宜昌至万州铁路白果坪隧道光面爆破设计与施工

胡 涛，付春梅

(黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004)

0 引言

光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，在炸药起爆后产生的冲击波和爆破生成的高温气体的共同作用下，使周边眼优先沿各孔的中心连线形成贯通裂缝，并破碎岩层向外抛掷，使开挖面爆破后一次成形，开挖面光滑平整，对隧道周围围岩不产生破坏或仅产生轻微破坏的一种爆破方法。 光面爆破技术成本低、工效高，为企业增加了经济效益， 是近几十年发展起来的一项爆破新技术。 在白果坪铁路隧道开挖中，为确保爆破效果，保证周边岩层整体稳定和成洞的质量， 经专家论证，采用光面爆破方案。

1 工程概况

白果坪隧道在宜万（宜昌—万州）铁路W21 标施工管段内，为单线铁路隧道，起止里程为DK376＋473～DK377＋403，设计长度为930 m。 该隧道位于低中山区，地形起伏，较大斜坡坡度为30°～50°。 其中DK376＋495～DK376＋982 为直线段Ⅳ级围岩， 岩层为强风化泥质砂岩和长石砂岩互层， 埋深145～238m。 地层产状120°～130°∠4°～6°，节理发育，节理产状为135°∠88°、210°∠63°，宽2～10mm，延伸1.2～20 m。1～2 条/m，无充填隧道进出口节理发育，岩体破碎，洞身地段，岩体完整。 地下水不发育，主要是基岩裂隙水。 隧道开挖断面加宽值（W）为0.10 m，面积（S）为49.922 m2。

2 光面爆破技术参数的选择

在隧道开挖中，工程技术人员根据工程地质条件、围岩性质，讨论、初定各种爆破参数。 然后，为获得最佳的光面爆破效果，通过合理的炮眼布置，调整炮眼孔距、角度、装药量，进行不同进尺的试验性爆破，不断调整、优化爆破参数。 并通过现场试验，确定了周边眼最佳抵抗线[1～2]。 经过多次的试验爆破和参数调整，确定了科学合理的全断面光面爆破设计方案。

2.1 炮眼直径D 的选择

炮孔直径的选择主要根据以下3 点：（1）现场凿岩工具的使用情况。尽量使用一种型号,以免经常更换钻头。（2）现场炸药的使用情况。尽量不去定制特殊药卷。（3）洞身围岩的岩性。考虑到洞身围岩为硬质岩，根据《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009），不耦合系数选用1.3。 本工程凿岩设备采用YT-28 型气腿式凿岩机，炸药选用2 号岩石硝铵炸药（药卷的质量为0.78 kg/m），药卷直径为32 mm。综合以上各点，确定炮眼直径D＝42 mm。

2.2 炮眼数量N 的确定

炮眼数量N 的计算式为

式中：q 为单位炸药消耗量，取1.2 kg/m3；S 为开挖断面面积，设计值为49.922m2；α 为炮眼装填系数，装药长度与炮眼深度的比值，参照表1，取0.45；ρ 为1 m 药卷的质量，取0.78 kg/m。

表1 炮眼装填系数α值Table 1 Value of shot hole filling coefficient α

经计算，炮眼数量为170 个。 根据有关规定及现场生产的实际情况，实际布置炮眼数量为134 个，Ⅳ级围岩开挖断面光面爆破炮眼布置如图1 所示。

图1 光面爆破炮眼布置图Fig.1 Shot hole layout of smooth blasting

表2 全断面爆破参数Table 2 Whole section blasting parameters

2.3 炮眼间距的确定

2.3.1 掏槽眼设计

掏槽眼设计为垂直楔形，数量Nt＝6，沿开挖断面对称分布。 炮眼间距a＝0.50 m，孔口炮眼排距b0＝3.0 m，孔底炮眼排距b=0.30m。 具体布置如图2 所示。

