金團輝

向莆鐵路金瓜山隧道光面爆破技術(shù)的應(yīng)用

金團輝

向莆鐵路股份有限公司

山嶺隧道鉆爆法開挖，光面爆破技術(shù)是確保質(zhì)量安全的核心要素之一,是目前仍然需要不斷研究的一項課題。該文結(jié)合向莆鐵路金瓜山隧道鉆爆法光面爆破技術(shù)的應(yīng)用與工程實踐，談幾點認識。

鉆爆法 光面爆破 技術(shù)應(yīng)用

1 工程概況

向莆鐵路金瓜山隧道是我國自行設(shè)計、施工的雙線單洞鐵路隧道，采用鉆爆法施工，正洞全長14097m，平行于線路左側(cè)30m設(shè)置貫通平導一座，全長14125m。隧道出口段山坡平緩，地表為坡積含粉質(zhì)黏土碎石土，為第四系坡積層，施工采用新奧法掘進，技術(shù)難度大。金瓜山隧道地質(zhì)圍巖大多為Ⅱ級圍巖，約占89.29％，Ⅲ級圍巖約占2.57％，Ⅳ級圍巖約占5.44％，Ⅴ級圍巖約占2.70％；隧道巖性主要為花崗巖，埋深大、地溫高，易產(chǎn)生巖爆等災(zāi)害；洞身穿過15條斷層，斷層最大涌水量7931m3/d，全隧開挖施工采用無軌運輸作業(yè)。隧道技術(shù)含量高、質(zhì)量要求嚴、標準高、工期緊，是整個向莆鐵路的重點控制性工程之一。

2 金瓜山隧道正洞光面爆破

2.1 光爆設(shè)計依據(jù)

金瓜山隧道正洞Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖，斷面面積116.16m2,循環(huán)開挖進尺3.0～3.5m；Ⅲ級圍巖采用臺階法開挖，斷面130.5m2,循環(huán)開挖進尺為1.6～2.0m；Ⅳ圍巖地段采用三臺階七步法開挖，斷面面積140.08m2,循環(huán)開挖進尺0.8～1.6m；Ⅴ級圍巖地段采用上部CD法下部臺階法開挖，斷面面積143.47m2，循環(huán)開挖進尺為0.6～1.0m。

根據(jù)新奧法施工的原則。洞身開挖前，采用計算法和工程類比法相結(jié)合的方法，對各級圍巖的開挖進行鉆爆設(shè)計，確定鉆爆參數(shù)和控制鉆爆設(shè)計圖。

光面爆破的主要參數(shù)：周邊眼的間距、光爆層的厚度、周邊眼密集系數(shù)、周邊眼的線裝藥密度等。

2.2 光面爆破的技術(shù)措施

主要有以下三個方面：

2.2.1適當加密周邊眼。周邊眼孔距適當縮小，可控制爆破輪廓，避免超欠挖，又不致過大地增加鉆眼工作量，一般取 E=(8～12)d，E為孔距，d為炮眼直徑。

2.2.2合理確定光面爆破層厚度。光面爆破層厚度即最小抵抗線，由于周邊眼的間距E與光面爆破層厚W有著密切關(guān)系，通常以周邊眼密集系數(shù)K表示，K=E/W。根據(jù)施工經(jīng)驗，一般取K=0.6～1.0，能達到最佳光爆效果。

圖1 光面爆破工藝流程圖

2.2.3合理用藥。根據(jù)本隧工程地質(zhì)特征，炸藥選用低密度、低猛度、低爆速、高爆力的炸藥，周邊眼選用2#巖石光爆藥卷，其他炮眼選用2#巖石乳化炸藥。施工中根據(jù)孔距、光面爆破層厚度、石質(zhì)及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。

2.3 光面爆破施工技術(shù)要求

結(jié)合國內(nèi)外的工程實踐，歸納為以下幾點：

2.3.1施工測量。開挖作業(yè)前，用全站儀按設(shè)計斷面放出隧道中線和開挖輪廓線，并使用醒目標志（一般采用紅色油漆線）標識在隧道的開挖斷面上，同時進行詳細的炮眼點位布置和標識（重點控制測量精度）。

