浅谈小断面隧洞工程开挖爆破施工控制

李健

【摘 要】近年来，国民经济长足发展，为满足工业生产、城镇居民生活用水及城市综合市政应用的需要，大跨度的引水及城市综合管廊工程得到了较大的发展。这类工程的共同特点就是地质较为复杂，且隧洞断面小。如何有效控制隧洞的开挖质量，值得探讨研究。本文以山西引黄水利工程隧洞开挖爆破施工为例进行总结，希望对类似工程施工者能提供一定帮助。

【关键词】隧洞；小断面；开挖爆破；施工控制

1 工程概况

山西引黄工程交汾灵9#支洞穿奥陶系中统峰峰组上段灰岩、白云岩，钻孔揭露，其采取率及RQD值均较低，建议围岩单位弹性抗力系数K0=300～500MPa/m，坚固系数fK=2～3，泊松比μ=0.29～0.32，变形模量2～5GPa。围岩工程地质分类为Ⅳ～Ⅴ类，围岩稳定性较差，隧洞开挖时存在涌水、突水可能性。开挖断面尺寸为洞宽3.34m，直腿段2.6m，拱顶开挖半径1.24m。隧洞断面为洞为典型的小断面（跨度<5m）结构，复杂的地质条件及小断面施工对隧洞的开挖爆破提出了较高的要求。项目经过多方摸索总结，采用楔形掏槽导爆管毫秒雷管微差爆破法施工。

2 钻孔爆破参数确定

2.1 凿岩机具的选取

根据选取的爆破方案，爆破钻孔机具采取YT28型气腿式凿岩机，Φ42mm直径的钻头钻孔。钻头为“十”字型硬质合金钢，钻杆规格为中空六棱型，钻杆长度分别1.5m、2m、2.5m几种规格。

2.2 爆破器材的选取

根据爆破规模及岩石特性，选用二级煤矿许可乳化炸药为主炸药、电雷管激发、非电导爆雷管起爆，所需爆破器材见表1：

表1 爆破器材需求列表

2.3 主要爆破参数的确定

本项目隧洞断面均较小，采用全断面开挖，爆破参数如下：

2.3.1 周边眼间距E、最小抵抗线W

周边眼间距E是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素，借助于经验公式E=Ki×d，一般情况下E=（8～12）D（D为炮眼直径）；抵抗线W=（1.0～1.5）E。本设计炮眼间距E为500-600（mm），炮眼直径D为42mm，满足对E、W值的要求，施工过程根据爆破效果和具体岩层适当调整。

2.3.2 周边眼每米装药长度L、装药集中度q经计算，Q=0.653kg，qL=0.297kg/m，结果符合中硬岩光面爆破线装药密度0.2～0.3Kg/m的允许范围，可以使用。实际施工时根据岩石硬度来适当调整。

爆破关键技术，遵循药包对殉爆距离的要求，通过多个循环爆破效果对比分析，优化炮眼中药量分配。掏槽眼及底眼采用大药量，连续装药；辅助眼采用普通连续装药，其装药量按照递减的原则进行分配；周边眼采用小药量间隔不耦合装，各炮眼装药量详见钻爆设计图（图1）。

图1 IV类围岩光面爆破布孔图（单位cm）

表1 9#开挖爆破参数表

开挖断面积为S=12.13m2，布置总高3.84m，总宽3.44m，炸药单耗1.35kg/m3。

表2 9#开挖爆破参数表

2.4 爆破开挖主要经济技术指标（表3）

表3 技术经济指标

3 炮眼布置及爆破作业流程

3.1 炮眼布置

3.1.1 掏槽眼的布置

开挖采取全断面爆破开挖，掏槽形式为斜向中心楔型掏槽；采用8个孔径为42mm孔，斜向中心楔形陶槽。

3.1.2 周边眼的布置

周边眼的布置一般沿设计轮廓均匀布置，为了控制超欠挖以及便于下次钻眼作业时好落钻孔眼，应将炮眼方向以3%～5%的斜率外插，对于中硬岩石及硬岩，眼底应落在设计轮廓线以外10cm地方。同时做好辅助眼的设置，进一步扩大槽口，为周边眼创造有利的爆破条件。

