黄练隧道光面爆破的施工应用

摘

要

介绍南广铁路黄练隧道光面爆破参数的选择、施工方法及工艺，以及对控制隧道超欠挖起了积极的作用。关键词

黄练隧道

光面爆破

参数选择

施工技术

1.工程概况南广铁路黄练隧道位于广西省贵港市黄练镇，隧道起讫里程为DK26+230～DK27+030，全长800m。该隧Ⅴ级围岩长47米，Ⅳ级围岩长85米，Ⅲ级围岩长430米，Ⅱ级围岩长180米。1.1工程地质特征（1）地层岩性隧区覆盖层为第四系全新统崩坡积块石土，坡残积黏土，下伏泥盆系上统和中统东岗岭组白云质灰岩、灰岩。白云质灰岩、灰岩中至厚层状，节理、裂隙较发育，节理面见铁锈色，溶蚀严重。（2）地质构造隧道段基岩多裸露，岩层单斜，节理、裂隙较发育，岩层产状为N20～30°W/50～68°NE；节理：产状为N20～60°W/35～50SW的延伸性，节距约0.2～1m，而产状为N20E/90°和N36°E/55°的延伸性较差，节距约1～2m。1.2水文地质特征隧道范围内地表水缺乏。地下水主要为基岩裂隙溶隙水。基岩裂隙溶隙水水量较小，旱季少，雨季较丰富，水量受季节变化影响大，由大气降水补给。2.光面爆破的特点根据“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，决定采用光面爆破施工。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量,减少出碴量，还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低了成本，加快了施工进度。3.总体掘进方案3.1暗洞施工：Ⅳ、V级围岩采用两台阶开挖法。3.2Ⅱ、Ⅲ级围岩地段采用全断面开挖。4.Ⅱ级围岩爆破方案设计光面爆破的目的是使周边眼形成贯穿的裂缝。当两炮眼同时起爆时，炸药所引起的压缩应力波将在两孔中间相遇，两孔间的岩石在压缩应力的作用下产生垂直方向上的拉应力，如果此拉应力超过岩石的极限强度，周边就会沿两眼连线产生孤形裂缝。该裂缝产生情况与周边眼的间距、角度、装药结构及起爆方式均有关。故此，合适的周边眼间距及角度，合理的装药结构及起爆方式，使炸药爆炸所产生的压应力刚好克服岩石动态抗拉强度，炸药的爆破作用才能形成贯穿裂缝，岩层周边才能形成规整的断面形状轮廓。4.1爆破参数的选择光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能，隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。黄练隧道II级围岩全断面开挖断面的面积为120.10m2，采用2号岩石硝铵炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用塑料导爆管孔内微差非电毫秒雷起爆。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能使药沿炮眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。在光面爆破中，周边眼间距E、最小抵抗线W、相对距系数K、装药密度q是相互制约的。4.1.1周边眼间距（E）周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1m至0.2m处,光爆孔的孔底的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3～5°。当爆孔孔径D为42mm时，周边孔间距E=（10～16）D，通过观察光爆成型情况，总结发现周边眼间距在55-65cm之间最宜。4.1.2最小抵抗线（W）最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。断面大，光爆眼所受到的夹制作用65-75cm范围内及时调整小，岩石比较容易崩落，可以大些；断面小，光爆眼受到的夹制力大，光爆层厚度相对要小些。同时，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。根据黄练隧道II级围岩的情况，在最小抵抗线光爆层的厚度，取得了较好的爆破效果。4.1.3相对距系数（K）相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（V）的比值，是影响爆破效果的重要因素。在抵抗线（W）一定的条件下，眼距大小直接影响光爆效果。因为在爆破的瞬间其自由面处的反射拉应力应等于入射的压应力，而两眼间所引起的拉应力则小于入射的压应力；同时在自由面方向上的岩石是处于双向应力状态，所以自由面方向的岩石易被拉坏。因此为了充分利用炸药能量，选择合理的眼距（E），产生满意的爆破效果，就要设法使自由面方向的反射拉应力与两眼间爆破拉应力相等。实践证明：只有当E/W=0.8-1.0时，上述两应力才近似一改，光面爆破效果才有可能达到最佳。所以黄练隧道II级围岩E取60cm，W取70cm。图1全断面开挖炮眼布置示意图(单位：厘米)4.1.4装药量计算光面爆破装药量的计算，主要是确定周边光爆孔炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。q=QaB式中q—装药集中度，kg/m；Q—单位体积耗药量，kg/m3；a—周边眼间距，m；B—最小抵抗线，m；通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.11～0.30kg/m。4.1.5装药结构和起爆方式光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，施工现场钻孔直径为42mm，炸药直径为25mm，不耦合系数为d=42/25=1.68。按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，周边眼采用φ25mm小直径药卷不耦合装药方式，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼中空直眼掏槽。爆破材料采用1～17段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm直径），富水地段采用乳化炸药。