隧道软弱围岩钻爆施工方法

董明明

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

1 工程概况

吉县至河津高速公路西家塔隧道位于乡宁县昌宁乡门家沟村与西交口乡沟西村之间，设计为左右分离式，隧道左右线均属于长隧道，呈北南走向，两洞中轴线最大间距约35 m，最小间距约20 m，其右线全长2 120 m，左线全长2 137 m。该合同段承建的为隧道的出口端，右线为 1 275 m，左线为1 290 m；出口端洞口里程桩号为K25+775（ZK25+790），洞体最大埋深161.93 m。

2 围岩地质情况

隧道位于采空区之上，采空区位于隧道底之下48～171 m。洞体围岩由二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组泥岩、砂岩和石炭系上统山西组页岩组成，岩层倾角约为12°，层理面清晰，节理裂隙较发育，围岩岩体破碎，岩质软，抗风化能力弱，围岩稳定性差，开挖时易产生坍塌，成洞困难。

3 目的

西家塔隧道出口端主要为V2级围岩，洞体围岩主要为泥岩、砂岩，且岩体破碎，若按常规的爆破施工方法，循环进尺若相对较大，超欠、挖现象比较严重，同样也将影响工程成本和工程质量。由于本工程工期紧、任务重，能否按期完成施工，且保证工程质量和工程成本的前提下，采用合理的钻爆施工方法至关重要。

本文通过对钻爆施工的炮眼布置、参数设置、装药量控制等方面进行合理设计，即提高了循环进尺，加快了进度，又使超欠挖现象得到了有效的控制。

4 钻爆参数

隧道开挖严格遵循“新奥法”原理，采用光面爆破技术，利用电雷管导爆非电毫秒雷管，通过非电毫秒雷管微差爆破技术从而分层次引爆炸药，最终形成隧道开挖轮廓。

4.1 掏槽形式和参数

掏槽眼的作用主要是在掌子面上预先炸出一个槽口，为后段位的雷管爆破创造一个临空面，这样更好地发挥炸药的爆破作用。但是选择何种掏槽形式，直接关系到整个爆破施工的质量。如果单一地采用

图1 二级复式直眼楔形掏槽

图2 炮眼布置剖面图

直眼楔形掏槽的方式，由于爆破深度大、围岩软、裂隙多，爆破时产生的能量往往损失过多，难以达到良好的效果。针对本合同段围岩的特点，采用复式直眼楔形掏槽，即浅掏槽与深掏槽相结合的方法。

4.2 炮眼直径

炮眼直径的选取对爆破后洞壁的平整度、平均耗药量、炮眼数目多少和爆破效率均有影响。隧道的炮眼直径通常取3～5 cm，药卷与眼壁之间的间隙通常为炮眼直径的0.1～0.15倍。

4.3 炮眼数量

炮眼数量的多少主要与炮眼直径、爆破的断面形式、炸药性能和围岩状况有关，炮眼的多少直接影响爆破工作量[1]。

一般情况下炮眼数量计算公式采用N=qS αγ，式中：γ为药卷的单位炸药质量，kg/m；q为每立方围岩的炸药消耗量，一般取q=0.7～2.9 kg/m3；S为需爆破的断面面积，m2；N为炮眼数量，空眼数不计入；α为装药系数，装药长度与炮眼长度的比值。

4.4 装药量的计算公式

总装药量Q的计算公式为Q＝qV.

4.5 炮眼的布置顺序

先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是掘进眼、辅助眼及底板眼。

4.6 周边眼的设置

a）周边眼炮眼间距E的取值在通常情况为10～18倍的炮眼直径，当炮眼直径为3～5 cm时，E=30～90 cm。

b）光面层厚度就是周边眼与最外层辅助眼之间的垂直距离，这个距离通常称为周边眼的最小抵抗线W。

c）周边眼的装药量以线装药密度表示，取值见表1。

表1 光面爆破一般参考数值

5 西家塔隧道钻爆设计

西家塔隧道主要为Ⅴ2级围岩，采用三台阶法施工钻爆设计，每天1个循环，每循环进尺3 m，每月理论进尺90 m。炮眼直径为40 mm，炸药选用2号岩石乳化炸药，药卷为φ35×200 kg。

5.1 上台阶钻爆设计

总炮眼数量 N1＝qS/αγ=(1×102)/(0.6×1)=170 个，式中：q为每立方围岩的炸药消耗量，根据施工经验q值一般取0.7～2.9之间，现取1 kg/m3；S为需爆破的断面面积为102 m2；α为装药系数，取0.6（装药长度按2 m，炮眼全长按3.35 m计算）；γ为药卷的单位炸药质量，采用φ35药卷单位质量为1 kg/m。