2.3.2鉆爆作業(yè)。施鉆根據(jù)鉆爆設(shè)計的炮眼個數(shù)、眼距、炮眼深度及要求的外插角度、眼底誤差進行作業(yè)，為防止人為原因引起超欠挖，司鉆工或臺車司機必須嚴格按技術(shù)要求進行作業(yè)。

2.3.3鉆機就位。臺車、風鉆按規(guī)定就位，接通風、水、電路，開鉆時先送水，后送風。鉆機開孔時，宜用1m以內(nèi)的短鉆桿，待鉆孔定位并鉆進0.5m以上后再換長鉆桿。

2.3.4炮眼間距偏差。掏槽眼不大于2cm，周邊眼與內(nèi)圈眼不大于3cm，周邊眼眼底不得超出外輪廓5cm，其它眼不大于5cm。

2.3.5炮眼方向。司鉆中隨時觀察每臂（臺）鉆進情況，利用已打好的孔眼作標志，掌握好鉆眼方向，以達到“準、直、平、齊”的要求。

2.3.6順邦打眼。堅持順邦打眼，鉆臂（風鉆）緊貼巖壁，最大限度地減少超挖。周邊眼外插角不大于1.5°，底板眼方向與隧道坡率基本相同。

2.3.7掏槽眼。掏槽眼位置可根據(jù)掌子面圍巖結(jié)構(gòu)特征適當調(diào)整，掏槽眼較掘進眼深20cm，以取得較好的開挖進尺。

2.3.8清孔。裝藥前，采用高壓風，使用特制鋼管清洗眼中的石碴、石粉及泥漿。

2.3.9裝藥。裝藥采用多功能臺架裝藥，裝藥專人操作，并制定相應(yīng)的安全規(guī)程。嚴格按技術(shù)交底中規(guī)定的裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)操作，同時根據(jù)不同的圍巖狀況靈活調(diào)裝藥量，以達到更好的爆破效果。

2.3.10炮孔口堵塞。炮孔口用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20cm，炮泥用炮泥機制作，成分為泥土、砂和水，合理的重量百分比為土:砂:水=（70～80）:（8～10）:（13～20），最小密度達到1.90g/cm3，并具有較好的柔軟性，炮眼堵塞長度不小于20cm。

2.3.11爆破。爆破工從炸藥庫領(lǐng)出藥卷和導爆管，確認并保存好段數(shù)標記。起爆網(wǎng)絡(luò)按鉆爆設(shè)計的形式連接，主爆網(wǎng)絡(luò)采用雙管雙索，以確?？煽科鸨?。網(wǎng)絡(luò)連接好后再次檢查準確無誤，人員設(shè)備撤離至安全區(qū)域后，由爆破工起爆。

2.4 爆破參數(shù)設(shè)計

根據(jù)金瓜山隧道實際圍巖狀況（Ⅱ級圍巖描述：鉀長晶洞花崗巖，弱～微風化，褐紅色～淺紫色，中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，以晶洞為特征。巖石較堅硬，節(jié)理不發(fā)育，裂隙少，呈整體結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性好），經(jīng)過理論計算，加之從開工到現(xiàn)場施工過程中的不斷修訂，得出適合金瓜山隧道Ⅱ級圍巖地段實際光爆參數(shù)，具體為：實際斷面爆破設(shè)置190～200個炮眼（根據(jù)實際情況調(diào)整），其中周邊眼47個，實際深度3.8m/個（使用4m長鉆桿）；掏槽眼44個，實際深度4.8m/個（使用5m長鉆桿）；輔助眼72個，實際深度3.8～4.8m/個（使用4m、4.5m、5m長鉆桿）；底板眼33個，實際深度3.8m/個（使用4m長鉆桿）。實際布眼見表1。