3.2 装药结构及堵塞

炸药用2#岩石销铵炸药和岩石乳化炸药，潜孔钻炮眼采用毫秒雷管起爆。掏槽眼、辅助眼、周边眼采用孔底连续装结构，并采用炮泥全长堵塞，加强孔口堵塞（如图2所示）。

图2 周边光面炮孔装药结构图

3.3 起爆网络的联接

起爆网络的联接采用：电雷管——导爆管雷管——非电起爆网络。为了保证后起爆的网络不被先起爆的炸断，设计采用孔内微差的起爆网络。各炮孔内采用非电毫秒雷管微差起爆，不但控制同段的最大药量，又能有效的控制每段雷管间的起爆时间，控制爆破震动。在掏槽眼、辅助眼及周边眼中，每相邻段别雷管间隔时差为不小于50ms，这样可以降低爆破震动危害（如图3所示）。

3.4 起爆

各炮孔起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼→周边眼。辅助眼2层由里向外逐层起爆。采用起爆器同时或分批起爆，由专业的接线人员用绝缘良好电线把该次需起爆的雷管线串连起来。毫秒雷管采用一次起爆，其引线长度应保证人员在飞石距离之外，必保证起爆人员随时在安全地点处。

图3 起爆网路连接图

3.5 爆破

施爆前，应规定醒目清晰的爆破信号，并发布通告，及时疏散危险区内的人员设备及车辆等；并在危险区周围设警戒。起爆前15min，由指挥发布起爆准备命令，爆破站作最后一次验收检查和安全检查。如无新情况发生，在接到起爆命令后立即合闸施爆。起爆后应迅速拉闸断电。起爆后15min，由指定爆破作业人员进入爆破区内进行安全检查，确认无拒爆现象和其他问题后，方能解除警戒。

3.6 爆破后处理

石方地段爆破后，必须确认已经解除警戒，作业面上的悬岩危石也经检查处理后，清理石方人员方准进入现场。撬动岩石必须由上而下逐层撬（打）落，严禁上下双重作业，不得将下面撬空使其上部自然坍落。撬棍的高度不宜超过人的肩膀，不得将棍端紧抵腹部，也不得把撬棍放在肩上施力。

4 施工控制要点

小断面隧洞钻爆法施工中，钻爆施工除了制定合理的爆破参数外，规范、精准的施工控制也是施工质量控制的重要影响因素。施工中准确测量画出开挖轮廓线对开挖面的超欠挖控制存在着直接的影响；人工钻爆中使用的气腿式风钻，在打钻时必须有3°～5°的外插角，钻孔深度越深，外偏角越大，造成的偏差就越大；掏槽眼要尽量保证在水平面上，越平开挖爆破效果越好；周边眼间距控制和装药量控制为爆破质量控制的重点，在周边眼的布置上，要按照开挖面的围岩地质情况随时调整布眼的间距尺寸。施工过程中必须对这些因素重点控制，以确保爆破效果。

5 结语

实践证明，采用楔形掏槽导爆管毫秒雷管微差爆破法爆破效果较好，平均超挖10cm，最大超挖20cm，无欠挖，满足技术规范要求，取得较好的经济效果。施工企业要想控制成本，创造效益，就需要不断提高管理的精细化程度。一方面，要通过系统化分析制定合理的爆破方案，另一方面，要加强施工现场的管理。在施工过程中坚持做好开挖断面复测工作，有利于班组随时调整爆破参数。以本工程为例，通过不断改进技术方法和抓住关键控制点，在钻爆施工中确保了安全质量，取得了良好的经济效益。

【参考文献】

[1]顾义磊.隧道光面爆破合理爆破参数的确定[J].重庆大学学报，2005（03）.

[2]刘仁旭.公路隧道的光面爆破[J].重庆大学学报，2005（10）.

[3]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[J].人民交通出版社，2010（5）.

[责任编辑：王楠]