向莆铁路金瓜山隧道光面爆破技术的应用

金团辉

向莆铁路金瓜山隧道光面爆破技术的应用

金团辉

向莆铁路股份有限公司

山岭隧道钻爆法开挖，光面爆破技术是确保质量安全的核心要素之一,是目前仍然需要不断研究的一项课题。该文结合向莆铁路金瓜山隧道钻爆法光面爆破技术的应用与工程实践，谈几点认识。

钻爆法 光面爆破 技术应用

1 工程概况

向莆铁路金瓜山隧道是我国自行设计、施工的双线单洞铁路隧道，采用钻爆法施工，正洞全长14097m，平行于线路左侧30m设置贯通平导一座，全长14125m。隧道出口段山坡平缓，地表为坡积含粉质黏土碎石土，为第四系坡积层，施工采用新奥法掘进，技术难度大。金瓜山隧道地质围岩大多为Ⅱ级围岩，约占89.29％，Ⅲ级围岩约占2.57％，Ⅳ级围岩约占5.44％，Ⅴ级围岩约占2.70％；隧道岩性主要为花岗岩，埋深大、地温高，易产生岩爆等灾害；洞身穿过15条断层，断层最大涌水量7931m³/d，全隧开挖施工采用无轨运输作业。隧道技术含量高、质量要求严、标准高、工期紧，是整个向莆铁路的重点控制性工程之一。

2 金瓜山隧道正洞光面爆破

2.1 光爆设计依据

金瓜山隧道正洞Ⅱ级围岩采用全断面开挖，断面面积116.16m2,循环开挖进尺3.0～3.5m；Ⅲ级围岩采用台阶法开挖，断面130.5m2,循环开挖进尺为1.6～2.0m；Ⅳ围岩地段采用三台阶七步法开挖，断面面积140.08m2,循环开挖进尺0.8～1.6m；Ⅴ级围岩地段采用上部CD法下部台阶法开挖，断面面积143.47m2，循环开挖进尺为0.6～1.0m。

根据新奥法施工的原则。洞身开挖前，采用计算法和工程类比法相结合的方法，对各级围岩的开挖进行钻爆设计，确定钻爆参数和控制钻爆设计图。

光面爆破的主要参数：周边眼的间距、光爆层的厚度、周边眼密集系数、周边眼的线装药密度等。

2.2 光面爆破的技术措施

主要有以下三个方面：

2.2.1适当加密周边眼。周边眼孔距适当缩小，可控制爆破轮廓，避免超欠挖，又不致过大地增加钻眼工作量，一般取 E=(8～12)d，E为孔距，d为炮眼直径。

2.2.2合理确定光面爆破层厚度。光面爆破层厚度即最小抵抗线，由于周边眼的间距E与光面爆破层厚W有着密切关系，通常以周边眼密集系数K表示，K=E/W。根据施工经验，一般取K=0.6～1.0，能达到最佳光爆效果。

图1 光面爆破工艺流程图

2.2.3合理用药。根据本隧工程地质特征，炸药选用低密度、低猛度、低爆速、高爆力的炸药，周边眼选用2#岩石光爆药卷，其他炮眼选用2#岩石乳化炸药。施工中根据孔距、光面爆破层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。

2.3 光面爆破施工技术要求

结合国内外的工程实践，归纳为以下几点：

2.3.1施工测量。开挖作业前，用全站仪按设计断面放出隧道中线和开挖轮廓线，并使用醒目标志（一般采用红色油漆线）标识在隧道的开挖断面上，同时进行详细的炮眼点位布置和标识（重点控制测量精度）。

2.3.2钻爆作业。施钻根据钻爆设计的炮眼个数、眼距、炮眼深度及要求的外插角度、眼底误差进行作业，为防止人为原因引起超欠挖，司钻工或台车司机必须严格按技术要求进行作业。

2.3.3钻机就位。台车、风钻按规定就位，接通风、水、电路，开钻时先送水，后送风。钻机开孔时，宜用1m以内的短钻杆，待钻孔定位并钻进0.5m以上后再换长钻杆。

2.3.4炮眼间距偏差。掏槽眼不大于2cm，周边眼与内圈眼不大于3cm，周边眼眼底不得超出外轮廓5cm，其它眼不大于5cm。

2.3.5炮眼方向。司钻中随时观察每臂（台）钻进情况，利用已打好的孔眼作标志，掌握好钻眼方向，以达到“准、直、平、齐”的要求。

2.3.6顺邦打眼。坚持顺邦打眼，钻臂（风钻）紧贴岩壁，最大限度地减少超挖。周边眼外插角不大于1.5°，底板眼方向与隧道坡率基本相同。

2.3.7掏槽眼。掏槽眼位置可根据掌子面围岩结构特征适当调整，掏槽眼较掘进眼深20cm，以取得较好的开挖进尺。

2.3.8清孔。装药前，采用高压风，使用特制钢管清洗眼中的石碴、石粉及泥浆。

2.3.9装药。装药采用多功能台架装药，装药专人操作，并制定相应的安全规程。严格按技术交底中规定的装药量及装药结构操作，同时根据不同的围岩状况灵活调装药量，以达到更好的爆破效果。