因隧道开挖采用光面爆破，周边眼数量要比一般爆破多，取增加系数为1.3，因而总炮眼数量为N＝N1×1.3＝221 个。

a）上台阶炮眼数量：按照施工需要，上台阶布置101个炮眼。

b）掏槽眼采用二级复式直眼楔形掏槽。

c）各种炮眼深度计算。

（a）一级掏槽炮眼深度为：

式中：η为炮眼利用率，一般不低于0.85，本计算按0.9；L为每循环计划进尺；L1为炮眼垂直深度。

令a=75°，底眼距为0.25 m，则炮眼长度L2=1.76/sin75°=1.82 m，取 L2=1.85 m，B=1.20 m。

二级掏槽炮眼深度为：

令b=75°，底眼距为0.25 m，则炮眼长度L2=3.43/sin75°=3.55 m，取 L2=3.55 m，B=2.10 m。

（b）掘进眼深度计算：

炮眼深度L1=L/η＋0.1=3/0.9＋0.1=3.43 m，

设c=80°，则炮眼长度L2=3.43/sin80°=3.48 m，取L2=3.5 m。

（c）辅助眼深度计算：

炮眼深度 L1=L/η＝3/0.9＝3.33 m，

设d=90°，则炮眼长度L2=3.33/sin90°=3.33 m，取L2=3.35 m。

（d）一级周边眼深度计算：

炮眼深度L1=L/η＝1.5/0.9＝1.67 m，

二级周边眼深度计算：

炮眼深度 L1=L／η＝3/0.9＝3.33 m，

d）每一循环装药量Q及炮眼装药量的计算：掏槽眼的装药系数根据经验取0.7，乳化炸药每米质量为1 kg/m。

一级掏槽眼每眼装药量为：

二级掏槽眼每眼装药量为：

掘进眼根据经验取0.60，掘进眼每眼装药量：

辅助眼根据经验取0.40，辅助眼每眼装药量：

底板眼根据经验取0.60，底板眼每眼装药量：

考虑到周边眼的布置采用深浅结合的方式，所以周边眼数量相对较多，根据经验取装药量集中度为0.1。

一级周边眼每眼装药量：

一级周边眼每眼装药量：

5.2 中台阶钻爆设计（各系数取值同第一部分）

5.2.1 中台阶炮眼数量

中台阶布置炮眼数量55个。

5.2.2 各种炮眼装药量

根据计算，取掘进眼每眼10.5卷，辅助眼每眼7卷，底板眼每眼10卷，一级周边眼每眼1卷，二级周边眼每眼2卷。

5.3 下台阶钻爆设计（各系数取值同第一部分）

5.3.1 下台阶炮眼数量

下台阶布置炮眼数量65个。

5.3.2 各种炮眼装药量

根据计算，取掘进眼每眼10.5卷，辅助眼每眼7卷，底板眼每眼10卷，一级周边眼每眼1卷，二级周边眼每眼2卷。

5.4 炮眼布置平面图

图3 炮眼布置平面图

6 钻爆施工注意事项

a）在钻眼前由测工用全站仪及钢尺绘制开挖断面轮廓线，然后按钻爆设计画出周边眼位置。

b）炮眼布置必须按照设计按炮眼布置图进行布置。钻眼完成后，应严格进行成孔质量检查。检查时做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻；经检查完全符合要求后，可进行装药，但在装药前，必须用高压风将炮眼内的杂物冲洗干净。

c）装药时必须按照爆破设计图计算后而确定的装药量由上而下进行装药，雷管、炸药需“对号入座”。为保证爆破效果，装药完成后，所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞长度最好大于30 cm[2]。

d）为保证起爆的可靠性，起爆的网络采用复式起爆网络。网络连接时要特别注意导爆管的连接方向和连接点的牢固，导爆管不能打结，各炮眼雷管连接次数必须相同。

e）爆破前必须先进行清场，保证所有人员撤离到安全区域后，才能引爆炸药。炸药引爆后，派专人进行检查，如有瞎炮，必须由原装药人员进行特殊处理。

f）周边眼位置必须布设在断面轮廓线上，间距复核要求，允许误差±5 cm。

g）钻眼力求“准、平、齐”确保钻眼深度一致，深度允许误差5 cm。

h）爆破工装药应按钻爆设计进行，不得人为随意增减药量。

7 结语

通过以上方法在西家塔隧道中的钻爆施工，取得了良好的施工效果，不仅满足了隧道的施工工期，在隧道的超欠挖方面也得到了较好的控制，节约了施工成本，也保证了工程质量，为后续的施工及类似的隧道钻爆施工总结了重要的经验。