隧道光面爆破施工工法

石灰岩地区隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩光面爆破施工工法中铁十九局集团第三工程有限公司葛育松梁岩张国辉张洪敏一、前言在工程爆破技术中，隧道爆破占有重要地位，这不仅是因为隧道爆破价格昂贵，而更重要的是爆破成功与否，直接影响着隧道安全、支护类型及投资。从一些事故调查中可知，隧道塌方落石所造成的人身伤亡事故，都直接或间接与隧道爆破技术有关。迄今为止，隧道爆破在国内还没有一套较为系统的设计理论和方法，隧道光面爆破技术也未得到大力推广和应用，因此进一步提高和发展隧道爆破技术意义重大。我单位一直把隧道光面爆破技术作为一项研究课题，组织专人攻关，经过广大技术干部几个月的不懈努力，现已掌握了石灰岩地区隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩光面爆破施工技术，并获得各级监理、业主、设计单位等专家的认可。我单位承建的新建武广铁路客运专线XXTJV标坪土隧道Ⅲ级、Ⅳ级开挖均采用光面爆破法，对保护围岩、减少超挖、节约投资具有很大意义。坪土隧道位于广东省韶关市境内，隧道进口里程DK1904+649，出口里程DK1908+556，隧道全长1907m，隧道洞身最大埋深约115m。该隧道主要以灰岩夹泥质灰岩为主，节理发育岩体较破碎，隧道围岩主要有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。受断层的影响，岩溶发育，易造成大规模涌泥、涌水和突水。二、工法特点采用光面爆破对周围岩石扰动小，能够有效控制“超、欠挖”，施工质量能够得到很好的控制，满足设计及验收标准的要求。施工工艺完善、简便。采用本工法施工进度稳定。三、适用的范围条件本工法适用于石灰岩地区隧道开挖施工。主要围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级。岩质主要为：下伏石炭系下统灰岩、角砾状灰岩局部夹有炭质页岩、灰岩夹泥质灰岩、下伏石炭系下统石蹬子组灰岩、弱风化；石炭系下统岩关阶灰岩、下伏石炭系下统灰岩、泥质条带灰岩、钙质页岩、粉砂岩和石英砂岩。四、施工工艺流程（一）施工工艺原理施工中主要采用的开挖施工方法为爆破法开挖，爆破施工过程中严格控制装药量，减少炮轰波对围岩的扰动，达到爱护围岩的目的。采用YT28型风动凿岩机钻眼，非电毫秒雷管微差起爆。周边眼采用φ25mm小直径药卷间隔装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。爆破材料采用1～17段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm直径），富水地段采用乳化炸药，厂制炮泥堵塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。光面爆破受多种因素影响,包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，现场围岩地质结构千变万化，爆破参数进行现场设计动态调整。同一类围岩经试爆取得的技术参数，做为初步依据，每一循环爆破作业都要由有经验的爆破工程师根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。（二）施工工艺流程图（三）施工顺序测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。钻爆采用YT28型风动凿岩机，凿岩台车钻孔作业：固定人员司钻，固定部位孔眼，严格控制外插角和周边眼间距。在拱部周边眼钻孔完毕后，利用装药平台进行装药联线作业。（四）钻孔技术要求和质量标准1、钻孔要做到“准、顺、平、齐”。测定围岩参数爆破参数预设计试爆破确定爆破参数爆破效果评判结合围岩具体特征调整参数调整爆破参数不理想钻爆作业准：按周边孔参数要求，孔位要选准；顺：侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；平：各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；齐：孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。