2.3.10炮孔口堵塞。炮孔口用炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm，炮泥用炮泥机制作，成分为泥土、砂和水，合理的重量百分比为土:砂:水=（70～80）:（8～10）:（13～20），最小密度达到1.90g/cm3，并具有较好的柔软性，炮眼堵塞长度不小于20cm。

2.3.11爆破。爆破工从炸药库领出药卷和导爆管，确认并保存好段数标记。起爆网络按钻爆设计的形式连接，主爆网络采用双管双索，以确保可靠起爆。网络连接好后再次检查准确无误，人员设备撤离至安全区域后，由爆破工起爆。

2.4 爆破参数设计

根据金瓜山隧道实际围岩状况（Ⅱ级围岩描述：钾长晶洞花岗岩，弱～微风化，褐红色～浅紫色，中细粒结构，块状结构，以晶洞为特征。岩石较坚硬，节理不发育，裂隙少，呈整体结构，围岩稳定性好），经过理论计算，加之从开工到现场施工过程中的不断修订，得出适合金瓜山隧道Ⅱ级围岩地段实际光爆参数，具体为：实际断面爆破设置190～200个炮眼（根据实际情况调整），其中周边眼47个，实际深度3.8m/个（使用4m长钻杆）；掏槽眼44个，实际深度4.8m/个（使用5m长钻杆）；辅助眼72个，实际深度3.8～4.8m/个（使用4m、4.5m、5m长钻杆）；底板眼33个，实际深度3.8m/个（使用4m长钻杆）。实际布眼见表1。

表1 金瓜山隧道开挖参数表（全断面开挖）

Ⅱ围岩强度为80～120MPa，设计开挖方量116.16m3/延米。爆破时，电雷管2发、毫秒雷管200发左右，炸药循环用量为330～360kg，导爆索200m。实际每循环进尺约3.0～3.5m，打眼风钻采用YT28型凿岩机，共32台。钻杆直径25mm，钻头直径32mm。钻杆长度分为2m、2.5m、3.5m、4m、4.5m、5m。

2.5 人员配置

开挖台车设计为4层，作业人员按5层同时进行开挖作业，配备钻机32台，开挖共35人（32人施钻，3人配合开挖工作业）。按两个班组轮流交替作业。

3 光面爆破取得的工程实效

3.1 循环进尺实效

自2008年12月15日至2011年1月1日，金瓜山正洞出口段累计完成4717m。其中Ⅴ级围岩占109m，Ⅳ级围岩占320m，Ⅲ级围岩占180m，Ⅱ级围岩占4108m，平均月进尺192.5m，月最高进尺263.2m，最高日进尺12.3m，单循环进尺3.0～3.5m。

3.2 超、欠挖控制效果

金瓜山隧道成功应用了光面爆破技术，开挖轮廓圆顺、开挖面平整，炮眼痕迹保存率接近90%，有效控制了隧道超欠挖的技术难点。但是，由于围岩节理裂隙的不稳定性及施工过程中的一些其它原因，开挖施工中，有时仍然会存在局部超欠挖现象，为了保证隧道开挖后净空轮廓受控，保证隧道施工质量，在实际施工过程中，金瓜山隧道具体控制超、欠挖方法为：每次开挖钻眼前，先由技术人员利用莱卡TCR802全站仪实施断面测量放样，标明开挖面炮眼位置，待开挖班组人员爆破、出碴班出碴结束后，再由技术人员利用莱卡隧道断面仪实施断面测量，并根据测量数据，生成实际断面图形，与理论断面进行比对。对于复核检查，以技术交底的形式下达隧道架子队开挖班，及时进行修正处理。对于超挖现象，认真分析，查找原因，通常按10m一个断面采用隧道断面仪测量检测。

4 结束语

金瓜山隧道钻爆法光面爆破技术的成功应用，意义重大，以下几点应当引起重视：

4.1 光面爆破技术的成功应用是确保隧道安全掘进的基础，是确保隧道施工质量的根本，是加快隧道施工进度的前提，是衡量隧道施工企业技术先进性的标尺。

4.2 光面爆破技术的成功应用，不但可以加快工期，节省成本，而且可以提高后续防水工程的施工质量。

4.3 提高光面爆破技术质量，必须不断总结修正不同围岩分级的各项技术参数，如围岩的硬度、强度等，然后根据围岩强度和硬度及时调整相关钻爆参数。

4.4 提高光面爆破技术质量，必须及时准确地对转点进行复测。在开挖放样时埋设的转点必须做到精细复测，从而确保开挖放样的准确性。

4.5 提高光面爆破技术质量，必须及时对开挖轮廓进行测量。在开挖过程中及时对超欠挖予以处理。

4.6 做好监控量测工作，掌握围岩动态，为隧道安全施工提供信息保障。