表1 金瓜山隧道開挖參數(shù)表（全斷面開挖）

Ⅱ圍巖強度為80～120MPa，設(shè)計開挖方量116.16m3/延米。爆破時，電雷管2發(fā)、毫秒雷管200發(fā)左右，炸藥循環(huán)用量為330～360kg，導爆索200m。實際每循環(huán)進尺約3.0～3.5m，打眼風鉆采用YT28型鑿巖機，共32臺。鉆桿直徑25mm，鉆頭直徑32mm。鉆桿長度分為2m、2.5m、3.5m、4m、4.5m、5m。

2.5 人員配置

開挖臺車設(shè)計為4層，作業(yè)人員按5層同時進行開挖作業(yè)，配備鉆機32臺，開挖共35人（32人施鉆，3人配合開挖工作業(yè)）。按兩個班組輪流交替作業(yè)。

3 光面爆破取得的工程實效

3.1 循環(huán)進尺實效

自2008年12月15日至2011年1月1日，金瓜山正洞出口段累計完成4717m。其中Ⅴ級圍巖占109m，Ⅳ級圍巖占320m，Ⅲ級圍巖占180m，Ⅱ級圍巖占4108m，平均月進尺192.5m，月最高進尺263.2m，最高日進尺12.3m，單循環(huán)進尺3.0～3.5m。

3.2 超、欠挖控制效果

金瓜山隧道成功應(yīng)用了光面爆破技術(shù)，開挖輪廓圓順、開挖面平整，炮眼痕跡保存率接近90%，有效控制了隧道超欠挖的技術(shù)難點。但是，由于圍巖節(jié)理裂隙的不穩(wěn)定性及施工過程中的一些其它原因，開挖施工中，有時仍然會存在局部超欠挖現(xiàn)象，為了保證隧道開挖后凈空輪廓受控，保證隧道施工質(zhì)量，在實際施工過程中，金瓜山隧道具體控制超、欠挖方法為：每次開挖鉆眼前，先由技術(shù)人員利用萊卡TCR802全站儀實施斷面測量放樣，標明開挖面炮眼位置，待開挖班組人員爆破、出碴班出碴結(jié)束后，再由技術(shù)人員利用萊卡隧道斷面儀實施斷面測量，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)，生成實際斷面圖形，與理論斷面進行比對。對于復(fù)核檢查，以技術(shù)交底的形式下達隧道架子隊開挖班，及時進行修正處理。對于超挖現(xiàn)象，認真分析，查找原因，通常按10m一個斷面采用隧道斷面儀測量檢測。

4 結(jié)束語

金瓜山隧道鉆爆法光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用，意義重大，以下幾點應(yīng)當引起重視：

4.1 光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用是確保隧道安全掘進的基礎(chǔ)，是確保隧道施工質(zhì)量的根本，是加快隧道施工進度的前提，是衡量隧道施工企業(yè)技術(shù)先進性的標尺。

4.2 光面爆破技術(shù)的成功應(yīng)用，不但可以加快工期，節(jié)省成本，而且可以提高后續(xù)防水工程的施工質(zhì)量。

4.3 提高光面爆破技術(shù)質(zhì)量，必須不斷總結(jié)修正不同圍巖分級的各項技術(shù)參數(shù)，如圍巖的硬度、強度等，然后根據(jù)圍巖強度和硬度及時調(diào)整相關(guān)鉆爆參數(shù)。

4.4 提高光面爆破技術(shù)質(zhì)量，必須及時準確地對轉(zhuǎn)點進行復(fù)測。在開挖放樣時埋設(shè)的轉(zhuǎn)點必須做到精細復(fù)測，從而確保開挖放樣的準確性。

4.5 提高光面爆破技術(shù)質(zhì)量，必須及時對開挖輪廓進行測量。在開挖過程中及時對超欠挖予以處理。

4.6 做好監(jiān)控量測工作，掌握圍巖動態(tài)，為隧道安全施工提供信息保障。