貴州黔東南板巖地質條件下隧道控制爆破鉆爆設計

張 強

中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033

1 工程概況

1.1 工程簡介

岑相隧道位于貴州省黔東南榕江縣古州鎮寨頭村段寨蒿河對岸。設計為分離式隧道。隧道洞身穿越地段砂質板巖為主，最大埋深169m，圍巖為Ⅳ級、Ⅴ級圍巖，無巖爆發生條件，隧址區無大型地表水體，鉆探未揭露地下水位，隧址區地質構造相對簡單，部分區域穿越溝槽地帶，有斷層風險。

1.2 工程地質情況

根據地質勘探鉆探結果顯示，隧址區無地表水通過，總體水文地質條件相對簡單，該區域地表層分布少量第四系全新統殘坡積成因粉質黏土，其下分布古生界的前震旦系上板溪群清水江組，巖性為變余凝灰巖，掌子面圍巖情況如圖1所示。其主要巖土工程地質如下。

圖1 掌子面圍巖情況

（1）強風化變余凝灰巖：變余凝灰質結構，中薄層狀構造，黃灰夾深灰色，節理發育，裂面不規則附褐色水銹質。

（2）中風化變余凝灰巖：變余凝灰結構，塊狀構造，深灰色，裂隙較發育，面粗糙。

（3）強風化砂質板巖：變余粒狀結構，層狀構造，呈黃灰色，裂隙發育。

2 隧道開挖鉆爆設計

2.1 隧道開挖方法

岑相隧道設計為IV級圍巖，采用臺階法開挖法，開挖總斷面有效面積為92.58m2。其中，上半斷面面積為60.58m2；下斷面（包括仰拱）開挖面積為32m2。隧道斷面圖如圖2所示。

圖2 隧道斷面圖

上半斷面循環進尺參數取值：每循環設計鉆孔深度為2.8m，周邊眼及二臺眼深度為2.9m，輔助眼深度為2.8m，底眼深度為2.8m，炮眼利用率為85%，炮眼直徑為42mm。

2.2 鉆孔數量

開挖斷面大小、炮眼直徑、巖性和炸藥性能等均會影響炮眼數量布設，炮眼數量應保證能裝入設計藥量，通常可根據各炮眼平均分配的原則來計算。具體計算公式如下：

式中：N為炮眼數量，沒有裝藥的空眼數不算；q為單位炸藥消耗量，取q=0.65～1.0kg/m3；S為開挖斷面積，取S=60.58m2；a為裝藥系數，即炮眼長度除以裝藥長度，取0.4～0.6；r為每米藥卷的炸藥質量，取0.78kg/m。

將以上數據代入公式，計算得出炮眼數量為100個。

2.3 掏槽眼形式

掏槽眼采用大斷面楔形掏槽，岑相隧道斷面楔形掏槽平面圖如圖3所示。掏槽眼深度取值如下：L1=3.84m、L3=3.44m、L5=3.05m。掏槽眼數量分別為L115個、L38個、L56個。

圖3 岑相隧道斷面楔形掏槽平面圖

最外層掏槽炮眼與開挖面間的夾角a為80°，夾角向內依次為60°、51°，掏槽眼豎向間距均控制在80cm，兩排豎向炮眼錯開布置，同一平面上炮眼眼底的距離b依次取值20cm、118cm、190cm、133cm，掏槽眼開口長度B為5m，向外依次取值6m、7.52m、9.04m。

2.4 上半斷面炮眼布置

上半斷面炮眼布置參數：周邊眼按50cm間距布設，內圈眼（二臺眼）及底眼按80cm間距設置，掏槽眼間距80cm。岑相隧道炮眼布置平面圖如圖4所示。

圖4 岑相隧道炮眼布置平面圖

2.5 控制爆破技術要求及參數

首先要保證開挖輪廓尺寸準確，影響控制爆破的主要參數包括爆破層厚、周邊眼間距、裝藥集中度以及周邊眼密集系數等?？刂票茀等绫?所示，一般通過計算并結合以往工程類比加以確定，在初步確定參數后，再通過現場爆破實踐逐步進行修正改善。一般采取的技術措施如下。

表1 公路隧道光面爆破參數

（1）使用爆速低、猛度低、密度低、傳爆性能好、爆炸威力大的裝藥結構。

（2）采用不耦合裝藥結構，不耦合系數不小于2，保證傳爆穩定性。

（3）爆破時控制好周邊眼相鄰的內圈炮眼的爆破效果，以保證爆破臨空面滿足要求，周邊眼盡量同時起爆。

（4）控制好裝藥集中度，可采取間隔結構進行裝藥，并對眼底裝藥量進行補強，用于克服眼底巖石的挾制作用。

2.6 裝藥量的計算及分配

爆破效果的好壞與炮眼裝藥量有直接關系。為達到預期的爆破效果，首先需要計算確定1個循環的理論總藥量，再結合各類型炮眼的爆破特性重新進行藥量分配，過程中進行修正及調整，直到達到預期的爆破效果?？偹幜康挠嬎愎饺缦拢?/p>

式中：Q為1個爆破循環的總用藥量，kg/m3；q為爆破每立方米巖石所需炸藥的消耗量，一般取0.65～1.0kg/m3；V為1個循環進尺所爆落的巖石總體積，m3。

炮眼有效長度為2.4m，上半斷面開挖面積為60.58m2，每一循環總藥量為94kg。按照各個炮孔需求量進行藥量分配。由于各炮眼作用不同及受巖石夾制影響，各炮眼裝藥量也不同，通常按裝藥系數a進行分配，a值可查表取值。對于掏槽眼，裝藥系數取0.4～0.6；對于周邊眼、輔助及底眼，裝藥系數取0.4～0.5。

計算每一循環裝藥量Q的取值及各炮眼炸藥量的分配量。上半斷面裝藥參數及綜合計算結果如表2所示。

表2 上半斷面裝藥參數及綜合計算結果

2.7 起爆順序及網絡連接

起爆順序：掏槽眼→擴槽眼、輔助眼→周邊眼。為了出渣方便，底排翻渣炮最后起爆。

具體順序：掏槽眼L1→掏槽眼L3→掏槽眼L5→輔助眼L7→輔助眼L9→周邊眼L11→底眼L13（翻渣炮）。

2.8 控爆效果

通過現場不斷的優化調整，即對炮眼布設、炮眼深度、炮眼角度、裝藥量等進行優化，最終獲得的隧道光面爆破效果統計匯總表如表3所示。爆破超挖率為7.8%，基本達到了控制爆破預期效果，對整體圍巖的擾動很小，圍巖自穩能力良好，工程質量得到了保證，爆破現場控制圖如圖5所示。

表3 隧道光面爆破效果統計匯總表

圖5 爆破現場控制圖

3 結束語

文章通過分析劍榕高速公路岑相隧道控制爆破施工，對施工過程不斷進行優化調整，基本實現了控制爆破的效果，有效控制了隧道超欠挖率，減少了對圍巖的擾動，提高了圍巖自身整體穩定性，確保了施工安全，使輪爆破廓線更加平整，提高了工程質量，降低了施工成本，對后續類似工程施工具有良好的參考作用。