云桂铁路高坡隧道光面爆破施工技(1次修改)

许 波

中交四航局第二工程有限公司 

摘要：通过光面爆破施工技术在高坡隧道中的实际应用，再通过以往经验数据与现场多次开挖试验，调整和确定最佳爆破参数。为保证隧道安全、优质、高效的贯通创造了条件。

关键字：光面爆破、爆破参数、炮眼、装药

根据铁路隧道的施工需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，隧道掘进采用光面爆破施工不仅可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，而且可以减少危石侵害和支护的工程量，保证了施工的安全，特别是在不良地质条件下效果更为显著。从云桂铁路高坡隧道的实际应用情况来看，光面爆破与普通爆破相比，超挖量大幅度降低，不但减少了出碴量，而且很大程度上减少了支护的工作量，从而降低了施工成本，提高了工程质量与进度，值得我们去深入研究和推广。

1、工程概况

云桂铁路高坡隧道位于白腊寨～广南区间，双线隧道，线间距为4.6m，设计为15.5‰的单面上坡，全隧除DK416+109－DK417+587.013段位于半径R=9000的右偏曲线上外,其余地段均为直线。隧道全长26m。最大埋深约118m,洞身有五处浅埋段，最小埋深处拱顶漏空。隧道的不良地质主要为岩溶，顺层，特殊岩土为红黏土。

测区覆盖层为第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl）松软土、黏土及坡残积层（Q4dl+pl）红黏土、粉质黏土；下伏基岩为三叠系下统（T1I）泥岩、砂岩、页岩；二叠系下统（P1）灰岩；石灰系上统（C3m）灰岩，白云质灰岩，白云岩；中统（C2W）灰岩，白云岩局部夹砂层。（还要描述一下你所指的IV级围岩隧道大概穿越什么岩层，构造情况等，要不你说了一大堆，别人都不知道隧道断面过的是什么岩质。就无法知道的爆破为什么要这么设计）

    该工程有以下特点：

1.1地质条件差   

地质构造复杂，岩体受构造影响严重，节理发育-较发育，岩体较破碎。重力地质作用强烈，降雨量较大，沿线不良地质还有岩溶(DK417+340- DK417+762）,本段地表岩溶形态有岩溶洼地，溶沟，溶槽，垂直岩溶管隙及落水洞），边坡坍塌及顺层等。

1.2施工风险大

本隧道为双线隧道，开挖断面大，隧道穿越岩溶带，可能出现突泥涌水，施工风险较大，施工前作好各种技术方案和应急预案。

    2、光面爆破设计

    本隧道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、部分Ⅴ级围岩采用光面爆破、钻爆开挖。本文只以Ⅳ级围岩光爆设计为示例，其余围岩可此基础上根据实际情况做相应的调整。

2.1确定周边眼的间距

合理的确定炮眼间距，才能有效的形成光面裂缝。如果间距过大，就不能形成光面裂缝。间距过小，不仅增加钻眼的工作量，炸药的用量也会相应增加，不仅不经济，也达不到预期的光面爆破效果。合理的孔距可以按以下经验公式确定：

E=（10～15）d

式中 E :周边眼间距;

d:炮眼直径，取40mm;周边孔间距取0.5m。

周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1m至0.2m处,光爆孔的孔底的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3～5°。一般Ⅱ、Ⅲ级围岩周边眼的间距为0.55m，Ⅳ级围岩约为0.50m比较合适

2.2最小抵抗线W

最小抵抗线，即光面层厚度，其大小直接影响光面爆破效果。最小抵抗线过大，光面层岩石将得不到适当破碎，以致不能使其沿炮眼底部切割下来；最小抵抗线过小，用药量不变的情况下增加对围岩的扰动，使围岩产生裂隙，影响整个开挖面的稳定性，为此，须合理确定周边眼的W。

光面层厚度与周边眼的间距有关，可用周边炮眼密集系数来表示两者间的关系：

K=E/W

式中 K:周边眼密集系数;

E:周边眼间距，取0.5m;

W:光面层厚度，取0.5～0.8m之间。

可算出周边眼密集系数结果为0.83(计算中W取0.6)

2.3装药集中度

光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度

                        Q=qEW 

式中 Q: 炮眼装药集中度;

E:周边眼间距，取0.5m;

W:光面层厚度，取0.5～0.8m之间，取W取0.6；

q：单位体积耗药量，它取决于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素。q取值1.2kg/m3

计算出Q=0.36kg/m

2.4炮眼数目的计算

炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增多，周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况；相反，孔数过多将使凿岩工作量增大，直接影响施工进度。

  炮孔数量N可用下式计算：

N=0.0012qS/ad2

式中N—炮孔数量，单位：个；

q—单位炸药消耗量, 取1.2kg/m3；

S—开挖断面面积，（Ⅳ级围岩全断面S=145m2）

a—炮眼装填系数，取0.68；

d—炸药直径，取 35mm。

初步确定Ⅳ级围岩炮孔数量N=251个,具体炮眼数量根据实际布置情况调整。

2.5炮眼孔深

各眼炮孔深度根据现场围岩情况和循环进尺要求确定。在实际操作中应视掌子面地质情况，调整各炮眼钻孔长度，要求所有炮眼眼底需处于同一垂直面上。 

2.6装药

使用的炸药：硝铵炸药与乳化炸药（抗水性能好）

装药结构：根据开挖断面形式及地质情况，周边眼装药采用径向不偶合间隔装药结构（如图1）不耦合系数为1.5～2.0；其他眼采用连续装药结构（如图2），所有炮眼统一装φ32标准药卷，现场条件允许的情况下可自制炮泥（建议用1：3的粘土和砂子加含有2%食盐的水制成，干湿应适度）堵塞孔口，周边眼封泥长度一般不小于0.3m,其他孔不小于1m。

