泥质砂岩高铁隧道光面爆破施工关键技术

康大伟KANG Da-wei

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030000）

1 工程概况

赵卜峪隧道位于山西省晋中市榆社县云竹镇狐家沟村北侧境内，全长2893m，最大埋深120.80m，隧道围岩主要以弱风化泥质砂岩和泥岩为主，岩体较为破碎，岩质较软。其中Ⅲ级围岩100m，占3.45%，Ⅳ级围岩1141.5m，占39.45%，Ⅴ级围岩192m，占6.64%。开挖方法主要采用三台阶法和三台阶临时仰拱法。

2 钻爆设计与优化

2.1 初始上台阶钻爆设计

共计98 个炮眼，其中：41 个周边眼，间距45cm；26 个掏槽眼，间距45～65cm；8 个底板眼（又为抬炮眼），间距150cm；23 个辅助眼，间距75～90cm（其中辅助压炮眼15个）。

2.2 初始中台阶爆破设计

共计28 个炮眼。包括：10 个周边眼，间距60～65cm；8个底板眼（又为抬炮眼），间距200cm；10 个辅助眼，间距85～200cm。

2.3 初始下台阶爆破设计

共计24 个炮眼。包括：8 个周边眼，间距60cm；8 个底板眼（又为抬炮眼），间距170cm；8 个辅助眼，间距170cm。

2.4 Ⅳ级围岩钻爆技术参数（见表1）

表1 初始Ⅳ级围岩钻爆技术参数表

2.5 光爆参数优化

整个光爆实施过程对爆破参数经历多次细节调整，大致可分为最初措施、初步调整及技术改进三个阶段，见表2。

表2 Ⅳ级围岩光爆实施过程爆破参数调整表

3 开挖工法

3.1 地质条件

赵卜峪隧道进口址区地层以三叠系中统二马营组第二亚组泥岩、泥质砂岩为主，为弱风化，泥质结构，层状构造。受褶皱和断层构造影响，岩体较破碎，裂隙较发育，多呈微张～张开状，部分裂隙夹泥且赋存地下水，开挖后松弛掉块、顺层滑塌现象突出。隧道施工中超欠挖控制是施工难点。

3.2 设计开挖工法

Ⅴ级围岩开挖断面143.5m2，开挖断面高度10.7m，设计开挖工法为三台阶临时仰拱法，Ⅳ级围岩开挖断面138.7m2，开挖断面高度10.3m，设计开挖工法为三台阶开挖法。

3.3 工法优化

结合隧道地质条件进行光面爆破控制技术的深入研究，目的除了控制超挖、确保开挖轮廓圆顺外，主要是提高爆破效果从而提升隧道整体施工进度、降低施工成本。施工过程中应根据围岩整体稳定性动态优化施工工法。

Ⅴ级围岩地质条件下，围岩破碎，整体稳定性差，应控制循环开挖进尺，减小上台阶临空面。综合考虑大型机械作业和楔形掏槽进尺要求，循环开挖进尺0.6～1.2m，上台阶开挖高度为4m，中台阶高度3.5m，下台阶3.2m。

Ⅳ级围岩地质条件下，围岩整体稳定性相对较好，应通过调整掏槽眼深度加大循环开挖进尺，提高爆破效率。上台阶开挖高度优化为5m，中台阶高度3.2m，下台阶高度2.1m，循环开挖进尺可达3～3.5m。

地质条件整体稳定性满足的前提下，为更好地控制周边眼外插角角度，初期支护与开挖掌子面应错开一段距离，约1.5m，最大程度减少因外插角造成的超挖。

4 光爆设计参数优化

上台阶采用楔形掏槽方式，内圈眼与周边眼间距80cm（即抵抗线为80cm），上中下台阶的周边眼间距为30～35cm。周边眼装药方式：除去每个台阶拱脚处4～5 个炮眼，其余均采用导爆索+0.1kg 炸药及导爆索+0.2kg炸药间隔装药的方式，周边眼外插角为2°左右。上中下台阶所有的炮眼均要使用炮泥封堵密实。

当围岩自稳能力满足安全的情况下，每个循环喷射砼后，初期支护与掌子面预留1.5m 的空间，利于控制起钻眼的外插角。

4.1 上台阶光爆设计

共计114 个炮眼，包括53 个（1～53）周边眼，间距35cm，周边眼1 和53 为抬炮眼；26 个掏槽眼（73～98），间距45～65cm；8 个（103～110）底板眼（又为抬炮眼），间距150cm；27 个（54～72，99～102）辅助眼，间距75～90cm，54～68 为辅助压炮眼，54～62 又为内圈眼。其中63-1，68-1，72-1，99-1 这四个辅助眼根据围岩的好坏增加或减少。

