兩種爆破方式在隧道開挖中的應用

謝俊源

(福建民化建設工程有限公司，福建 龍巖364000)

1 工程概況

坂尾隧道位于龍巖市新羅區蘇坂鎮,全長4 149 m,為雙線隧道,線間距4.4 m。 隧道開挖寬度最大13.72 m,開挖高度11.58 m,開挖面積138.49 m2。

坂尾隧道洞身穿越圍巖主要為第四系坡殘粉質黏土,進口施工長度2 074.5 m,為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖。 隧道Ⅴ級圍巖總長188 m,占隧道總長的9.1%;Ⅳ級圍巖300 m,占隧道總長的14.5%。 Ⅳ級圍巖采用三臺階開挖法施工,Ⅴ級圍巖采用三臺階臨時仰拱法。 初期支護采用型鋼拱架+錨網噴支護,二次襯砌緊跟。 爆破中,以Ⅳ級圍巖為例,采用普通裝藥和不耦合間隔裝藥兩種方式進行爆破效果對比,以便在后期大面積施工時選用更好的爆破施工方案。

2 普通爆破

坂尾隧道Ⅳ級圍巖爆破分為上臺階爆破、中臺階爆破、下臺階爆破和仰拱爆破,以上臺階爆破為主分析不同的爆破方式和爆破參數下的爆破效果。其中,上臺階高度為4 m,寬度為12.37 m。

2.1 普通爆破方式參數

普通爆破方式采用斜孔掏槽,連續裝藥,上臺階爆破的具體參數見表1。

表1 上臺階爆破參數表

2.2 爆破效果

通過對多組爆破參數適當調整,爆破后,爆后輪廓成型不平整,超挖明顯。 爆破結果對照情況見表2,爆后效果如圖1 所示。

表2 爆破結果對照表

圖1 普通爆破爆后局部拍攝效果

3 光面爆破

3.1 光面爆破方法

雖然Ⅳ級圍巖很破碎,但是考慮到爆破對圍巖的擾動太大時不利于巖石的穩定,故按照光面爆破進行設計,力圖對圍巖的擾動降到最低,為順利施工打下基礎。 爆破采用間隔裝藥,控制炸藥量,控制好起爆順序,提高爆破效果[1-2]。

3.2 上臺階孔網參數

隧道拱圓弧周長為15.56 m,每4 個周邊孔導爆索由1 發毫秒延期導爆管雷管連接,爆破采用直徑32 cm 的2 號巖石乳化炸藥,普通導爆索,雷管為7 m 毫秒延期導爆管雷管。

3.2.1 炮孔深度的確定

炮孔深度根據下述3 種情況考慮選定。

1)采用斜眼掏槽時,炮孔深度不宜過大,當巖石為Ⅳ級時,根據巖石性質和開挖安全性降低孔深。

2)利用每一掘進循環的進尺數及實際的炮孔利用率來確定。

3)按每一掘進循環中所占時間確定。

掏槽孔應加深10 ～20 cm,以保證其他炮孔能充分發揮效能。 底眼應加深5 ～10 cm,且應多裝藥。 炮孔的孔底均位于爆破開挖面底部同一斷面。

3.2.2 輔助孔的布置

輔助孔的布置主要是解決炮孔間距和最小抵抗線的問題,抵抗線為炮孔間距的60% ～80%,并在整個斷面上均勻排列。

3.2.3 周邊孔的布置

光面爆破開挖根據地質條件、開挖斷面、開挖進尺和爆破器材等條件設計。 原則如下:

1)根據隧道的圍巖特點合理選擇周邊孔間距及周邊孔的最小抵抗線。

2)光面爆破實施時,根據不同的巖石情況采用不同的裝藥結構。

3)在施工時嚴格控制鉆孔的傾斜角度,光面爆破孔的外插角不超過圖2 所示的尺寸界限。

圖2 周邊光面爆破孔的鉆孔布置

4)采用塑料導爆管非電微差系統起爆,周邊孔采用導爆索同時起爆。

3.2.4 裝藥結構

裝藥采用間斷裝藥,導爆索連接炸藥,雷管引爆導爆索。 具體裝藥結構如圖3 所示。

圖3 光面爆破裝藥結構

3.3 炮孔布置原則

1)先布置掏槽孔,其次是周邊孔,最后是輔助孔。 掏槽孔布置在開挖面中央偏下部位。 為爆出平整的開挖面,除掏槽孔和底部炮孔外,所有掘進孔孔底應在同一平面。 按照設計的鉆孔布置圖布孔,特別是掏槽部分的鉆孔不能隨意改變炮孔位置、傾角和深度。 周邊孔通常按設計的孔距從頂板中心開始向兩側布置,而其他炮孔可以根據設計的孔距、排距均勻布置,必要時可以增加炮孔,但不得隨意減孔。 具體爆破參數見表3。

表3 光面爆破爆破參數

2)周邊孔應嚴格按照設計位置布置炮孔,在斷面拐角處也應布置炮孔。 為滿足機械鉆孔需要和減少超欠挖,設計周邊孔位置應考慮0.03 ～0.05 的外插斜率,并使前后兩排炮孔的銜接臺階高度最小。此高度一般要求為10 cm,應不大于15 cm[3]。

3)當炮孔的深度超過3 m 時,靠近周邊孔的內圈輔助孔應與周邊孔有相同的傾角。

4)當巖層層理明顯時,炮孔方向盡量垂直于層理面。 如節理發育,炮孔應盡量避開節理,以防卡鉆和影響爆破效果[4-5]。

3.4 爆破效果

光面爆破后,在爆后圍巖壁面上無明顯新生裂痕,斷面輪廓成型較圓順規整,圍巖穩定。 巖石無欠挖,基本無剝落現象,大塊危石浮石少,光面效果較好。 爆破結果對照情況見表4,爆后效果如圖4所示。

表4 爆破結果對照表

圖4 光面爆破后周邊局部拍攝效果

4 兩種爆破方式對比

1)普通爆破方式爆后形成不平整輪廓面,超挖明顯,但施工方法靈活機動,特別適應在單次進尺小的高級別巖石中爆破。

2)光面爆破可使輪廓成型規整,光滑平順,減少隧道超欠挖,減少對隧道圍巖的擾動,有利于圍巖的穩定,是一種高效的爆破方法。 但對周邊鉆孔、裝藥技術要求較高。 在巖石爆破施工中,單次開挖尺度較小時,雖然滿足立拱架工藝,但是如果拱架與開挖面預留距離太小,依然不能滿足鉆機鉆孔位置的要求,有時仍然需要機械輔助開挖。

3)隧道爆破時,應根據不同的巖石性質,合理采用爆破方法,適時調整裝藥方式和裝藥量,有助于提高爆破效果,提高施工質量。