隧道光面爆破控制技术.doc

中梁山隧道光面爆破控制技术
杨平
摘要：本文通过对隧道光面爆破控制的钻爆设计、施工工艺、超欠挖原因的分析及施工效果的介绍，着重说明中梁山隧道的光面爆破控制技术。
关键词：中梁山 爆破 控制 工艺
1 工程概况
华福中梁山隧道为重庆市华岩至巴福一级公路改建工程的控制工程，位于九龙坡和大渡口两区境内。隧道左线全长3561.593m，右线全长3555.00m，为分离式双向四车道公路隧道，左、右线轴线间距35.00m。
隧道穿越的中梁山山脉沿四川盆地东部呈北东向展布，南北长80.00Km，东西长3.0～5.0Km，为条带状低山。山丘相对高差100.00m左右，为典型的川东平行岭谷地貌，发育有“一山两岭三槽”特征，属构造-剥蚀地貌。隧址区位于中梁山南段、山体狭长、且相对低缓，岩体以长石石英砂岩、灰岩、白云岩、钙质泥岩等为主。
隧道部分洞身穿越溶洞、煤层采空区和瓦斯地段。主要施工方法为：Ⅱ、Ⅲ类围岩采用半断面施工；Ⅳ、Ⅴ围岩采用全断面施工，全隧采用光面爆破技术，模板台车衬砌。
2 对光面爆破的认识
隧道爆破往往不能得到表面平整的坑道轮廓线，常常出现事以愿违的超挖和欠挖，这造成了很大的工程浪费，也直接影响施工的速度。如何使用新机具、新材料、优化爆破设计，努力提高爆破质量是钻爆法施工永远要探索的课题，光面爆破技术就是其中之一。
光面爆破顾名思义就是爆破成型好，超欠挖少。它是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆破面沿周边眼劈裂开来，从而避免周边眼以外的围岩受到破坏，并使坑道周边达到光面的效果。主要技术参数及措施如下：
2.1 适当加密周边眼间距，调整间距抵抗比E/W值
减少周边眼间距要视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定，一般可取E=（8～18）D=40cm～70cm。选择时，对于硬岩和破碎岩石宜取较小E值；对于软质或完整性好的岩石宜取较大的E值。
为了保证孔间贯通裂缝优先形成，必须使周边眼的最小抵抗线大于炮眼间距，通常取E/W=0.8为宜，即W≈50～90cm。
2.2 选择合理的炸药品种、炸药量和装药结构
用于光面爆破的炸药应选用爆速较低、猛度较低、爆力较大、传爆性能良好的炸药；底板眼则宜选用高爆力炸药，即可以克服上覆石碴的压制，又可以起到翻碴作用。
周边眼装药量应既具有破岩所需的应力能，又不致造成对围岩的严重破坏，施工中要根据孔距E、光爆层厚度W、石质及炸药种类等因素综合考虑和调整。一般地装药密度控制在0.04kg/m～0.4kg/m。
周边眼的装药结构，一般采用小直径药卷连续或间隔装药。炮眼、药卷直径不偶合系数λ可控制在1.25～2.0之间。但药卷直径不小于炸药的临界直径，以保证稳定传爆。必要时用导爆索传爆，孔内串联。
2.3 保证周边眼同时起爆
用导爆索或即发雷管同时起爆所有周边眼的药包，尽量使用高精度迟发雷管或导爆索作为孔内传爆。
2.4 严格掌握炮眼方向
钻眼方向的准确与否，直接影响光面爆破的效果。钻眼前要认真定准炮位，确定炮眼的方向，控制钻眼的角度，确保周边眼落在同一铅垂平面上。
3 钻爆设计
中梁山隧道岩体以长石石英砂岩、灰岩、白云岩、钙质泥岩等为主，按围岩类别区分有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，其中以Ⅳ、Ⅴ类围岩居多，下面着重介绍中梁山隧道Ⅳ、Ⅴ类围岩钻爆设计过程。
3.1 岩石的抗爆性及分级
本隧道Ⅳ、Ⅴ类围岩主要是灰岩，节理较发育，整体性稍好，但裂隙水发育。岩石单轴抗压强度在30～45Mpa之间，软化系数0.82，根据工程类比可判定其抗爆破性指数N为Ⅲ级，属中等爆破程度。
3.2 炸药品种选择
考虑岩石的抗爆性、裂隙水、重庆市场炸药性能和价格，决定采用药卷直径为θ=φ35mm的2#岩石炸药（有水孔采用乳化炸药），炸药单耗量k值确定在0.9～1.2之间。周边眼采用小药卷直径为θ=φ25mm的2#岩石炸药。药卷直径大于炸药的临界直径15mm。
3.3 循环进尺l和炸药用量Q
根据进度计划安排，并结合使用的凿岩设备，综合考虑后确定循环进尺l=3.5m；每循环的总装药量为Q=klS=1.04×3.5×75=274.2kg
3.4 开挖面的支承作用距离T
根据量测数据反映,开挖面的支承作用,可以持续达到3倍洞径,也就是说开挖面距离初期支护的距离可达到T=3×12=36m。
3.5 炮眼直径D
根据使用的YT-28型风动凿岩机的性能及工作效率，采用φ38mm钻头成眼φ40mm，不偶合系数λ=D/θ=1.14 ,以免发生管道效应,导致药卷拒爆；对于周边眼可采用较大的λ值（1.2～1.3），以减少对围岩的破坏。
3.6 炮眼数目N及比钻眼数n
3.6.1 根据各炮眼平均分配炸药量的原则计算炮眼数目：
N=Q/q=kS/αβ=152个。
（装药系数α=0.53, 药卷单位长度质量β=0.96kg/m。）
3.6.2 单位开挖断面的平均钻眼数目：
n=N/S=2.03。
3.7 炮眼布置
首先确定施工开挖轮廓线，然后进行炮眼布置。全断面一次爆破开挖分区为：掏槽眼、辅助眼和周边眼。
3.7.1 炮眼深度
根据每掘进循环所要求的进尺量和炮眼实际利用率确定：