图1  间隔装药结构示意

图2   连续装药结构示意

装药方法：装药时一手抓住雷管的脚线（传爆管），另一手用木质或竹质炮棍将放在眼口处的药卷轻轻的推入炮眼底，推入时用力均匀。

2.7起爆

为了保证准确地按设计顺序起爆，应选用毫秒电雷管起爆。起爆顺序为：掏槽眼（1段）→辅助眼（3、5、7、9段）→内圈眼（11段）→周边眼（13段）→底板眼（15段）；传爆材料采用导爆管、导爆索。

在所有非必须的机具、设备撤离爆破面之后，开始连结网路。连结时尽可能靠近眼孔，孔路尽量短，使连结整齐，便于直观检查网路。连结系统尽量短，但不拉细、打结，避免导爆管、连结块受损坏等。网路连结好后，认真检查连结是否正确，保证每个眼孔的起爆药卷都包括进去，每个簇联或连结块内都有引爆雷管。光爆孔的起爆时间间隔为190ms，即周边孔为13段，内圈炮孔11段。     

    2.8安全要求

警戒范围内人员机械撤离完毕,警戒完成后，当班爆破人员立即跑到200m以外安全线外起动起爆器。在完成爆破后30min后当班爆破人员进入爆区检查，确认无瞎炮后方可解除警戒(瞎炮需专业爆破人员处理)。 

 3、光面爆破方案

高坡隧道Ⅳ级围岩实际开挖平均面积145m2,采用两台阶开挖法施工，上下台阶的开挖高度分别为7.2m,3.03m,台阶最大宽度14.22米。Ⅳ级围岩横断面炮眼布置见图3，Ⅳ级围岩纵断面炮眼布置示意图见4，爆破参数见Ⅳ级围岩爆破参数统计表1。            

                             图3 Ⅳ级围岩爆眼横断面布置图

纵断面画的不对，一是没有体现出仰拱到下台阶的距离，甚至二衬离掌子面的距离，另外下台阶炮眼布置和横断面不一致，主要表现在抬炮，也就是下台阶底板眼。另外IV级围岩如果围岩构造破碎的话，一般也不允许开两个台阶，若开两台阶的话，下台阶与掌子面的距离是有严格规定的，时间长了我记不清了，你查一下规范。

图4  Ⅳ级围岩纵断面炮眼布置示意

表中，周边眼的药量怎么比掏槽眼还多，一般掏槽眼最多，底板眼比掏槽眼稍少，其他辅助眼等，其次，周边眼最少，另外掏槽眼要有大样图。

表1   Ⅳ级围岩爆破参数统计表

4、总结

4.1技术管理经验

为保证光爆效果，司钻手定岗定位，掏槽眼、底板眼、辅助眼、周边眼（又分拱部、拱墙、边墙）都实行专人负责。

根据不同地质情况，选择合理的钻爆参数，采用一炮一分析制度，每次钻爆循环后，根据爆破震动速度，炮痕保存率、装药量、残眼深度及数量、抛碴距离、堆碴高度、岩碴块等多方面的测量和数据对比分析，选择全程的钻爆参数，不断优化钻爆设计。

于围岩情况不好的地段，可以采用加密炮眼，间隔装药（即一个孔装药、一个孔不装药），并严格控制装药量，减少对围岩的扰动。

不同装药结构对爆破开挖的效果影响很大，连续装药和不连续装药情况下爆破的松动范围有很大的不同，连续装药对围岩的松动圈会加剧，所以在爆破中周边眼采用不连续装药，且相邻炮孔的装药位置错开，以保证爆破的均匀性。

对装药炮孔进行堵塞，可延长爆炸气体的作用时间，提高炸药能量利用率。同时用炮泥堵塞炮孔，可以降低每孔的单位用药量，并能获得较好的爆破效果。

起爆时严格控制爆破顺序，以达到预期的效果。

   4.2光面爆破实施效果

    高坡隧道除开始的试验段外，现已开挖地段光爆效果良好。 

    爆破后炮眼痕迹率达80%以上，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量（达20%）要低得多。

    岩碴块度较小亦均匀，便于装碴，节省装运时间。

    减少了支护材料的投入，降低了工程成本。

    岩面较平整，应力集中小，减少了安全隐患。

4.3经济效益

     节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长30min，清理危石或补炮缩短30min，初期支护缩短30min，装碴及出碴缩短30min，大大提前进入后续工程的施工。

     节省材料：光面爆破普通爆破挖量大大减少，按现行规范标准平均超挖值为15cm计算，每延米少开挖约5.6m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约5.6m3，同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需等初期支护材料（钢支撑、锚杆、钢筋网等）工程量。

参考文献：

     [1]   TZ204-2008，铁路隧道工程施工技术指南；

     [2]   熊波，南岭隧道光面爆破施工技术 山西建筑 2009(10)0338-02；

     [3]   铁路工程施工技术手册（隧道）铁道部第二工程局主编1995，北京；

     [4]   段宝福，武广专线大瑶山隧道光面爆破施工技术〔J〕工程爆破，2008，14（2）：38-42。