上台阶光爆炮眼布置见图1，上台阶掏槽眼布置平面剖图见图2，上台阶周边眼反向装药结构图见图3，上台阶掏槽眼及辅助眼反向装药结构图见图4，Ⅳ级围岩钻爆技术参数见表3。

图1 IV 级围岩上台阶光爆炮眼布置图

图2 上台阶掏槽眼布置平面剖图（进尺3m）

图3 上台阶周边眼反向装药结构图

图4 上台阶掏槽眼及辅助眼反向装药结构图

表3 适合本隧道Ⅳ级泥质砂岩的光爆技术参数表

4.2 中台阶爆破设计

共计36 个炮眼，包括18 个（1～18）周边眼，间距35cm，周边眼1 和18 为抬炮眼；8 个（29～36）底板眼（又为抬炮眼），间距200cm；10 个（19～28）辅助眼，间距85～200cm，见图5。

图5 IV 级围岩中台阶爆破炮眼布置图

4.3 下台阶爆破设计

共计30 个炮眼，包括14 个（1～14）周边眼，间距35cm，周边眼1 和14 为抬炮眼；8 个（23～30）底板眼（又为抬炮眼），间距172cm；8 个（15～22）辅助眼，间距172cm，见图6。

图6 IV 级围岩下台阶爆破炮眼布置图

4.4 爆破连线设计

上台阶分为4 个部分，各部分每个炮眼的毫秒管绑扎到一起连接到一个电雷管上，且每个周边眼的导爆索都串联到一起。中台阶分为2 个部分，下台阶分为2 个部分，各部分每个炮眼的毫秒管绑扎到一起连接到一个电雷管上，且每个周边眼的导爆索都串联到一起。最后两个电雷管并联到引爆线上，采用起爆器引爆。起爆方法为电力爆破。

4.5 光爆技术参数（见表3）

5 优化效果

5.1 光爆效果

按照上述钻爆方案进行施工，超欠挖得到了明显控制，平均循环进尺达3.0m，上台阶炮眼残留率最高达到30%，喷射砼超耗系数降低，缩短了工序作业时间。改变方案前后的爆破效果对比见表4、表5。

表4 改进方案前的爆破效果（进尺3m）

表5 改进方案后的爆破效果（进尺3m）

5.2 采用光爆方案前后经济对比分析

①优化爆破方案前每个循环线性平均超挖为20～30cm，喷射砼超耗为120%～130%；优化爆破方案后每循环平均线性超挖为8～18cm，喷射砼超耗为80%～90%，平均超挖减小12cm，超耗降低40%。每延米设计方量7.15m3，喷射砼单价370 元/m3，隧道延米喷射混凝土超耗成本降低1058 元。②爆破方案优化前炸药单耗量为0.59m2/kg～0.67m2/kg；改进方案后周边眼数量增加，但单孔装药量减小，循环总装药量减少，每个循环装药单耗量为0.55m2/kg～0.62m2/kg，采用炮泥封堵，保证了爆破效果，且有效地控制了超挖。③改进措施前由于爆破后超挖较大，喷射砼方量较多，超耗率较大，导致喷射砼单工序时间在8.0～9.5h 之间，每个循环的施工时间为22～24h。改进措施后超欠挖得到有效的控制，喷射砼超耗率降低，从而使喷射砼单工序时间降为6～7h，循环作业时间为18～20h，循环时间加快3～4h，大大加快了施工进度，降低了成本，提高了效益。

6 结束语

①专家指导，方案先行。隧道进洞之初，公司应安排内部专家进驻现场指导，通过多循环试验，优化确定爆破方案，使现场人员通过实际案例学习爆破参数调整的技术精髓。②团队建设，人才培养。通过专家现场指导、参加学习培训和自主学习等方式培养公司内部专业人才，如地质能手、爆破技术能手等。③经济激励，严格考核。确定适合本隧道的爆破方案后，严格方案执行力度，每循环通过线型超挖值进行考核，重奖轻罚，鼓励一线工人钻研钻爆技术的积极性，大幅降低喷砼超耗，缩短工序时间。④重视隧底超挖控制。大断面隧道建议增加一台挖掘机，可安装破碎锤，仰拱爆破严格控制钻眼深度和装药量，局部欠挖采用破碎锤凿除，避免大药量和超钻造成隧底虚渣清理后的严重超挖。