隧道施工光面爆破特征及有關參數選擇的分析

尹功龍，李丙銀

(江西中煤土木工程設計研究有限公司)

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隧道施工光面爆破特征及有關參數選擇的分析

尹功龍，李丙銀

(江西中煤土木工程設計研究有限公司)

通過某個隧道的個案研究為背景，通過對采用鉆孔臺車的深孔光面爆破問題的研究，探討有關爆破的方案選擇、參數的確定、裝藥的結構以及掏槽眼的布置方式、爆破的特點、效果等相關問題。

光面爆破；鉆爆設計；技術要點；安全措施

1 工程的有關概況

某隧道全長375 m，位于新寧縣回龍寺鎮桃李村，為重丘區地貌，工程地質條件主要為紫紅色、灰白色礫石巖。圍巖級別主要為Ⅲ、Ⅳ級圍巖，該隧道根據奧新法原理進行施工，根據工期的要求和工程的特點進行不同工區的施工，確定在高木凼端洞口布置場地，由邵陽向新寧方向掘進。采用的是自卸汽車進行的運輸，對于裝渣則使用的是反鏟式挖機與裝載機的配合使用。另外，在施工過程中，對于斷面的開挖控制在沒循環進尺1～2 m之內，通過這種做法來盡量減少對圍巖造成的擾動。

2 有關光面爆破的工作原理

有關光面爆破的破巖原理是一個比較復雜的問題，通過對起爆中的爆炸氣體做功進而對巖體產生一定的效應。光面爆破會使周邊的炮眼同時進行起爆，然后各炮眼的沖擊波會向四周進行徑向的傳播，相鄰的炮眼沖擊相遇后會發生應力波的疊加效應，并會產生切向的拉力。當該拉力大于巖體的極限抗拉強度時巖體就會發生破裂，并在炮眼的中心連線上產生裂縫，隨著裂縫的進一步擴展，最后則形成相對平整的爆裂面。光面爆破的主要內容包括炮眼的數目、深度、角度、布置、裝藥結構以及裝藥量等。采用“新奧法”進行施工，也需要根據工程的有關地質條件以及實際需要進行光面爆破。

3 鉆爆的設計和操作的要點

3.1 鉆爆設計

在鉆孔之前按照規范和設計測量放線繪出要開挖斷面的水平、中線以及斷面輪廓線，并標出炮眼的位置，而后進行相關標準的檢查，符合要求后即可進行施工。本文研究的隧道同時為了成本和設計的要求采用的是風鉆進行鉆眼，其中風鉆采用的是φ42合金鉆頭，采用濕法進行施鉆，在施工時并要保證風壓不能小于0.5 MPa，而工作面水壓不能小于0.3 MPa。在鉆眼完成之后如圖1進行檢查并做好相關記錄，若不符合則需重鉆，合格后才可裝藥。對于已經裝藥的炮眼需要用炮泥進行及時的堵塞，而且堵塞的長度應大于20 cm。

圖1 有關隧道開挖的鉆爆設計(單位：cm)

3.2 人員以及設備的配備

(1)人員：進場人員共30人，其中安全員4人，爆破員4人，負責人1人。

(2)設備：YTP-28風鉆20臺、挖掘機(CAT320B)1臺、自卸車(5T)6臺、20 m3/min風壓機3臺、20型風槍10把、裝載機(ZLB50)1臺。

3.3 光面爆破的參數確定

采用光面爆破的效果如何主要取決于炸藥的性質和用量、掩埋深度、不耦合系數以及巖石的條件等。需要確定的主要參數有：

(1)炮眼直徑d。

炮眼直徑d增加，藥卷直徑隨之增加，有利于提高爆炸的穩定性，使爆速增大，但若炮眼直徑d過大，就會降低鉆速。另外，如果炮眼的數目較少則會影響藥量均勻分布的狀態結果會使巖石破碎的質量變差，所以，一般的炮眼直徑d的范圍為35～45 mm。

(2)周邊眼的間距E。

對于堅硬的巖層，周邊眼的間距E應該大些，對于跨度小的隧道應當適當的減小周邊眼的間距E，反之則增大。在隧道爆破時，周邊眼的間距E的計算公式為：E=(12～20)d。一般周邊眼的間距E的范圍為600～700 mm，但是如果開挖面的曲率比較大，那么間距則可以減小至450～500 mm，但是最小一般不小于400 mm。

(3)最小抵抗線V。

其計算公式為：V=Q/CEL，其中E為炮眼間距；C為爆破系數；L為炮眼深度；Q是炮眼裝藥量的單位耗藥量。

(4)光面炮眼的深度和角度。

在隧道的開挖中，硬巖隧道通常要比循環的進尺深0.05～0.15 m。底板眼、掏槽眼一般比炮眼要深0.15～0.25 m，在硬巖時應取大值，一般的炮眼深2.1 m，而底板眼和掏槽眼則為2.3 m。如果采用的是先進的鑿巖臺車時，則其深度一般不小于3 m。有關炮眼的角度一般為4°～5°。

