱環(huán)節(jié)，沒能引起重視，也是超欠挖產(chǎn)生的重要因素。

5)周邊眼眼距布控與及時調(diào)整以及其裝藥量控制是光面爆破作業(yè)效果好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

［1］TB 10417-2003，鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］TZ 231-2007，鐵路隧道鉆爆法施工工序及作業(yè)指南［S］.

［3］TZ 204-2008鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.