黃振華

摘 要：本文系統(tǒng)介紹了針對難以控制的砂質(zhì)板巖隧道光面爆破的設(shè)計，重點講述影響砂質(zhì)板巖隧道光面爆破效果的因素并提出解決辦法。

關(guān)鍵詞：砂質(zhì)板巖隧道；光面爆破設(shè)計；控制

1 工程概況

懷通高速公路銀匠界隧道所處地層為砂質(zhì)板巖，中厚層狀，隧道左線起訖樁號為ZK48+390～ZK50+065，全長1675m，隧道右線起訖樁號為YK48+380～YK50+035，全長1655m。針對懷通高速公路銀匠界隧道穿越砂質(zhì)板巖地層的實際工程地質(zhì)情況，重點講述III、IV級圍巖條件下砂質(zhì)板巖隧道光面鉆爆設(shè)計工作，重點依托施工現(xiàn)場開展工作，在此基礎(chǔ)上采集數(shù)據(jù)、優(yōu)化分析，最后總結(jié)砂質(zhì)板巖隧道光面爆破最合理設(shè)計參數(shù)。

2 鑿巖機的選擇及參數(shù)

根據(jù)砂質(zhì)板巖的物理力學(xué)特性，選擇目前在隧道掘進中使用較普遍的YT28氣腿式鑿巖機。YT28氣腿式鑿巖機的使用范圍較廣，最適用于中硬或堅硬（f=8～18）巖石上鉆鑿水平或傾斜炮孔，也可垂直向上鉆鑿頂板上的錨桿孔。炮孔直徑一般為34～42mm，有效經(jīng)濟的鉆孔深度可達5m。該機既可以根據(jù)開挖斷面大小與FT160BD型短氣腿、FT160BC型長氣腿或FT160S型雙級氣腿配套使用，也可裝在鉆車或鉆架上工作。

3 光爆參數(shù)選取

3.1 鉆爆設(shè)計方案

3.1.1 光面爆破作用機理。炸藥爆破時產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓氣體均作用在眼壁上，炮眼周圍的巖石受到強烈的壓縮而破碎，與此同時形成的壓縮應(yīng)力波向四面八方傳播。

為使粉碎圈的范圍最小和圍巖內(nèi)盡量不產(chǎn)生裂縫和破壞，并保持原有的穩(wěn)定性，我們除采用弱裝藥結(jié)構(gòu)外，選擇了合理的周邊眼密集系數(shù)m（即周邊眼間隔E和最小抵抗線W之比）。其理由如下：

當m=1或接近1時，即E=W或接近時，若兩個炮眼同時起爆，則壓縮波到達自由面之前在abc之間相遇。由于該點c與ab點的距離小于最小抵抗線W，拉應(yīng)力可使ab之間巖石產(chǎn)生裂縫。如果兩個炮眼不同時起爆，壓縮波到達自由面的同時也到達另一炮眼的位置，該點c起自由面的作用，也能使ab之間巖石產(chǎn)生裂縫。因此，這兩種情況都能取得光面爆破的效果。

圖1 E=W時的爆破情況

3.1.2 光面爆破的主要參數(shù)。普通光面爆破就是將周邊眼范圍內(nèi)的巖石爆下來，形成規(guī)整的輪廓并盡可能的保留半邊眼痕跡和減小對圍巖的擾動。若要“爆下來”主要與裝藥集中度（q）和最小抵抗線（w）有關(guān)；“成型規(guī)整”主要與炮眼間距（E）、炮眼密集系數(shù)（m=E/W）和最小抵抗線有關(guān)；“保留半邊眼痕跡和減小圍巖擾動”主要與不耦合系數(shù)（D=d炮眼/d炸藥）有關(guān)。因此，影響光面爆破效果的主要參數(shù)應(yīng)是：炮眼間距（E）、周邊眼密集系數(shù)（m）、最小抵抗線（W）、不耦合系數(shù)（D）和裝藥集中度（q）。而它們之間或它們與其它參數(shù)之間是相互聯(lián)系的。實踐證明，從對光面爆破的效果來說，這些參數(shù)是共同起作用的。也就是說，只有這些參數(shù)都在某一正確的范圍時，爆破效果才最理想。而各參數(shù)中則以裝藥量為最重要。也就是光面爆破的周邊眼裝藥集中度（q）是最重要的參數(shù)。

3.1.3 光面爆破參數(shù)的選擇。爆破參數(shù)的選擇一般有兩條途徑：一是工程類比直接選取，二是通過半經(jīng)驗半試驗法選取。工程類比法，就是參照類似工程的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)其工程的具體條件，確定有關(guān)參數(shù)的方法。半經(jīng)驗半實驗法，就是在現(xiàn)場試驗中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)爆破漏斗理論，通過在現(xiàn)場進行有限次數(shù)的單孔及三孔爆破漏斗試驗確定光面爆破參數(shù)。