L=l/η=3.7m,其中η=94.6%。
3.7.2 开挖轮廓线及预留变形量
按设计要求，岩石预留变形量为3cm；因考虑隧道净空需要和施工误差的存在，开挖轮廓线放大5cm。
3.7.3 掏槽眼的布置
本隧道采用双楔形掏槽，掏槽眼位于断面的中部，掏槽区尺寸为4.32m2。掏槽炮先行爆破掏出一个小型槽口，以形成新的临空面。由于受围岩的夹制作用，采用较大的炸药单耗k=7.8kg/m3和较大的装药系数α=0.6～0.8。为保证掏槽炮有效将石碴抛出槽口，掏槽眼比设计掘进进尺加深20cm，并采用孔底反向连续装药和双雷管起爆。
3.7.4 辅助眼的布置
辅助眼由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖轮廓形状。辅助眼间距E=60～90cm，采用孔底连续装药。
3.7.5 周边眼的布置
周边眼间距E=60cm，采用串联间隔装药。周边眼方向以3%～5%的斜率外插，眼底落在设计轮廓线以外10cm～15cm，前后两排炮眼的限界台阶高度控制在10cm之内。
3.7.6 装药结构和堵塞
掏槽眼和辅助眼采用连续装药结构，周边眼采用间隔装药结构，起爆药包按反向装药包设置。
堵塞材料用粘土和砂按3：1混合，在加2～3%的食盐，堵塞长度约为1/3的炮眼长度。但通过实践，炮眼深度大于2.5m同时采用反向装药，可对炮眼不堵塞。
3.7.7 起爆方法和起爆顺序
起爆方法采用非电导爆管法起爆，导爆管由8号火雷管发爆。
起爆顺序为：掏槽眼---辅助眼---底眼---周边眼，采用迟发毫秒非电雷管控制延期时间，跳段使用。
3.7.8 实例爆破图表
爆破设计图表详见<<中梁山隧道爆破设计图实例>>。
4 施工工艺
4.1 放样布眼
钻眼前，测量人员要用红铅油准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。在直线段，可用3 台激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。
4.2 定位开眼
采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道轴线要保持平行。台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其他眼要高，开眼误差要控制在3cm 和5cm 以内。
4.3 钻眼
钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要有丰富经验的老钻工司钻，台车下面有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角（眼深3m 时，外插角小于3°；眼深5m 时，外插角小于2°），尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时，应根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。
4.4 清孔
装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。
4.5 装药
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”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。
4.6 联结起爆网路
起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm 以上处。网路联好后，要有专人负责检查。
4.7 瞎炮的处理
发现瞎炮，应首先查明原因。如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可；但此时的接头应尽量靠近炮眼。如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应参照《隧道爆破安全规程》有关条款处理。
4.8 质量检验标准
4.8.1 超欠挖。爆破后的围岩面应圆顺平整无欠挖，超挖量（平均线性超挖）应控制在10cm（眼深3m）。
4.8.2 开挖轮廓圆顺，开挖面平整。
4.8.3 炮眼痕迹保存率。围岩为整体性好的坚硬岩石时保存率应大于80%，中硬岩石应大于60%，软岩应大于50%。
4.8.4 两次爆破的衔接台阶尺寸不大于15cm。
5 超欠挖原因
5.1 隧道方向垂直于岩层走向，则破裂是整体的，超挖一般较少；但当平行岩层走向时，则超挖较多；若遇软弱或完整性差的围岩，更易产生超挖。
5.2 周边眼外插角过大，则产生超挖偏差。
5.3 周边眼布置及周边眼排距设计不当，超欠挖严重。
5.4 少打眼，擅自减少钻孔深度，装药量过大，钻孔方向偏差等都会产生不必要的超欠挖。
6 施工效果
中梁山隧道采用光面爆破技术，平均月开挖进尺162m，最高开挖进尺310m，有效缩短工期三个月，并且光爆效果良好，炮眼痕迹保存率达90%以上，得到业主和兄弟单位的好评。

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