太岳山隧道光面爆破施工技术

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【摘要】 介绍太岳山隧道出口段光面爆破参数的选择、施工方法及工艺，对控制隧道超欠挖起了积极的作用。

【关键词】 铁路隧道；光面爆破；参数选择；施工技术

一、工程概述

太岳山隧道为山西中南部铁路通道项目的重点控制性工程，工期紧、任务重，隧道全长16194m，位于山西省临汾市古县与安泽县境内，由中铁三局集团有限公司承担施工任务。

该隧道为单洞双线大断面铁路隧道，由进口、出口工区与1#、2#、3#、4#斜井工区共计6个工区组成，隧道从进口至出口为单面上坡。

隧道最大埋深约300米，最小埋深约5米。隧道洞身穿越地层多为砂岩、泥岩、页岩及其互层，岩性变化大，水平岩层发育，地下水较大，地质构造复杂。隧道区地层岩性主要为第四系上更新统砂质黄土、中更新统粉质黏土，基岩主要为二叠系上统石千峰组泥岩夹砂岩、下石河子组砂岩夹泥岩。砂岩夹泥岩为隧道洞身通过的主要地层，顶部为黄绿色厚层砂岩和少量暗紫红色泥岩，局部夹薄层泥岩，底部为黄绿色厚层含砾中粗粒砂岩。

出口段隧道穿越深度以泥岩为主，其围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级，其中Ⅳ级围岩占80%。采用台阶法开挖，锚网喷加格栅钢架初期支护，全断面复合式衬砌。

二、光面爆破优点

根据《铁路隧道工程施工技术指南》和太岳山隧道工程地质条件，结合开挖揭示的围岩情况，决定采用光面爆破施工。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护工程量，而且保证施工安全。由于光面爆破可以使开挖面平整，岩石扰动小，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～8%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护工作量，从而降低成本，加快施工进度。

目前，大断面隧道光面爆破施工有两种方法：一是预留光爆层法；二是一次开挖成型法。根据施工现场围岩实际情况，考虑加快施工速度，该隧道采用一次开挖成型的光面爆破方法。

三、光面爆破方案设计

（一）、爆破参数的选择

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。太岳山隧道主要为III级围岩，上导开挖断面的面积为55m2，采用2号岩石铵梯炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用电雷管和非电毫秒导爆雷管起爆。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

1、光爆层厚度（B）

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。太岳山隧道确定光爆层厚度（B）为0.50～0.80。

2、周边眼密集系数

周边眼密集系数是周边眼间距（a）与光爆层厚度（B）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

A=（12～16）d K= a/B

式中，a为周边炮眼间距，cm；

d为炮眼直径，mm。

K值总是小于1当d=38～46mm，a=30～60cm，

B=75～80cm时，K=0.6～0.8。

3、装药量计算：

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，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q=QaB

式中q―装药集中度，kg/m；

Q―单位体积耗药量，g/m3；

A―周边眼间距，m；

B―光爆层厚度，m；

通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.15～0.25kg/m。

4、装药结构和起爆方式

光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。施工中采用如下图装药结构：①1/2普通标准药卷（ф35）起爆；②小直径药卷（ф25）空气间隔装药。

5、光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼――辅助眼――周边眼――底板眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管。光爆层的光爆眼用用导爆索一次同时起爆。

（二）、出口工区爆破设计

出口工区上台阶开挖高度6.2米，开挖宽度11.1米，开挖断面面积55立方米，共计布置125个炮眼，循环进尺4米左右。详见出口工区上台阶炮眼布置图、炮眼药量分配表、爆破主要经济技术指标。

1、出口工区上台阶炮眼布置图

2、出口工区上台阶爆破炮眼药量分配表

序号 炮眼分类 炮眼数（个） 雷管段数（段） 炮眼深度（m） 炮眼装药量

每孔药卷数（卷/孔） 单孔装药量（kg/孔） 合计药量（kg）

1 掏槽眼 13 1 4.5 6 1.2 15.6

2 辅助眼 61 3、5、7、9 4.2 8 1.6 97.6

3 周边眼 42 11 4 7 1.4 58.8

4 底板眼 9 13 4 9 1.8 16.2

5 合计 125 188.2

3、出口工区上台阶爆破主要经济技术指标

序号 项目 单位 数量 备注

1 开挖断面积 m2 55

2 预计每循环进尺 m 4

3 每循环爆破石方 m3 220

4 炮眼总数 个 125

5 钻孔总数 m 518.7

6 雷管用量 发 125

7 炸药用量 kg 188.2

8 比钻眼数 个/m2 2.27

9 比钻眼量 m/m3 2.36

10 比装药量 kg/m3 0.86

11 单位体积岩体耗雷管数 发/m3 0.57

四、施工方法及工艺

（一）、钻爆机具材料

钻孔采用13台YT―28型凿岩机和4台20m?空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。采用Φ35mm×200mm2号岩石铵梯炸药。引爆雷管为8号工业纸壳火雷管，炮眼内的起爆传爆，四通管连接，双雷管引爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。

（二）、光面爆破施工工艺

1、放样布眼

钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

2、钻眼要求

掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距、眼底间距误差不得大于5cm。

辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。

周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破

3、炮眼布置要求

（1）先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。

（2）周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

（3）辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。

4、孔口堵塞长度L0

L0=（0.2～0.5）W

一般堵塞长度浅眼不超过20cm，深眼不超过30cm。

5、清孔装药

装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其他眼不小于35cm。周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。

6、连接起爆网络

爆破网络采用微差、非电毫秒雷管起爆，非电毫秒雷管插入药卷内，反向装入眼孔内，导爆管引线连接采用一把抓型式。

网络连好后要有专人负责检查后再用起爆器引爆电雷管起爆。

7、光面爆破施工技术措施

（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石铵梯炸药。用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.5～2.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。

（3）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。

（4）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。

（5）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。

五、光面爆破实施效果与经济效益

（一）、光爆效果

太岳山隧道于2014年1月初全部开挖完毕，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的试验段外，光爆效果良好。

1、破后炮眼痕迹率达70%～80%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为11cm，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。

2、岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。

3、减少支护投入，降低工程造价。

4、岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。

（二）、经济效益

1、节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长20min，清理危石或补炮缩短20min，初期支护缩短20min，装碴及出碴缩短20min，并方便了后续的挂土工布、防水板施工。

2、节省材料：光面爆破比非光面爆破减少超挖量15%，每延米少开挖约2.0m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，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锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。

参考文献

[1] JTJ 042―94.公路隧道施工技术规范[S]

[2] 毕德灵，张德忠，刘明利，刘雅芬. 光面爆破施工技术在渝怀铁路桐子岭隧道施工中的应用[J].铁道标准设计.2003（增刊）