地铁工程砂质泥岩区域隧道全断面爆破超挖控制技术分析

董泽旭

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 101116）

0 引言

近年来重庆地铁施工高速发展，重庆浅表地层普遍为砂质泥岩，围岩级别多为Ⅳ级，常用爆破施工工艺，爆破开挖质量控制一直是施工的重难点，超挖过多不仅造成出渣量和衬砌量增加，而且延长了施工工期，提高了工程成本。基于重庆轨道18号线隧道爆破施工项目，结合现场实际情况，通过精心研究、调整设计爆破掘进过程中的炮眼打设角度、单循环开挖进尺，合理增加炮孔数量，优化布置炮孔位置，在保证质量、安全为前提并满足工期要求的情况下成功减小爆破超挖尺寸。

1 工程概况

重庆轨道18号线外河坪北站～外河坪南站区间全长1.5km，线路位于长江、嘉陵江两大地表水系汇合的宽缓台地上。隧道埋深约28.29～53.00m，地层主要由砂岩—砂质泥岩不等厚的正向沉积韵律层组成，砂质泥岩以紫红色为主，主要矿物成分为黏土矿物，粉砂泥质结构，中厚层状构造，中等风化岩体裂隙不发育，岩体较完整，岩质较软，岩体基本质量等级为IV级；砂岩为灰色～紫灰色，细～中粒结构，厚层状构造，主要矿物成分为石英、长石，含少量云母及黏土矿物，多为钙质胶结，岩质较硬，岩体完整性好，岩体基本质量等级为III～IV级，主要为IV级。隧道标注断面宽7.38m，高7.16m，马蹄型断面形式，断面面积44.38m2，采用全断面爆破方式进行开挖。

2 爆破参数调整及爆破效果统计

根据隧道地质结构及围岩级别，参考以往项目及该项目相邻标段施工经验统计爆破超挖量，见表1所示。

表1 隧道爆破超挖数据统计

根据上述数据统计，围岩IV级隧道爆破开挖平均超挖达到25.7cm，超挖问题严重，造成炸药雷管等火工品单耗增加，初期支护喷射混凝土厚度增加等造成材料浪费，工作时间延长造成工效降低，平均只能实现1循环/d，平均进尺约3m/d，根据现场实际情况，对爆破参数进行调整，具体情况如下：

（1）周边眼、掏槽眼以及辅助眼数量调整[1]。掏槽眼以及辅助眼数量由原来的100个增加至133个，其中周边眼数量由原来的20 个增加至34 个，间距减小至450～500mm之间。

（2）提高爆破开挖频率，减小开挖进尺；开挖进尺调整为2m/d，平均2 天3 循环，平均进尺3m/d，调整炮孔深度。

（3）降低火工品单耗量[2]。掏槽眼每孔填充炸药约1.2kg，超量装药，并首先起爆，形成槽腔，创造新自由面；周边眼每孔填充炸药约0.1kg，减少每孔炸药用量，实现外轮廓形状，并控制超挖。

（4）为有效控制爆破震速，减少单段起爆药量，调整掏槽眼布置，改一次掏槽为二次掏槽分段起爆。

（5）掌子面与已完初期支护面的距离控制在1.0～1.5m或将周边眼打设角度调整至7°左右。

爆破工艺参数调整后，以外河坪北站～外河坪南站区间SK+108.9～SK+130段进行数据实测统计分析，见表2所示。

表2 外河坪北站-外河坪南站区间爆破施工记录表

经分析实地爆破试验结果，平均超挖最优可达到10cm，超挖值平均约为15cm，超挖得到有效控制。

3 爆破超挖控制因素分析

3.1 开挖循环进尺

控制开挖进尺可以有效控制周边眼打设偏离距离[3]，并且控制炸药单耗用量，以达到控制开挖目的,单循环开挖进尺越大，远端偏离开挖限界越大，进而爆破超挖也越严重，将单循环开挖进尺由3m调整为2m，周边眼炮孔搭设深度由3.5m调整为2.5m，有效降低超挖程度，平均超挖值由15.3cm降低为11cm，降低约30%，如图1所示。

图1 开挖进尺对超挖情况影响

3.2 初期支护厚度

该项目暗挖区间标准断面初期支护设计厚度为21cm，由于已完初期支护厚度影响，周边眼打设入岩位置及角度受限，导致周边眼打设角度增大至11.9°，使爆破超挖加剧，平均超挖值达到31.25cm，如图2所示。

图2 初期支护厚度对超挖情况影响

为了减小初期支护厚度对炮孔打设的影响，将打设角度调整为7°左右或将已完初支面与掌子面距离增大至1～1.5m，使平均超挖值降至15cm，见图3所示。

图3 调整炮眼打设角度控制超挖情况

3.3 炮眼数量及用药量

通过增加周边眼数量，改善外轮廓成型平顺度，炮孔单孔填充炸药量减少，降低爆破猛度，改善装药集中、起爆震动大，周边外轮廓形状难以控制的情况[4]。

3.4 起爆顺序

周边孔的起爆顺序决定了爆破效果。若周边孔爆破时间过早，临空面未完全形成，而周边孔起爆过迟，则不能充分利用辅助孔的爆破破碎能量。工程经验表明，周边孔起爆时间比辅助孔延迟100～150ms时，爆破效果最佳，可有效控制欠挖及超挖。

3.5 其他因素

施工现场管理水平、测量放线质量，装药结构、炮眼成孔的质量等因素均决定爆破超挖控制效果。

4 超挖控制的经济影响

IV级围岩隧道需进行初期支护，支护形式为型钢拱架+喷射混凝土挂网锚喷，而爆破引起的超挖需要喷射混凝土进行填充，不但造成材料的超耗增加[5]，延长喷锚时间，减缓施工进度，以及增加材料成本，人工成本，还有项目本级管理费等，产生较大施工成本。

以外河坪北站～外河坪南站区间为例，区间正线左右线全长3000m，断面周长约18m，喷射混凝土约385元/m3，平均超挖正常水平为25cm，经调整降为15cm，喷射混凝土共计节约5400m3，仅材料费节约208万元，超挖部分石方的运输时间、运输费用、弃渣费用等均有所减少，工期加快的同时，成本投入减少，经济效果显著[6]。

5 结束语

本文针对重庆轨道18号线项目爆破施工情况，在围岩级别Ⅳ级实施爆破，采用调整炮孔打设数量、打设角度、并结合“短进尺、多循环”、调整起爆顺序等爆破施工措施，由现场爆破效果来看，爆破扩挖效果较为良好，平均超挖值控制在15cm左右，有效降低超挖值约10cm，在保证安全、质量的同时，满足了施工进度，并节约了施工成本，降低工程造价，可为类似隧道爆破扩挖工程提供参考。