软岩隧道爆破技术的探索
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【摘要】本文采用开创性的隧道施工方案,实践性的探索了软岩隧道的爆破施工技术，为特殊地质条件下隧道施工工艺的发展，进行了摸索性的实验。
【关键词】软岩隧道 爆破 技术
中图分类号：TD231.1 文献标识码：A
随着铁路、公路等土建工程的大规模发展，修建隧道总是不可缺少的，作为从业者我们必须重视并研究隧道施工的技术。软弱围岩是一种特殊的地质现象，在施工过程中它极易发生变形，这种变形对工程的影响极大，严重的甚至会完全毁掉隧道。
在此我们主要探讨软弱围岩的变形特征、变形原因、隧道爆破需注意的事项以及针对以上特殊情况设计的软岩隧道爆破技术的探索。
1软弱围岩变形特征及变形原因
1.1软弱围岩变形特征
软弱围岩变形是一种特殊的围岩变形现象，它一般具有下列特征:
（1）主要发生于低级变质岩、断层破碎带及煤系地层等低强度围岩中，具体岩石类型包括各类片岩、板岩、千枚岩、蛇纹岩、页岩、断层破碎带、泥岩、砂页岩及泥灰岩等。
(2)变形最大，一般可以达到数十厘米到数米，如果不支护或支护不当，收敛的最终趋势是隧道将被完全封死.如果发生在水久衬砌构筑以前，往往表现为初期支护严重破裂(喷混凝土)、扭曲(钢拱架)，挤出面侵人限界。
(3)在开挖(一般为台阶法或分部开挖法)以后，初期支护以前，围岩一般能够(或经过局部塌方后)能够成拱、自稳，变形一般发生于初期支护或永久衬砌完成以后，有的甚至发生于隧道投人运营若干年以后，因而明显区别于浅埋隧道的塌方与胃顶。
(4)发生大变形地段的隧道埋深一般在100 m以上。
(5)径向变形特征明显，一般表现为拱顶下沉、边墙内挤、隧底隆起，位移篆本指向隧道开挖面等价圆圆心方向。
(6)危害巨大、严重影响施工工期或线路正常运营，而且整治费用高昂。
1.2软弱围岩大变形的原因
(1)大变形的原因之一，是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性化。如果介质变形缓慢，就属于挤出。挤出主要取决于岩石强度和搜盖层厚度(地应力)，原则上可以在任何类型的岩石中发生.其中包括含有膨胀性矿物的岩石。
(2)大变形的原因之二，是岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。水及某些(膨胀性)矿物的存在，对于膨胀变形是必须的。发生膨胀变形的围岩在开挖时都具有较高的强度，变形主要发生于隧道运营若干年以后，变形一般表现为底鼓，而拱顶和边墙一般保持完好状态。
2隧道爆破需注意事项
2.1单自由面爆破
隧道爆破为只有一个临空面的单自由面爆破。因而，爆破时受到岩石的夹制作用影响较大。通常它的装药量较露天爆破要多。而且，形成第二个临空面的掏槽技术，是隧道爆破的关键技术。
2.2受地质条件影响大
通常隧道爆破受地质条件的影响比露天爆破更大。因此，必须充分重视岩层的节理、裂隙、软弱夹层、断层破碎带、涌水等对爆破效果的影响。
2.3受原始地应力场的影响
用爆破方法在山体中开挖隧道时，由于隧道上方有一定的覆土厚度，使隧道在山体或地层中有一埋置深度。隧道开挖之前，地层处于原岩应力状态，保持着相对平稳和稳定，地层处于相对静止状态，通常称为原始应力状态。隧道开挖后，挖出了隧道断面内的岩体，产生了新的临空面，导致围岩面产生应力重分布。
炮眼在爆破时裂缝的生成方向，通常有与主应力方向一致的现象，即裂缝生成的顺压力原理。此外，水平方向炮眼的下方有第二个临空面时，岩体自重产生的重力作用无疑会有助于这些炮眼的爆破。但是，某些埋深很大的坚硬岩层中会存在很高的原始地应力，使得爆破变得格外困难。有时甚至于要先打卸载孔减压，以顺利完成爆破工程。
2.4受狭小空间的制约
地下工程因其高度宽度有限，场地相对狭小，施工中也受到一定限制。如一次爆破的进尺就有一定限度。受钻机效率及一次掏槽深度的制约，而有一个一次爆破的合理深度。此外，隧道的掘进速度相当程度上受制于在相对狭小的洞内采用的机械装备的效率。这些都是与地面爆破工程不相同的
3软岩隧道爆破技术方案
3.1软弱围岩隧道爆破开挖方案确定
在开挖过程中应尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏，严格控制超欠挖和爆破震动速度，充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
3.2钻爆设计
3.2.1钻爆设计方案
本方案以Ⅳ级软弱粉砂岩为例,Ⅳ级围岩为软弱粉砂岩，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。
在风化、破碎较严重的地质条件下，宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法，或者预留光面层光面爆破开挖修边。
3.2.2底板眼钻爆要求
①将底板眼分成几段分开起爆，这样可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
②起爆顺序：掏槽眼掘进眼内圈眼底板眼周边眼。
③选择雷管段号时注意三点：第一，合理的段间隔时间；第二，同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量；第三，前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
3.2.3爆破参数的选择
通过对爆破试验确定爆破参数，光面爆破参数对爆破参数选择的注意事项：
①软岩隧道采用光面爆破的相对距离（E/W）宜采用表中的最小值。
②装药集中度（q）按照2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时应进行换填，换算指标主要是猛度和爆力（平均值）。
③采用光面爆破时，爆破振动速度应控制在：中硬岩15 cm/s，软岩5 cm/s.要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1～2倍洞跨处实测得的，它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大，在光线示波器记录得到。光面爆破以后，开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。
3.2.4软弱围岩光面爆破器材的选择
①掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。
②周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。
③起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。
3.2.5周边眼参数选用及钻眼要求周边眼参数的选用周边眼参数经验计算公式：间距：E=（8～12）d（d为炮眼直径），抵抗线：W＝（1.0～1.5）E，cm装药集中度：q＝0.04～0.19Kg/m.
3.2.6炮孔设计及施工
①炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍，抵抗线为间距的0.7倍。
②炮眼深度L.软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10～20％。
③炮眼数目N.在小直径（35cm～42cm）炮眼，开挖断面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2.在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2～0.4的范围内；单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼数目应增加20％左右。
④光面爆破单孔装药量的计算。
――单孔装药量，g；
――光面爆破炮眼装填系数；
――炮眼深度；
――炸药的密度，g/cm3；
――炸药直径，cm；
爆破总装药量的计算：（Kg）
――开挖断面积，m2；
――炮眼深度，m.钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。
【结束语】
科学技术的发展离不开实践，工程技术的创新同样需要施工人员进行艰苦的实验性工作，作为隧道工程的从业者，我们要依靠科学的精神、本着实事求是的态度，为隧道爆破工艺的新发展做出贡献！
【参考文献】
【1】张志毅. 交通土建工程爆破工程师手册.2002.
【2】张应力. 工程爆破实用技术.2005.
【3】齐景狱.隧道现代爆破技术.1995.