2.3.2 周边眼间距E 的确定

参照表2，取E＝45 cm。 但在实际施工过程中，不断进行优化和调整，确定为拱墙，周边眼间距为40 cm，实际按35～45 cm 控制。

图2 掏槽眼布置图Fig.2 Cutting hole layout

2.4 炮眼深度L 的确定

根据开挖断面现场，确定炮眼深度，其经验公式为L＝（0.5～0.8）B （2）

式中：L 为炮眼深度，m；B 为开挖断面宽度，设计值为6.26 m。

经计算，炮眼深度L＝0.5×6.26＝3.13 m，考虑到使用3.5 m 长钻杆，取L=3.0 m。 掏槽眼深度加长0.20 m，为3.2 m。

2.5 装药量Q 的确定

对每一开挖循环，爆破的装药量Q 可按下式计算。

式中：Q 为每一开挖循环的装药量，kg；q 为单位炸药消耗量，取1.2kg/m；S 为开挖断面面积，m2；l 为每一开挖循环实际进尺，为2.5～2.8m，取均值2.65m。

经计算，每一开挖循环所需装药量为158.75 kg，实际装药152.25 kg。 Ⅳ级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配如表3 所示。

表3 Ⅳ级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配表Table 3 Shot hole explosive does filling of Ⅳlevel surrounding rock whole section smooth blasting

3 光面爆破施工工序[3～5]

3.1 划定开挖轮廓线与布眼

定出隧道轴线和拱顶位置，利用五寸台法自拱顶向下每隔0.5 m 量取左右支距，以确定开挖轮廓线，再根据炮眼布置图画出炮眼位置。

3.2 定位与钻孔

（1）制作开挖台车。 根据隧道的开挖断面尺寸，采用工字钢焊接制作一台钻眼开挖台车。 开挖台车的每层高度应适合工人的操作要求。（2）开炮眼。开眼的位置要求尽量不偏离设计炮位，周边眼在断面轮廓线上的间距不得偏离5 cm。 （3）钻孔。 钻孔期间，需派技术人员巡视，以保证钻孔的位置和角度符合爆破设计的要求。

3.3 清孔

炮眼钻好后，用高压气体进行清孔，将炮眼内钻碴与小石屑清除干净。 然后，按炮眼布置图进行检查，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，才能装药爆破。

3.4 装炸药与引爆器材

装药作业按钻爆设计药量分片、分组进行，实行定人、定位、定量，并按规定捣实、堵塞炮眼。 药串和起爆药卷按设计事先加工好，布好脚线，分段、分号装在箱内备用。 在装药过程中，不能损坏导爆管，以防止造成瞎炮。

3.5 联结网络和起爆

起爆网络采用复式网络，以保证起爆准确性与可靠性。 联结导爆管时，应避免打结和拉细现象，引爆火雷管绑在一簇导爆管自由端十几厘米的位置。导爆管连接后，应派专业技术人员负责检查，确认合格后，撤离人员、机械、物资，最后引爆。

3.6 爆破效果的检查

起爆后立即开启通风系统，由专人用钢钎清除爆破面的危石险石,并向碴体喷水降尘。根据岩石变化情况、爆破进尺-炮眼利用率、周边眼炮孔留下的半痕率、断面超欠挖尺寸、岩块大小等，及时调整爆破参数[6]。

4 结语

根据以上的爆破参数和施工工序，此段围岩光面爆破效果较好，平均超挖18cm，最大超挖32cm，无欠挖。炮眼痕迹保存率在85%以上。总结其经验，得出以下结论：

（1）准确画出开挖轮廓线，它对开挖断面的超欠挖控制有直接的影响。

（2）掏槽眼应尽量保证在水平面上，越平，则开挖爆破效果越好。

（3）周边眼间距和装药量控制是光面爆破质量控制的重点，应该严格控制。

[1] TB10003-2005，铁路隧道设计规范[S].

[2] TB10204-2002，铁路隧道施工规范[S].

[3] 林国仁. 布罗宁公路隧道光面爆破设计与施工[J]. 华东公路，2002（3）：53－54.

[4] 孙根龙. 马岭头左隧道光面爆破设计与施工[J]. 丽水师范专科学校学报，2003（5）：77－79.

[5] 葛春民. 小草湖铁路隧道光面爆破设计与施工[J]. 山西建筑，2004（11）：129－130.

[6] 李博等. 光面爆破技术在隧道施工中的应用[J]. 科学技术与工程，2010（10）：30－32.