瑯琊山隧道軟弱圍巖爆破施工技術

高朋飛 劉陽春 傅菊根

(1.安徽理工大學土木建筑學院；2.安徽江南爆破工程有限公司)

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瑯琊山隧道軟弱圍巖爆破施工技術

高朋飛1，2劉陽春2傅菊根1

(1.安徽理工大學土木建筑學院；2.安徽江南爆破工程有限公司)

根據軟弱圍巖的特點，分析了隧道爆破掘進對軟弱圍巖穩定性的影響。以瑯琊山隧道爆破施工為工程實例，給出了軟弱圍巖爆破施工參數的選取方法，以此保障了施工進度、質量和安全，為類似工程爆破參數的選取提供了參考。

軟弱圍巖 隧道爆破 技術參數 施工保障

公路、高鐵、物流廊道等工程施工過程中常需要穿越山體、地下結構，隧道開挖是常見的施工方法。在隧道施工過程中，經常會遇到軟弱圍巖等不良的地質情況，軟弱圍巖隧洞的施工質量不僅影響著隧洞的穩定性，還會影響隧道施工安全和工程進度[1-2]。

1 爆破對圍巖穩定性的影響分析

隧道爆破開挖后，巖體中形成了一個新的自由面，而原來處于高應力作用下的軟弱圍巖，會向新的自由空間產生位移，圍巖的自穩能力不斷減弱[3]。在反復多次爆破應力波的擾動下，圍巖的變形速度會進一步加快，巖體進一步損傷，而軟弱圍巖本身的膠結程度差、節理程度高，可能會出現掉塊和塌頂現象。

隧道施工過程中超欠挖在所難免，但是由于軟弱巖層本身具有巖面結合程度較差、黏結力弱等特點，在開挖時更易造成超欠挖。通過提高鉆孔精度，選擇合適的單耗、周邊孔線裝藥密度以及裝藥結構，可以減少對圍巖的振動和破壞，減少超欠挖[4-5]。

2 瑯琊山隧道概況

瑯琊山隧道是滁淮高速公路的控制性工程，為分離式隧道，采用削竹式洞門，公路等級為雙向四車道，設計時速120 km/h。隧道內主要地質有粉質黏土、強風化千枚狀頁巖、中風化千枚狀頁巖、強風化硅質頁巖、中風化硅質頁巖等。具體參數如表1所示。

3 爆破施工方案

根據所穿巖層的賦存條件和巖石性質選擇施工方案，Ⅳ級圍巖采用上下斷面正臺階開挖，Ⅴ級圍巖采用正臺階環形留核心土開挖[6]。

表1 隧道長度及圍巖參數

遵循新奧法施工原理，加強對施工現場的監控、量測，確保開挖安全順利進行。

3.1 炮孔布置

(1)周邊炮孔。采用工程類比法，優化調整炮眼間距：E=(8～12)d(d為炮眼直徑)，抵抗線：W=(1.0～1.4)E。

(2)掏槽孔。采用雙楔形掏槽，每對掏槽孔間距0.2～0.6m，孔底間距0.1～0.2m。掏槽孔與工作面夾角為55°～75°，本工程兩排炮孔間距0.3 m。

(3)輔助孔。本工程取90 cm，施工中可做適當調整。

(4)周邊孔。為減少對圍巖的擾動，采用光面爆破，周邊孔間距一般為30～60 cm，本工程取50 cm，周邊孔爆破時采用不耦合裝藥，并同時起爆，確保爆破質量。

3.2 炮孔數計算

(1)

式中,n為炮孔數目，n取120～150個；f為巖石普氏系數,上下斷面正臺階開挖取f=10，正臺階環形留核心土開挖取f=8；S為巷道掘進斷面，m2。

正臺階環形開挖將斷面分為環形拱部、上部核心土、下臺階三部分，在有自由面的前提下，下臺階爆破參數可參考淺孔臺階爆破參數，以減少炮孔數目。Ⅴ級圍巖段開挖炮孔布置如圖1所示。

圖1 Ⅴ級圍巖段開挖炮孔布置(單位：cm)

3.3 單孔裝藥量

周邊眼單孔藥量

(2)

其他各部位炮眼裝藥量

(3)

式中,Qk為單孔裝藥量，g；di為炸藥直徑，cm；β為光面爆破炮眼填裝系數，取0.6；L為炮眼深度，cm；ρ0為炸藥密度，g/cm3；q為單孔裝藥量，g；K為裝藥密度，g/cm3；α為炮眼間距，cm；w為抵抗線，cm；λ為炮眼系數，掏槽眼λ=3，輔助眼λ=2。

3.4 爆破器材選擇

隧道爆破采用巖石乳化炸藥，周邊光爆孔采用φ25 mm的小藥卷，用導爆索連結各藥卷，其他炮眼采用φ32 mm標準藥卷，采用非電毫秒導爆管雷管(1～11 ms段)。

4 其他爆破安全措施

(1)正臺階環形留核心土開挖和上下斷面正臺階開挖法施工時，注意控制核心部分和下臺階邊緣孔的裝藥量(采用少裝藥或分層裝藥)，以免支護在爆破時破壞。

(2)炮孔堵塞可以提高炸藥的能量利用率，堵塞長度不小于20 cm，堵塞材料采用炮泥(組分為砂∶黏土∶水=3∶1∶1)。

(3)圍巖強度不同，爆破效果也不同，施工時要進行試爆，取得可靠合理的爆破參數。

(4)隧道爆破掏槽孔采用正向起爆，其他炮孔采用反向起爆，可得到較好的巖碴塊度。

5 結 語

針對軟弱圍巖在鉆爆施工過程中出現大的擾動、變形、掉塊的問題，改進了爆破方法，通過逐步調整，選擇出針對軟弱圍巖的相對合理爆破施工參數。通過在瑯琊山隧道的工程實踐，證明該技術方案是合理的，該隧道在施工質量、進度、成本等方面達到了預期的要求。

[1] 關寶樹．隧道工程施工要點集[M]．北京：人民交通出版社，2003．

[2] 朱永全．隧道工程[M]．北京：中國鐵道出版社，2005．

[3] 劉書廣，費維水．施工爆破對隧道圍巖的擾動分析[J]．交通世界，2006(8)：73-76．

[4] 鄧顯平．隧道超欠挖的影響因素及控制途徑[J]．公路交通科技，2009(1)：5-6．

[5] 萬姜林，關寶樹．鉆爆法隧道控制超欠挖技術研究[C]∥中國土木工程學會隧道及地下工程學會第七屆年會暨北京西單地鐵車站工程學術討論會議論文集(上).北京：中國土木工程學會隧道及地下工程學會，1992：302-307．

[6] 鄒樹梅，王勝勇．軟弱圍巖控制爆破設計與施工[J]．工程力學，2000(S1)：742-750．

2016-09-02)

高朋飛(1989—)，男，工程師，碩士，232001 安徽省淮南市田家庵區舜耕中路168號