图2周边眼装药结构示意图4.1.6光面爆破的起爆顺序按设计联结起爆网络。起爆网采用复式网络，以充分保证起爆的可靠性和准确性。光面爆破要合理选择各炮孔起爆次序，如果次序不合理或雷管的段别小，就不能取得满意的爆破效果。本工程选用雷管段别是1～15段，各类孔别所用雷管段别是：掏槽孔用1～5段，辅助孔用7段，掘进孔用8～9段，内圈孔用11段，底板孔用13段，周边孔用15段。从掏槽孔开始，按照雷管段数从小到大从截面中心往外一层一层起爆，最后是周边孔，根据设计的网络及爆破顺序进行起爆。4.2装药量（表1）及光面爆破参数（表2）表1全断面开挖爆破装药量表顺序炮孔分类炮眼个数（个）雷管段数（段）炮眼深度（m）单眼装药（kg/孔）合计装药量（kg）1掏槽孔614.02.414．42633.52.213.23453.52.08.04辅助孔1663.51.828.851773.51.627.26掘进孔2083.51.428.072493.51.228.88内圈孔32113.51.032.09底板孔14133.52.230.810周边孔56153.50.844.8合计196256全断面开挖断面面积：121.10平方米，掘进长度按3.0m考虑。炸药单耗量：k=0.70kg/立方米。周边眼直径：φ42mm，使用小直径药卷φ25mm，装药不耦合系数λ=1.7。周边眼间距E=60cm，最小抵抗线W=70cm，E/V=0.9。表2光面爆破参数名称炮眼间距（cm）最小抵抗线（cm）相对距系数装药集中度（kg/m）不耦合系数一般参考值40～5050～800.5～1.00.11～0.301.5～2.0黄练隧道取值60700.900.301.75施工方法及工艺5.1钻爆机具材料钻孔采用18台YT—28型凿岩机和4台20m³空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。采用ø25mm小直径药卷。爆破网络采用塑料导爆管连接孔内微差非电毫秒雷管起爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。5.2光面爆破施工工艺5.2.1放样布眼

钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

5.2.2钻眼要求掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于5cm。周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm；周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距，误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼宜采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量，力求所有炮眼眼底在同一垂直面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，方可装药爆破5.2.3炮眼布置要求（1）先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。（2）周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm。（3）辅助眼均匀分布的原则布置。5.2.4孔口堵塞长度已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞、密封，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞长度不宜小于35cm，且堵塞密实，严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。5.2.5清孔装药装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。周边眼采用小直径药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。5.2.6连接起爆网络起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。5.2.7光面爆破施工技术措施（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石硝铵炸药。（3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.5～2.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。（5）控制周边眼装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。（6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。6光面爆破实施效果与经济效益6.1光爆效果黄练隧道开挖全部实行光面爆破，在已开挖的400余米取得了良好效果。6.1.1爆破后周边炮眼痕迹保存率达80%～90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为8cm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量要低得多。6.1.2岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。6.1.3减少了超挖初支回填量，降低工程造价。6.1.4岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。6.2经济效益6.2.1节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长30min，清理危石或补炮缩短30min，初期支护缩短60min，装碴及出碴缩短30