第四系坡洪積層侏羅系上統(tǒng)諸暨組光面爆破施工技術(shù)研究

鄭春銘

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司 黑龍江 哈爾濱 150006）

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，隧道機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)是新時(shí)代安全、環(huán)保和人文的基本要求，而光面爆破的施工效果成為提升隧道施工水平、保證工程質(zhì)量和降低施工成本的有效手段，是杜絕紅線問題、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、改善作業(yè)環(huán)境、提高施工功效的必然途徑。

1 工程背景

本文依托杭溫隧道群金山隧道，全長(zhǎng)4516m，進(jìn)口位于永嘉縣楓林鎮(zhèn)，出口位于沙頭鎮(zhèn)；設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道，線間距5.0m，最大埋深506m；其中Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖占隧道比例的88%，Ⅱ級(jí)圍巖采用全斷面法，Ⅲ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法，隧道內(nèi)存在斷層、侵入巖界線、節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)。

2 光面爆破施工方案

2.1 光面爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整原則：一是周邊孔小孔距大排距；二是輔助孔大孔距小排距[1]；三是掏槽孔5-6-7 原則，即第一豎排57°而后每增加一排增加10°。通過調(diào)整排距控制巖石大小，孔間凹凸通過炸點(diǎn)數(shù)量調(diào)整。

2.1.1 周邊孔

減少周邊眼兩孔之間的裂隙連通距離，能夠使開挖輪廓面更加平順，有利于光面爆破效果的提升，但無(wú)限減小增加鉆孔數(shù)量將延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，通過將周邊眼間距（35cm、40cm、45cm、50cm）多次調(diào)整對(duì)比，根據(jù)輪廓面超欠挖、作業(yè)時(shí)間、炮眼痕跡保存率效果，最終確定周邊眼間距40cm。

2.1.2 抵抗線

最小抵抗線過大，產(chǎn)生大塊或留底根；最小抵抗線過小，則在反射波作用下，可能導(dǎo)致圍巖破壞嚴(yán)重，影響光爆效果和圍巖的穩(wěn)定性[2]。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況和爆破效果，通過光爆層厚度50cm、55cm 和60cm 對(duì)比試驗(yàn)，最后選擇最小抵抗線W=50cm。

2.1.3 底板孔

為保證邊墻與底板的拱腳處不欠挖，避免補(bǔ)炮，將底板眼兩排調(diào)整為三排，同時(shí)加強(qiáng)拱腳炮眼裝藥密度，確保光爆一次到位。

2.2 爆破參數(shù)

優(yōu)化后爆破參數(shù)如下：周邊孔間距40cm，環(huán)向共70 個(gè)孔，與二圈輔助孔排距50cm，輔助孔間距80cm，共73 個(gè)孔，第一列掏槽孔距輪廓線320cm，共36 個(gè)孔，底板眼間距120cm，共10 個(gè)孔，合計(jì)189 個(gè)孔；每循環(huán)進(jìn)尺3.0m，鉆孔深3.5m，鉆桿5.0m。通過優(yōu)化每循環(huán)炸藥量由360kg 降低至297kg，導(dǎo)爆管由284 個(gè)降低至245 個(gè)，導(dǎo)爆索由334m 降低至261m，每循環(huán)爆破器材成本由最初的5149 元降低至4247 元，折合平均每延米爆破材料成本為1416 元。

圖1 爆破參數(shù)圖

2.3 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)

通過公式計(jì)算單孔裝藥量，= ×（0.2～0.3）kg/m， 為裝藥量；L 為孔深。周邊眼用導(dǎo)爆索連接，1～2 個(gè)整支（0.30m/支）和3 個(gè)三分之一支藥卷（0.1m/支）；采用竹片輔助間隔裝藥，用導(dǎo)爆索進(jìn)行串聯(lián)起爆；其它炮眼連續(xù)裝藥，均采用反向裝藥結(jié)構(gòu)，起爆藥卷先裝入，采用非電毫秒雷管起爆。

圖2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.4 周邊孔外插角控制[3]

外插角的控制是機(jī)械化光爆施工的難點(diǎn)，外插角過大會(huì)造成孔底超出輪廓線過多，相鄰兩排炮的炮茬過大，隧道超挖明顯，圍巖平整度變差。周邊眼外插角控制主要采用鉆機(jī)緊貼巖壁，利用長(zhǎng)鉆桿鉆孔兩種方式進(jìn)行控制。

第一循環(huán)周邊孔測(cè)量畫4m 長(zhǎng)紅線做參照，鉆孔時(shí)對(duì)應(yīng)紅線做平行參照，嚴(yán)格按炮孔位置鉆孔，保證鉆孔垂直度和平行度，后每一循環(huán)參照上一循環(huán)的殘留炮孔平行。

圖3 長(zhǎng)鉆桿鉆孔/鉆機(jī)緊貼巖壁控制錯(cuò)臺(tái)

