软弱围岩隧道光面爆破技术浅析
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摘要：文章针对京沪高速铁路JHTJ-3标段金牛山隧道地层岩性及水文地质条件，浅析在软弱围岩地段隧道采用光面爆破施工，确保施工质量及施工安全，为类似工程施工提供参考。
关键词：金牛山隧道；软弱围岩；光面爆破；施工
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）28-0077-03
1 工程概况
金牛山隧道进口里程DK465+335，出口里程DK467+240，隧道全长1905m，通过地质超前预报揭示围岩节理裂隙发育，弱风化，呈碎石状压碎结构，围岩等级为Ⅳ级、Ⅴ级，地层为太古代泰山群花岗片麻岩变晶结构局部夹角闪片岩，灰褐色，中细粒结构，片麻构造，其片麻理产状为210°∠58°，225°∠69°，该段隧道区地下主要为基岩裂隙水，主要由大气降水补给。渗透系数0.05～0.4m/d，地下水位高程为162.93～177.76m，洞身涌水量q=0.0000473m/s·m?。
2 软弱围岩隧道爆破开挖方案确定原则
在爆破开挖过程中应根据围岩的级别采用合理的爆破参数和爆破材料、起爆方式、装药结构及堵塞材料，尽量减少爆破对周边围岩和临近洞室的扰动和破坏，严格控制超欠挖和爆破震动，充分保护围岩的自承能力。本隧道采用台阶法施工，根据围岩及水文地质情况等综合考虑，采用光面爆破法钻爆施工。
3 钻爆设计方案
总的设计思想是拱部采用光面爆破，掏槽采用抛掷爆破，核心采用控制爆破的综合爆破技术。根据开挖方法分别采用半段开挖、全断面开挖两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破，电雷管引爆，采用多段位非电毫秒雷管的网络设计。根据金牛山隧道围岩特点，围岩等级为Ⅳ级，呈碎石状压碎结构，采用斜眼掏槽、直眼掏槽混合使用，起爆顺序：掏槽眼
掘进眼内圈眼周边眼底板眼地板角眼。
爆破参数如下：
3.1 炮眼直径
根据爆破药卷的偶合系数要求，并考虑钻孔机具（YT28型凿岩机）钻孔效率，钻孔直径选用42mm。
3.2 炮眼深度
隧洞爆破开挖每循环进尺为2.0m，所以设计掏槽
眼深度为2.5m，辅助眼2.3m，周边眼2.2m，底板眼2.5m。
3.3 单孔药量计算
Q1=qabL（kg）
式中：
Q1——单眼药量，kg
q——炸药单耗，kg/m?
a——孔间距，m
b——孔排距，m
L——每循环进尺，m
3.4 炮孔布置
掏槽眼的布置：隧洞施工采用光面爆破施工，掏槽眼形式为两排对称八字形，且在底部交汇。辅助眼的布置：由于辅助眼的作用是为了进一步扩大槽口体积和爆破量，为周边眼创造有利的爆破条件，所以辅助眼的布置应由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖轮廓线。周边眼的布置：周边眼的布置一般沿设计轮廓线均匀布置，为了控制超欠挖以及便于下一次钻眼，拟将炮眼方向以2°的斜率外插，眼底落在设计轮廓线以外8cm处。底板眼的布置：底板眼的眼底也须落在起拱线以下8～10cm左右，并与辅助眼、周边眼的眼底落在同一垂直面上，而且采取较大的炸药单耗，有利于克服上覆石渣的压制并起到翻渣作用。炮孔布置如图1所示：
图1 Ⅳ级围岩上半断面钻孔设计图
3.5 炸药量计算
本工程爆破开挖每循环进尺2.0m，开挖量每延米84.46立米。
根据单耗，根据工程类比类取炸药单耗q=0.6 kg/m?。每循环爆破总装药量计算：
Q=q×v
式中：
Q——每循环装药量（kg）
q——单位用药量（kg）
v——岩石体积（m?）
据此计算，本开挖循环炸药用量为Q=0.6×84.46×