2、保证钻孔质量措施：光爆钻孔时，由爆破设计技术员统一指挥协调行动，认真实行定人、定位、定机、定质、定量的“五定”岗位责任制；分区按顺序钻孔，避免相互干扰、碰撞、拥挤；固定钻孔班，以便熟练技术，掌握规律，提高钻孔的速度和准确性。按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，塑料导爆管起爆网络联接采用复式联接网路。炮孔孔口采用炮泥堵塞，炮泥由炮泥机加工成型。（五）钻爆设计1、炮眼布置原则（1）掏槽眼：正洞Ⅲ级围岩采用中空直眼掏槽，为保证掏槽钻眼精度，掏槽位置选择在隧道中线偏下的位置；正洞Ⅳ级围岩采用斜眼掏槽。（2）周边眼：根据光面或预裂爆破选定的周边眼间距，严格控制外插角以减少超欠挖。（3）内圈眼：内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼的孔距稍大于周边眼抵抗线（w）。（4）辅助眼：掘进炮眼，其炮孔间距，视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎程度的要求等因素而定，一般取0.65～1.2m，岩石坚硬取小值，反之取大值。（5）底板眼：底板眼沿开挖轮廓底线布置，并适当增加药量起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。2、装药结构与堵塞（1）根据不同炮眼直径和不偶合系数选择不同的药卷。各级围岩炮眼直径和药卷直径的选择具体见后附钻爆设计图和装药参数表。周边眼采用间隔装药。岩石很软时，可采用导爆索起爆。（2）装药后用黄泥或聚氯乙烯、聚乙烯等薄膜加工的专制水袋装满水后充当炮泥放在炮孔中对炮孔进行堵塞，炮眼堵塞长度不少于30cm。（3）周边眼起爆方法采用导爆索起爆。（4）起爆顺序掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。（Ⅲ级围岩光面爆破炮眼布置图见图1；装药结构见图2）v形捣槽区2段4段6段8段12段10段10段7段9段11段13段15段60706560607080200303070303070V形掏槽眼布置图说明：1、本图尺寸均以厘米计。2、周边眼间距E=60cm，抵抗线W=75cm，底板眼间距E=65cm。3、炮眼深度320cm，循环进尺3.0m。4、起爆方式为孔内微差起爆，图中数字为孔内毫秒雷管段别。17段19段90909090100100100100100908575909080858514段掘进深度320cm300250图3Ⅳ级围岩正台阶开挖光面爆破炮眼布置图光面爆破成功与否，不仅取决于孔网参数的设计和装药量及结构，更重要的是布图1Ⅲ级围岩台阶光面爆破炮眼布置图孔的正确与否和钻孔偏差的大小。现在无论哪种类型的钻机在钻周边光爆孔时，都有2°～4°的偏角、仰角或俯角，这样实际上无法形成完整的平面，易导致超挖。这种超挖随着一次爆破进尺加深而增大，如偏角为4°时，每进尺1m则超挖7cm，每进尺2.5m则超挖17.5cm。正确做法是采用所谓的“欠挖法”布孔，即测量布孔时，按欠挖5cm左右布孔，这样可以最大限度地减少超挖量。光爆孔的炸药最好采用小药卷，并按一定间距捆扎在导爆索和竹片上做成炸药串装入炮孔，通常在竹片底部捆扎1/2～1条直径32mm～35mm的药卷作为起爆药和底部装药。在装药过程中，为了保证内圈孔爆炸时不破坏光爆孔内的药串，药串上的竹片不能露出孔口外，且内圈孔的堵塞长度不得小于炮孔间距的80％。邻近光爆孔的内圈孔装药也很重要，内圈孔所受夹制较大，在爆破中如果装药量过大，这些孔爆破时所产生的裂缝，可能扩展到最终形成的断面以外，因此对内圈孔进行仔细均衡装药非常重要。传爆线竹片支架小直径药卷间隔装药药卷雷管导爆管炮泥雷管炮泥导爆管图2装药结构图表1Ⅲ级围岩台阶光面爆破炮眼药量分配表序号上下台阶炮眼分类炮眼数（个）雷管段数（段）炮眼长度（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上台阶掏槽眼312.5101.54.52233131.953.93353.5152.256.754辅助眼673.2121.810.851293.2121.821.6616113.2121.828.8720133.2121.8368内圈眼25153.2121.8459周边眼35173.281.0837.810底板眼22213.3142.146.211合计144241.3512下半断面掘进眼1623.2131.9531.2131643.2131.9531.2141563.2131.9529.25151483.2131.9527.3167103