2.5 人員設(shè)備配備（表1）

表1 全斷面開挖人員設(shè)備配置表

2.6 施工過程控制

2.61 測(cè)量放樣

施工前對(duì)掌子面炮孔進(jìn)行精確放樣，根據(jù)圍巖情況和爆破設(shè)計(jì)，結(jié)合地質(zhì)情況，周邊眼用紅油漆標(biāo)記；在拱頂距掌子面4 米范圍內(nèi)畫中心線作為基準(zhǔn)線，以確保炮孔沿隧道中心線鉆孔。

圖4 拱頂畫中心線平行鉆孔長(zhǎng)鉆桿鉆孔

2.6.2 精確鉆孔

對(duì)周邊孔實(shí)行“定人、定崗、定位置”，開挖工嚴(yán)格照定位點(diǎn)精確鉆孔，周邊孔要達(dá)到“準(zhǔn)、直、平、齊”的標(biāo)準(zhǔn)。

(1)“準(zhǔn)”：孔位要準(zhǔn)確；(2)“直”：各炮孔應(yīng)垂直于工作面，先以拱頂孔為方向打好起拱處拱腳孔，插上炮桿，作為邊墻各孔的方向線；(3)“平”：各炮孔互相平行，平行于中線；(4)“齊”：調(diào)整各炮眼深度，使孔底落在同一斷面上。采用長(zhǎng)鉆桿鉆孔，鉆機(jī)緊貼巖壁，控制錯(cuò)臺(tái)。

底板鉆孔采用小爬梯[4]，通過爬梯提供水平作用反力，減小風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的鉆桿與水平面的夾角，減少隧道底板超挖量，保證施工質(zhì)量。

2.6.3 裝藥和連線

周邊眼采用竹片輔助間隔裝藥，用導(dǎo)爆索進(jìn)行串聯(lián)起爆；其它炮眼連續(xù)裝藥，均采用反向裝藥結(jié)構(gòu)，起爆藥卷先裝入，采用非電毫秒雷管起爆。

周邊眼：使用導(dǎo)爆索連接，1 個(gè)整支（0.30m/支）和4 個(gè)三分之一支藥卷（0.1m/支）；

輔助眼：采用5～6 個(gè)整支藥卷（0.30m/支）在孔底連續(xù)裝藥；

掏槽眼：7～8 個(gè)整支藥卷（0.30m/支）在孔底連續(xù)裝藥；

底板眼：7～8 個(gè)整支藥卷（0.30m/支）在孔底連續(xù)裝藥。

2.6.4 起爆

起爆順序：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。

2.6.5 超欠挖測(cè)量

利用3D 掃描儀及時(shí)對(duì)隧道進(jìn)行初支斷面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋?lái)?xiàng)目部和施工現(xiàn)場(chǎng)。建立超欠挖處理復(fù)核驗(yàn)證機(jī)制，對(duì)檢測(cè)問題及時(shí)糾偏，做到閉合管理。

2.7 光面爆破實(shí)施效果

采用3D 斷面掃描儀進(jìn)行斷面掃描（見圖5），直觀查看隧道超欠挖情況，二級(jí)圍巖平均線性超挖控制在13～20cm、兩炮銜接臺(tái)階最大尺寸控制在22cm 內(nèi)、炮痕殘留率達(dá)93%、炮眼利用率達(dá)95%，光爆質(zhì)量均達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 3D 斷面掃描圖

噴射砼成本高，在光爆輪廓較好且圍巖穩(wěn)定噴射砼圓順的前提下，盡量減少初支噴射砼厚度，采用單價(jià)較低的襯砌砼進(jìn)行超挖回填，還可以增加襯砌砼的厚度。通過對(duì)砼耗用量進(jìn)行分析，初支噴射砼用量由設(shè)計(jì)量的188%降到135%～145%；底板墊層砼用量由設(shè)計(jì)量的210%降到140%；二襯砼用量為設(shè)計(jì)量的131%，總體砼平均超耗量為38.7%，每延米砼超耗成本3273 元/m。

表2 光爆線性超挖和仰拱砼超耗統(tǒng)計(jì)表

表3 光爆線性超挖和二襯砼超耗統(tǒng)計(jì)表

表4 全斷面光爆超挖量統(tǒng)計(jì)表

圖6 光面爆破效果圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制預(yù)留變形量+精確的斷面控制+細(xì)到炮眼的考核制度控制，目前光面爆破平均線性超挖能夠控制在10cm 以內(nèi)，混凝土回彈量為設(shè)計(jì)量的1.9 倍（未算超挖回填設(shè)計(jì)量）和0.4%～0.6%倍（含超挖回填設(shè)計(jì)量），極大的減少了噴射混凝土和襯砌混凝土用量，降低成本；同時(shí)降低了超挖、欠挖處理的時(shí)間，提高了施工效率；良好的光面爆破，使隧道壁受力均勻，有效避免塌方，保證施工安全；混凝土表面平整，降低了防水板背后脫空幾率，提高了工程質(zhì)量，降低了后期缺陷整治的成本。