(5)裝藥量Q′。

其計算公式為Q′=qEVL，其中L表示炮眼的平均深度；q是單位炸藥的消耗量；其他符號意義如前。一般來說，當炮眼深度為1.0～3.0 m時，單位體積內的巖石耗藥量為0.4～0.8 kg/m3，當炮眼深度為3～3.5 m時，單位體積內的巖石耗藥量為0.9～2.0 kg/m3。

(6)不耦合系數D。

不耦合系數指的是炮眼與藥包的直徑之比。當D=l時表示孔壁與藥包是緊密接觸的；D>1時表示孔壁與藥包之間有空氣間隙。存在空氣間隙時，炸藥的爆破威力則會衰減許多，所以，在施工中需要使用耦合裝藥來改變裝藥的結構以實現對爆破的正確控制。

表1 光面爆破參數

注：1.關于軟巖隧道的光面爆破其相對距離應取小值；2.裝藥的集中度應該按2#的巖石硝銨炸藥進行考慮。如果使用其他炸藥，則需進行換算

(7)炮眼的密集系數m。

炮眼的密集系數也被稱為炮眼的臨近系數，它表示了炮眼的間距a與最小抵抗線V之間的相關關系，即m=E/V，這是有關爆破參數確定中的一個比較關鍵的值。現如今，在爆破工程的施工過程中，確定光面層厚度，一般情況下是光面層厚度V與周邊間距a兩者之間的比值m=EfV=0.8～1.0時則表示較好。當m>1時，則說明E值是偏大的，V值偏小，爆破的時候容易出現眼間的裂縫，而周邊眼尚未溝通前應力波就已經傳到了二圈眼，結果就是這樣的光面眼就變成偏斗的爆破。當E=V時，m=1。爆破時光面眼之間的裂縫形成較好。當m=0.5時，即2E=V光面層不易爆下來，實踐證明m=0．8～1.0時較好。

3.4 爆破的安全措施

根據《爆破安全規程》( GB6722-86)有關爆破的安全注意事項主要有：

(1)進行爆破時應使用符合技術要求并經過檢測合格的器材，根據實際的爆破方案，進行炮孔深度、炮位、以及用藥量的設計，在施工之前有關該設計的圖紙及爆破的方案需要報送公安部門審批后才可以進行實施。

(2)禁止在雷雨、濃霧、黑夜以及暴雨天氣等進行有關的爆破作業。

(3)爆破工作必須有專人指揮，爆破前需要做好安全防護，確定的危險區邊界應有明顯的標志，警戒區四周必須設警戒人員、警戒區內的人、畜必須撤離，施工機具器材應妥善安置。預告、起爆警戒等信號應有明確的規定。爆破時，應確保人員和機械應撤至受爆破影響范圍之外。

(4)導火索的長度要保證點完后人員可以安全撤離。

(5)在爆破最后一響的20 min之后才可撤除警戒防護。

(6)環境條件“復雜”和“十分復雜”的爆破工程，每次爆破要進行爆區設計，裝藥前爆破工程技術人員需要逐個進行驗收炮孔，計算裝藥量，并落實覆蓋防護以及安全警戒等措施，確保不發生震動、飛石等過大的危害。

(7)有專人負責爆破后的清幫找頂的工作，確保不留下危石。爆破通風15 min后，必須立即進行安全方面的檢查，查出有無未超爆的瞎炮，確認無誤后才可以出碴。隧道出碴采用的是無軌裝碴、無軌運輸，即裝載機裝碴，自卸汽車運輸至棄碴場。

4 施工技術要點

(1)根據圍巖的特點選定周邊眼的最小抵抗線和間距，盡量提高鉆眼的質量水平。

(2)控制鉆眼的裝藥量，盡量使藥量在炮眼處實現均勻分布。

(3)對于周邊眼使用低爆速、低猛度的炸藥和小直徑藥卷。另外，為了能夠滿足對炮眼裝藥結構的要求，可以借助傳爆線進行空氣間的隔裝藥。

(4)采用毫秒微差進行有序的起爆。按照規定的程序進行施工，能夠使爆破后的光敏啊具有很好的臨空面。

(5)注意邊孔的直徑應不大于50 mm。

5 結 論

通過以上的分析可以看出，在隧道的施工過程中，有關爆破開挖方案選擇的好壞對后面的開挖速度起著至關重要的作用。同時爆破后的結果又直接的影響著下一步襯砌支護和裝巖運輸的成本和速度。簡要探討我們知道在對隧道進行爆破開挖的過程中，采用本文提到的光面爆破技術不僅能夠減少使用爆破技術的使用對圍巖的損傷，而且也能夠達到較大的進尺。在隧道開挖的過程中，爆破技術的設計和采用是其能否順利和成功進行的關鍵。

[1] 姜彥彥，姜建平，紀宏.隧道開挖面空間效應特征研究及應用[J].交通科技，2014，(S1)：44-47.

[2] 華薇.巖土參數對公路隧道圍巖穩定性影響的數值模擬研究[J].交通科技，2014，(4)：109-111.

[3] 陳江，徐志學.基于塊體理論的隧道優化設計方法探討[J].交通科技，2013，(2):88-90.

[4] 劉富成.公路隧道爆破振動對塔基影響的安全評價[J].交通科技，2013，(5)：94-96.

2015-02-11

U442

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1008-3383(2015)12-0108-02