隧道工程控制爆破技术探讨与应用研究
2015-10-29周春林
周春林
（贵州凯里556000）
隧道工程控制爆破技术探讨与应用研究
周春林
（贵州凯里556000）
隧道工程控制爆破技术在我国隧道施工中已经应用了几十年，但是炮眼利用率低、对围岩的扰动一直影响着隧道施工，因此加强对隧道工程控制爆破技术的探究，对提高隧道施工质量，降低施工成本具有重要的作用。本文结合隧道施工实例对隧道控制爆破技术进行了系统分析。
隧道工程；爆破技术；应用
引言
控制爆破法成为了保证施工安全的重要举措，因其施工简单、成本低成为隧道开挖的主要施工方法，但是控制爆破法对隧道施工的质量影响也比较大，需要准确地使用控制爆破技术，一方面是岩石本身的物理特性影响爆破技术，另一方面爆破使用的炸药量、爆破工艺等都会影响控制爆破技术的效果发挥。因此合理地掌握爆破技术，尤其是科学地计算出装药量、炮孔数量以及炮孔距离等对提高隧道的施工质量具有重要的作用。
1 工程概况
某铁路为国家Ⅰ级电气化铁路，设计时速为200km/h，主要工程为隧道工程，总长为8048m，为加快施工进度，施工分三个隧道口掘进：进口、出口及斜井。进口、斜井进洞位置最近的离居民房屋为30m，围岩为Ⅳ、Ⅴ级围岩，地质岩性为碳质板岩，该种岩石层理不明显，遇水软化易掉块、坍塌，洞口复杂的环境，洞口地质条件，不利于施工过程开挖断面稳定和超欠挖控制。因此，制定一套快速、安全的隧道控制爆破施工方案，有效地控制飞石、振动对周围房屋的危害，有效控制隧道断面超欠挖，确保隧道施工质量和施工过程的安全，成为施工中的重难点问题。
2 隧道控制爆破技术复杂性分析
隧道开挖工程是一项复杂的工程，经常使用的方法有两种：①钻爆法，这种方法的适用范围比较广泛，且施工工艺简单，对工作人员的专业素质要求较低，因此，施工成本较低，经济效益明显。此外，钻爆法能够适用于一些岩石比较坚硬的地区。由于优点众多，可以预测，钻爆法将是浅埋隧道爆破的主要方法之一。②盾构法，这种方法的适用范围比较小，但是也是一种不可或缺的浅埋隧道爆破施工方法之一，未来也有较为广泛的应用前景。浅埋隧道爆破施工比较复杂，容易产生很大的震动，对于岩土层比较薄的地区，很容易引起基岩破碎，因此，保证地质的稳定性成为施工中的重点和难点。比如一些隧道建立在城镇附近，或者城镇上方，施工为了避免给城镇居民带来影响，必须做好消除噪音的工作，同时减少震动带来人们的恐慌。结合工程的实际情况，本工程隧道爆破施工的复杂性和难点主要体现在以下几点：①工程规模较大，且地质条件复杂，因此，爆破的次数较多，可能会给周围的居民的生产生活造成不好的影响，同时，为了安全，需要多次爆破，这样就耽误了工期，同时也增加了成本。②由于工程规模较大，因此，涉及的区域也较多，为了节约时间，一般多个施工单位同时进行，这样就会增加爆破作业的复杂性。③本工程所处区域的地质条件比较复杂，而且比较多变，这就增加了隧道爆破施工的难度。第四，采用人性化的爆破控制后，对爆破参数及控制指标要求更高。
3 施工方案
3.1总体思想
因该隧道工程以娟云母千枚岩为主，千枚岩遇水后会迅速的软化，而且其地形非常复杂，经过多方论证，最后采取地表注浆加固形式对滑坡进行处理后进行进洞施工。基于隧道地形比较复杂，隧道开挖面积要达到110m2，因此根据施工现场的环境以及施工设备可以采取上、下台阶法开挖，选择2#的岩石乳化炸药，钻孔的直径为42mm，采取并联分段毫秒导爆管。上断面开挖44m2，下断面开挖56m2，它们都采取水平炮孔开挖方式。
3.2工程流程
工程流程见图1。
图1 工艺流程图
3.3施工方案
为了确保隧道掘进施工安全，施工采用台阶法，Ⅳ级采用两台阶法、Ⅴ级采用三台阶七步开挖法。
3.3.1炮孔的数量以及炮孔直径
根据工程的实际环境以及岩石的坚硬程度，并且结合爆破技术的原理，来确定在工程的掌子面确定炮孔的数量，一般在确定炮孔数量时选择的公式是：
根据公式可以准确地计算出该工程的炮孔数量应该为160个，其中：N-炮孔的数量（个）；s-掘进断面积（m2）；f-岩石坚固性系数。
3.3.2装药量的计算及分配
装药量的多少会对爆破效果的好坏产生重要影响，如果药量不足或者过多，都会影响工程的质量，因此要合理地确定具体的装药容量，合理的药量要根据炸药的性能和质量等多方面进行确定，但是由于施工环境具有很多的不可计算的因素，因此在确定炸药容量时多根据以下公式进行计算：
Q=qV
式中：Q-爆破循环需要的炸药量；q-爆破每立方米所需要的炸药的消耗量（kg/m3）；V-一个循环近尺所爆落岩石的总体积，即V=IS，m3。
图2 Ⅳ级围岩二台阶法炮眼布置及起爆顺序图（单位：cm）
图3 Ⅳ级围岩二台阶法施工掏槽眼布置图（单位：cm）
图4 Ⅴ级围岩三台阶法炮眼布置及起爆顺序图（单位：cm）
3.3.3爆破参数确定
表1 Ⅳ级围岩二台阶法施工上台阶爆破参数表
3.3.4起爆网路
起爆网路联接采用簇联，用电雷管起爆导爆管非电起爆系统。起爆网路采用孔内微差起爆网路，其起爆顺序根据不同的围岩级别设置，且起爆电雷管、传爆非电雷管必须采用双发雷管，确保起爆的可靠性（见图5、图6，仅列Ⅳ级围岩上、下台阶）。
图5 Ⅳ级围岩二台阶法上台阶起爆网络图
3.3.5爆破振动安全检算
图6 Ⅳ级围岩二台阶法下台阶起爆网络图
4 结束语
综上所述，隧道工程施工较为复杂，涉及的因素较多，加强对隧道控制爆破技术的研究对提高隧道工程质量、降低施工成本具有重要的作用，因此在进行隧道施工前要制定准确的爆破施工方案，并且准确的按照施工环境以及施工设备等计算炸药的使用量以及炮孔的布置数量以及位置等，以此实现爆破效果达到预期的目的。
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[3]傅丽贞.隧道控制爆破技术问题探讨[J].企业技术开发，2012（07）：148.
U455.6
A
1673-0038（2015）14-0070-03
2015-1-21
周春林，汉族，湖南芷江人，工程师，大专，主要从事爆破方面的工作。
