软弱围岩大断面隧道光面爆破优化

2022-03-26赵琛，周勇，赵军

山东交通科技 2022年1期

赵琛，周勇，赵军

（1.山东科技大学，山东青岛 266590；2.中铁二局集团成都新技术爆破工程有限公司，四川成都 610000）

引言

社会经济的快速发展对现代交通建设提出了更高的要求，地铁作为人们主要的出行方式，其施工过程的质量与安全问题备受关注[1]。在隧道掘进施工过程中，以钻孔、装药、爆破开挖岩石的“钻爆法”仍占据主导地位[2]。钻爆法施工技术具有灵活性、适应性、低成本等特点，但在实际操作中存在工期长、超欠挖量大、安全性低等问题。采用光面爆破可有效解决隧道掘进过程中出现的超欠挖问题，因而如何优化爆破参数从而形成光滑平整的设计轮廓面是隧道爆破施工的重点与难点[3]。

1 工程概况

青岛市地铁6 号线一期工程02 工区，位于青岛市黄岛区，工程为2 站2 区间。线路由朝阳山CBD站引出，经过华山一路站、创智谷站，最终到达创智谷站的TBM 吊出井为止，线路总长2.287 km。其中朝阳山CBD 站—华山一路站始发井区间、与青岛地铁13 号线联络线、始发及接收导洞、华山一路站、创智谷站均采用钻爆法。为保证良好的爆破效果，以创智谷车站开挖为试点工程，开展光面爆破参数优化研究。创智谷站主体围岩等级为Ⅳ级，均采用暗挖初支拱盖工法进行开挖施工，试验开挖长度20 m。

2 设计原则

光面爆破因其可减少超欠挖量、对围岩破坏作用小、爆破开挖后的轮廓面光滑且平整、可有效降低成本等特点，在隧道掘进施工过程中得到普遍应用。爆破参数的合理与可靠对呈现良好爆破效果发挥着重要的作用。为提高光面爆破效果，应遵循设计原则：（1）合理布置周边眼。周边眼之间的距离与岩石的性质有关，一般为40～70 cm，软弱岩层中应取较小值。（2）合理选择周边眼装药量。周边眼的装药量过大则会对围岩产生破坏，过小则爆破效果不理想。在实际工程中，取值一般为普通炮眼装药量的1/73～2/3。（3）合理确定不耦合系数。根据现场实践经验可知，岩石性质与炸药类型的不同对不耦合系数的选择有一定联系。不耦合系数的取值在1.5～2.5 时爆破效果最佳[4]。（4）合理设计装药结构。可根据药卷直径采用间隔装药、连续装药、不耦合装药等不同装药形式采用不耦合装药或空气柱装药。（5）精心控制钻杆角度。凿岩台车钻孔过程中，钻杆与掌子面夹角不宜大于5°。

3 方案设计

创智谷站暗挖为直墙拱顶断面，开挖断面为尺寸21.993 m×17.69 m，采用初支拱盖法施工，上部采用台阶法，分4 部开挖，完成初支拱盖后再进行下部爆破施工。按设计原则，对创智谷车站上台阶进行光面爆破设计。

3.1 拱部①部方案设计

创智谷站拱部①部炮孔布置、炮孔深度见图1。①部导坑长19 074 mm，宽4 334 mm，围岩等级Ⅳ级，为保证围岩稳定和控制爆破飞散物，炸药单耗取1.27 kg/m3，表1 给出了①部导坑爆破参数。

图1 炮眼布置/mm

表1 拱部①部导坑爆破参数

3.2 拱部②部方案设计

创智谷站拱部②部炮孔布置、炮孔深度见图2。②部导坑长11 823 mm，宽3 000 mm，围岩等级Ⅳ级，为保证围岩稳定和控制爆破飞散物，炸药单耗取0.74 kg/m3，表2 给出了②部导坑爆破参数。

表2 拱部②部导坑爆破参数

图2 炮眼布置/mm

3.3 拱部③、④部方案设计

创智谷站拱部③、④部炮孔布置、炮孔深度见图3。③、④部导坑长6 585 mm，宽3 000 mm，围岩等级Ⅳ级，为保证围岩稳定和控制爆破飞散物，炸药单耗取1.15 kg/m3，表3 给出了③、④部导坑爆破参数。

表3 拱部③、④部导坑爆破参数

图3 炮眼布置/mm

4 安全与质量保证措施

（1）装药量、眼距、眼深、角度、药包直径、炮眼直径等爆破参数要严格符合设计要求。（2）针对松软破碎岩石，光爆孔的位置应在周边轮廓的基础上向内移5～15 cm，对于坚硬岩石须布置在周边轮廓上。（3）当难以形成光爆面时，可在光爆孔间设置一定间距的空孔，增加自由面有利于裂缝贯通。（4）周边眼眼底装药量增加10～20%，采用由内向外、先边墙后拱顶的顺序起爆网路，更有利于改善光面爆破效果。（5）隧道爆破施工前对警戒区域内的人员进行疏散，做好定人、定职、定则工作，确认安全后方可爆破。（6）在隧道爆破开挖过程中，做到“一炮一监”。采用测振仪对爆破振速进行实时监测，以便及时调整爆破方案确保人与物的安全。（7）按《工业炸药爆炸后有毒气体含量的测定》（GB 18098—2000）中规定的方法定期监测爆破开挖后有害气体的浓度。