3.1.4 掏槽形式的選擇。隧道爆破常采用的掏槽形式主要有兩種：直眼掏槽和斜眼掏槽。

根據(jù)銀匠界隧道斷面及施工特點，選用自制簡易鉆孔臺車及手工風槍作為鉆眼設(shè)備。通過對直眼掏槽與斜眼掏槽的比較，確認斜眼掏槽更適合本隧道施工。斜眼掏槽主要有三級復(fù)式鍥形掏槽與二級復(fù)式鍥形掏槽兩種，本隧道施工采用三級復(fù)式鍥形掏槽。

3.2 炮眼布置及藥量分配

3.2.1 炮眼的布置。（1）掏槽眼的布置：為便于石碴裝運，爆后找頂?shù)茸鳂I(yè)，要求碴堆集中一些，堆得高些，掏槽區(qū)布置在斷面的中下方。由于自制簡易鉆孔臺車的中間預(yù)留空間較大，為與鉆孔臺架相配套，我們根據(jù)斷面及鉆孔臺車的特征，在普通的三級復(fù)式鍥形掏槽的基礎(chǔ)上進行了相應(yīng)的調(diào)整，以解決因隧道斷面較大及斜眼掏槽巖碴拋擲較遠的缺點。（2）周邊眼的布置：周邊眼間距的大小應(yīng)根據(jù)具體的巖性和巖層產(chǎn)狀來決定。為保證光面爆破的質(zhì)量，在硬巖中周邊炮孔的間距要適當縮小。（3）輔助眼的布置：輔助眼一般均勻布置，可采用線形布置或環(huán)形布置。本隧道采用大孔距小抵抗線的線形與環(huán)形相結(jié)合的方式，炮眼間距為抵抗線的1.5～2倍。輔助眼中包含的擴槽眼、內(nèi)圈眼、二臺眼、底板眼的布置：擴槽眼、內(nèi)圈眼、二臺眼、底板眼的布置均應(yīng)比掏槽眼、周邊眼稀一些，而與掘進眼相比，應(yīng)適當?shù)丶用堋?/p>

3.2.2 爆破器材的選用及藥量的分配。（1）爆破器材選用。本隧道鉆爆開挖采用小直徑（Φ=42mm）炮眼，根據(jù)本隧道有少量裂隙水的特點，選用巖石膨化硝胺炸藥（Φ32mm-150g）和2#巖石乳化炸藥（Φ32mm-200g），塑料導(dǎo)爆管非電起爆，毫秒微差有序起爆，并在周邊眼采用導(dǎo)爆索傳爆，以加強傳爆能力，確保周邊眼的穩(wěn)定起爆。（2）藥量的分配。隧道爆破，不同部位的炮眼所起的作用是不同的，因而各部位炮眼的裝藥量也不相同。周邊眼的裝藥量，其裝藥集中度為200～300g/m，在此基礎(chǔ)上根據(jù)跑孔位置所處巖層的產(chǎn)狀、巖性和巖體的完整程度進行適當?shù)卣{(diào)整。掏槽眼的裝藥，其裝藥長度約為炮眼深度的90～95%。

3.2.3 裝藥結(jié)構(gòu)。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)主要有三種形式：采用雙導(dǎo)爆索；采用竹片、導(dǎo)爆索、藥卷間隔綁扎裝藥結(jié)構(gòu)，底部藥量適當加強；采用專用小直徑光爆炸藥的連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。本隧道周邊眼采用第二種裝藥結(jié)構(gòu)，即將藥卷間隔綁扎在竹片上，通過導(dǎo)爆索來傳爆，其它炮眼裝藥均采用連續(xù)裝藥，炮眼裝藥后的堵塞長度通常為最小抵抗線的1.0～1.2倍。

起爆雷管同導(dǎo)爆索在炮孔內(nèi)相連結(jié)。用于光面爆破的雷管段數(shù)應(yīng)大于相鄰掘進炮孔雷管數(shù)段數(shù)2段以上，以確保光面層最小抵抗線方向臨空面的形成，減少光面爆破阻力，提高光面爆破效果。

結(jié)合銀匠界隧道的地質(zhì)條件、開挖斷面等方面因素，對Ⅲ級圍巖光面爆破進行了合理的設(shè)計。（1）Ⅲ級圍巖掘進：Ⅲ級圍巖采用全斷面光面爆破法掘進。堅硬巖石施工采取加強掏槽爆破，嚴格控制周邊光爆孔，確保無超欠挖。Ⅲ級圍巖全斷面開挖炮眼布置見圖3，炮孔直徑42mm，起爆方式為孔內(nèi)微差起爆，圖中數(shù)字為孔內(nèi)毫秒雷管段別。（2）IV級圍巖掘進：IV級圍巖采用上下臺階法掘進。上臺階爆破時可采用光面爆破。IV級圍巖上臺階開挖炮眼布置，炮孔直徑42mm，起爆方式為孔內(nèi)微差起爆。

4 結(jié)語

銀匠界隧道在實際爆破過程中，采用了動態(tài)設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況及時適當調(diào)整爆破設(shè)計參數(shù)。其單循環(huán)進尺基本能達到2.8m～3.5m，大部分爆堆位于掌子面附近，巖塊的水平拋擲距離較小。開挖界面比較平整、光滑，開挖誤差較小。