.2131.9513.6517周边眼12123.281.0812.9619底眼24143.3142.150.420合计104195.9621总计248437.31表2Ⅲ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术指标序号项目单位数量1开挖断面积m2151.712预计每循环进尺m3.003每循环爆破石方m3455.134炮眼总数个248.005钻孔总数m713.406雷管用量发2847炸药用量Kg437.318比钻眼数个/m21.639比钻眼量m/m31.5710比装药量Kg/m30.9611单位体积岩体耗雷管量发/m30.6212预计炮眼利用率%94表3Ⅳ级围岩全段面光面爆破炮眼药量分配表序号台阶分类炮眼分类炮眼数（个）雷管段数（段）炮眼深度（米）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上台阶掏槽眼612.5111.659.92掘进眼232.2111.6533952.291.3512.1541572.291.3520.255内圈眼2392.291.3531.056周边眼35112.260.931.57底板眼16132.3111.6526.48小计108134.25二台阶掘进眼1232.281.214.41452.281.216.8周边眼12112.240.67.2底板眼1672.391.3521.6小计5460三台阶掘进眼1452.281.216.81472.281.216.8周边眼10112.240.66底板眼1492.391.3518.9小计5258.5四台阶掘进眼1392.281.215.69112.281.210.8周边眼8152.240.64.8底板眼15132.391.3520.25小计4551.45合计259304.2表4Ⅳ级围岩正台阶光面爆破主要经济技术指标序号项目单位数量1开挖断面积m2149.62预计每循环进尺m23每循环爆破石方m3299.24炮眼总数个2595钻孔总数m573.16雷管用量发3027炸药用量Kg304.28比钻眼数个/m21.739比钻眼量m/m31.9110比装药量Kg/m31.0211单位体积岩体耗雷管量发/m31.0112预计炮眼利用率%92（六）施工质量控制要点1、做好超前地质预报工作，准确判定围岩的岩性，合理设计爆破参数，为提高光面爆破效果提供前提条件。2、钻爆作业严格按爆破设计图进行钻眼、装药、接线和引爆。如开挖条件出现变化需要变更设计时，由主管技术人员确定。3、钻眼前按设计爆破图用红油漆标出炮眼位置及开挖轮廓线，经检查符合设计要求后才可钻眼。4、钻眼符合下列要求：按照炮眼布置图正确钻孔；掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm；辅助眼深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不得大于10cm；周边眼位置在设计断面轮廓线上，允许沿轮廓线调整，其误差不大于5cm，眼底不超出开挖面轮廓线10cm；内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于5cm，炮眼深度超过2.5m时，内圈眼与周边眼以相同的斜率钻眼；当开挖面凸凹面较大时，按实际情况，调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼和底眼外）眼底在同一垂直面上；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，装药起爆。5、装药分片分组，按爆破技术参数及炮孔布置规定的单孔装药量、雷管段分别“对号入座”。周边眼采用不耦合装药方式，装药前将炮眼内泥浆、石粉吹洗干净。所有装药的炮眼均堵塞炮泥，周边眼的堵塞长度大于20cm，仔细连线并检查有无漏连现象。五、机具设备、材料（见下表）序号机具名称型号数量1风动凿岩机YT28型50台2电动空压机20m3/min4台3多功能组合式凿岩台车自制2台4侧卸式装载机ZL-50C1台5挖掘机PC3001台6变压器S9-500kVA1台材料序号爆破器材名称规格备注12号岩石硝铵炸药Ф25×200mm无水地段22号岩石硝铵炸药Ф32×200mm无水地段34号抗水岩石硝铵炸药铵Ф25×200mm有水地段4RJ-2乳胶炸药Ф32×200mm有水地段，风枪钻眼5毫秒雷管1—17段6导爆索Ф5.7～6.2mm周边眼用7火雷管6#、8#工业