2=101.35kg。
周边眼的装药量和间距根据实际围岩情况进行调节。
3.6 装药结构及堵塞
掏槽眼、辅助眼、底板眼采用大直径药卷孔底连续装药结构，周边眼采用小直径不偶合装药结构，并全部采用自制炮泥堵塞孔口。如图2所示：
图2 炮孔装药结构及堵塞图
采用乳化炸药，装药时，周边眼采用间隔装药，辅以导爆索，并固定在竹片或竹棍上，以保证周边爆破对周边围岩的扰动减少到最小。辅助眼采用常规装药，掏槽眼和底板眼适当加大装药量。
通过爆破试验确定爆破参数及光面爆破参数，软弱破碎围岩地段爆破的相对距离取最小值，爆破参数以现场爆破数据为准。
4 影响光面爆破效果的主要因素
（1）地质条件：对于地质构造复杂的节理裂隙发育弱风化呈碎石状压碎结构的软弱围岩、碎石土黏土及含水较丰富的断层滑面地段的围岩，采用“多打眼、少装药”为原则，尽可能避免对隧道围岩扰动破坏。
（2）岩体结构变化无常，只有在选择与之适应的爆破参数才能取得最佳的爆破效果。
（3）引起钻眼误差的因素有测量放线误差、开眼误差、钻眼角度误差等。
（4）起爆顺序不良，非电毫秒管雷管网络的可靠性较低，某一分支失效，都会影响起爆顺序和爆破效果。
（5）装药结构不合理，炮眼堵塞长度不足也可以对爆破质量造成影响。
5 光面爆破的关键技术
（1）根据围岩特点，选定合理的周边眼参数，周边眼间距E为直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素。一般E=（8～10）×d，其中炮眼直径d=42mm。对于裂隙节理发育层理明显的地段，周边眼间距可适当减小，也可以在两个炮眼之间增加一个不装药的导向孔眼，最小抵抗线直接影响光面爆破效果。
（2）采用合理装药结构，尽可能使炸药沿孔深均匀分布，周边眼爆破均采用间隔装药，炸药封堵，导爆索串线孔底适当加强，可使钻孔内的炸药起爆后的冲击波相互对冲膨胀，使围岩均匀爆裂，产生极佳的光面效果。
（3）科学选择炮眼布置方式及掏槽形式，合理安排起爆顺序。一般周边眼、内圈眼按环形布孔，掏槽眼按线性布孔。采用斜眼掏槽，将掏槽部位上移，增加底眼，提高爆破效果。
采用掏槽眼掘进眼内圈眼周边眼底板眼地板角眼的爆破顺序，以便为辅助眼、内圈眼、周边眼、底板眼、底角眼逐次开辟临空面。实现顺序起爆的手段是采用非电毫秒雷管分段起爆，为保证起爆顺序的精确性，非电毫秒雷管必须跳段使用。
6 光面爆破施工工艺
（1）放样布眼、钻眼前，用油漆准确绘出断面的中心线和轮廓线，标出炮眼的位置。
（2）定位钻眼采用YT-28型气腿式手持风钻钻孔作业，人员就位后要严格按炮眼布置图正确钻孔，加强周边眼和掏槽眼的钻孔精度，钻眼误差要控制在最低范围内，风钻工要定点定位，熟悉炮眼布置图，周边眼要由技术好、责任心强的钻工施钻，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处衔接台阶不大于20cm。掌子面凹凸较大时，及时调整炮眼深度，保证周边眼、辅助
眼、跟底眼、内圈眼、底眼在同一垂直面上。
（3）装药前必须保证用风管将炮眼内的石屑、泥土吹出，保证炮眼内的清洁，按炮眼的设计装药量自上而下分片装药，雷管要对号入座。
7 光面爆破的质量控制
光面爆破最显著的优点是周边眼炸药的爆破能减少对周边围岩的扰动，保持围岩的自稳性，确保施工安全，减少超挖，杜绝欠挖。控制超挖、欠挖是光面爆破控制的关键。一个掌子面同时出现几种不同级别的围岩，就要按围岩级别及时调整钻眼的抵抗线间距线及炮眼的装药量，使同一个掌子面不同的围岩爆破出相同的效果。
8 结语
软弱围岩、碎石土、黏土隧道爆破施工中，宜采用台阶法施工，对钻爆设计，先现场试验，结合以往的施工经验，再不断地总结和完善。