特长隧道大断面斜岩开挖爆破参数分析

贾鲁波

（中铁十四局集团第三工程有限公司，山东济南 250000）

0 引言

目前，我国修建铁路、公路隧道绝大多数采用钻爆法施工。光面爆破是隧道应用最早、范围最广、适应性最强的施工方法，是山岭隧道工程中较经济、合理的施工方法。钻爆爆破关键技术的研究在于爆破机制、爆破参数、爆破控制管理。

凤树梁特长隧道位于安康市岚皋县四季镇，穿越山梁至滔河镇，分为左、右线，隧道左线长4793.0m，右线长4789.0m。该工程隧道主要以角闪灰石岩、板岩为主，工程中应用的施工方法为山岭隧道中普遍采用的人工钻爆施工，本文研究光面爆破在特长隧道斜岩中的应用。

1 隧道光面爆破参数设计

1.1 岩石的岩性

凤树梁隧道YK62+142—YK62+112，围岩主要以微风化板岩和角闪辉石岩为主，围岩节理较发育，围岩呈镶嵌结构。

1.2 超前地质预报

根据YK62+142—YK62+112 地质雷达信号分析图推测，掌子面前方电磁波反射信号较强，同相轴局部错断，波形杂乱以中低频为主。根据检测的结果，得出隧道面前30m 围岩主要为微风化板岩，围岩节理裂隙较发育，整体稳定性较差，局部围岩破碎松散[1]。

1.3 爆破参数的设计

1.3.1 分析岩性和隧道断面

隧道断面整体为斜岩，倾斜角度相对较大，见图2掌子面围岩素描，拱腰部位相对较破碎。掌子面围岩以中硬岩石为主，坚固系数f=8～10，断面面积90.07m2，围岩级别属于Ⅳ级围岩，局部破碎、松散。

图1 YK62+142—YK62+112 段测试段落地质雷达信号分析图

图2 掌子面围岩素描

1.3.2 确定开挖进尺

Ⅳ级围岩变形受一次开挖进尺影响较大。当一次开挖进尺超过2.3m 时，拱顶易出现拉应力，容易导致拱部围岩沿着节理面滑塌。当一次开挖进尺大于3m 时，拱腰部位容易收到剪应力，导致围岩容易剪切破坏。炮孔深度也被开挖断面，大断面隧道开挖时，炮孔过深，收到围岩夹制作用，炮孔利用率低。一般情况下，炮孔深度L 取隧道高度（或宽度）的0.5～0.7倍，故YK62+142—YK62+112 掌子面围岩属于IV 级较差围岩（拱腰部位为斜岩发育点），宜采用两台阶开挖（ 上台阶断面面积61.72m2, 下台阶断面面积28.35m2）。当隧道循环进尺为2.4m，对隧道开挖的扰动较小利于保持隧道围岩的整体稳定性[2]。

1.3.3 炮眼的设计

掏槽眼：位于掌子面中心偏下部位，经查询表1 围岩硬度与炮眼倾角关系和表2 楔形掏心与循环进尺参考值，以及结合现场的围岩情况，掏心采用二级楔形掏心（见图3），炮眼倾角采用α=55o，眼底距离为0.3m。

表1 围岩硬度与炮眼倾角关系

表2 楔形掏心与循环进尺参考值

图3 二级楔形掏心示意图

周边眼：为了达到隧道的设计形状，隧道周边眼沿着设计轮廓均匀布置。光面爆破主要参数有:炮孔直径d、炮孔间距E、光爆层厚度W光、周边孔的密集系数m、不耦合系数D和线装药密度q，一般取:

E=(8～18)d或E=(0.5～0.7)m

W光=(10～12)d或W光=(0.6～0.8)m

m=E/W光或m= 0.7～1.0

D=d孔/d炸或D= 1.25～2.0

q= 0.1～1.2kg/m

辅助眼：为扩大掏槽眼炸出的槽腔，为后续和周边眼爆破创造“临空面”。辅助眼在掏槽眼与周边炮眼之间，均匀布置。

综上所述：凤树梁特长隧道大断面斜岩开挖爆破设计见图4 炮眼布置图。

图4 炮眼布置图

1.4 施工注意事项

1.4.1 施工时，爆破孔的深度和角度必须符合设计，掏槽孔的眼口、眼底误差不得大于5cm；

1.4.2 施工时，两个相邻辅助孔的间距距离设计位置误差不超过5cm；周边孔的开孔位置误差不应超过5cm，眼底不应与设计轮廓线偏差超过15cm；

1.4.3 炮孔钻设完毕后，需要拿着炮眼布置图检查炮孔并做好记录。检查出不符合要求的炮孔后，应该重新钻孔，所有炮孔检查均合格后，才能进行装药[3]。

1.4.4 钻孔前应在掌子面进行放线，周边眼应沿开挖轮廓线进行开孔。钻孔时要严格控制外插角，外插角越大，超挖越大。初支与掌子面距离越小，周边眼外插角越难控制，超挖往往越大，见图5 隧道周边眼外插脚与隧道超挖的示意图，因此应适当增大初支与掌子面的距离，以此来控制隧道的外插角。

图5 隧道周边眼外插脚与隧道超挖的示意图

1.4.5 周边孔装药采用不耦合装药方式，如图6周边眼不耦合装药示意图所示。

图6 周边眼不耦合装药示意图

2 爆破效果

现场在试炮结束后进行了两次爆破工程施工作业，现场的爆破效果及超欠挖情况统计如图7YK62+142—YK62+139.6 上台阶超挖统计、图8YK62+139.6—YK62+137.2 上台阶超挖统计、图9 现场实际效果图。

图7 YK62+142—YK62+139.6 上台阶超挖统计（最大超挖28cm，最小超挖4cm）

图8 YK62+139.6—YK62+137.2 上台阶超挖（最大超挖29cm，最小超挖-8cm）

图9 现场实际效果图

效果分析：通过两个循环的超欠挖统计分析，隧道的超欠挖已处于可控状态，隧道超挖得到有效控制，大大减少了隧道的喷射混凝土超方，同时有利于减少出渣时间和喷射混凝土时间，极大地节约了隧道开挖的成本[4]。

3 结语

本文以凤树梁隧道右线为依托工程，设计完成后，结合现场实际爆破施工。合理的布设炮孔，不仅可以提高火工品的使用率，更可以降低火工品材料消耗。好的爆破施工能效控制超挖，可以大幅度降低初期支护所需喷射混凝土，做到增效、减耗，节省施工成本。

同时，隧道钻爆设计是一个需要不断摸索、改进数据的过程。隧道的爆破施工直接关系到隧道的成本，而隧道爆破参数的设计至关重要。