尹功龍，李丙銀

(江西中煤土木工程設(shè)計研究有限公司)

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隧道施工光面爆破特征及有關(guān)參數(shù)選擇的分析

尹功龍，李丙銀

(江西中煤土木工程設(shè)計研究有限公司)

通過某個隧道的個案研究為背景，通過對采用鉆孔臺車的深孔光面爆破問題的研究，探討有關(guān)爆破的方案選擇、參數(shù)的確定、裝藥的結(jié)構(gòu)以及掏槽眼的布置方式、爆破的特點(diǎn)、效果等相關(guān)問題。

光面爆破；鉆爆設(shè)計；技術(shù)要點(diǎn)；安全措施

1 工程的有關(guān)概況

某隧道全長375 m，位于新寧縣回龍寺鎮(zhèn)桃李村，為重丘區(qū)地貌，工程地質(zhì)條件主要為紫紅色、灰白色礫石巖。圍巖級別主要為Ⅲ、Ⅳ級圍巖，該隧道根據(jù)奧新法原理進(jìn)行施工，根據(jù)工期的要求和工程的特點(diǎn)進(jìn)行不同工區(qū)的施工，確定在高木凼端洞口布置場地，由邵陽向新寧方向掘進(jìn)。采用的是自卸汽車進(jìn)行的運(yùn)輸，對于裝渣則使用的是反鏟式挖機(jī)與裝載機(jī)的配合使用。另外，在施工過程中，對于斷面的開挖控制在沒循環(huán)進(jìn)尺1～2 m之內(nèi)，通過這種做法來盡量減少對圍巖造成的擾動。

2 有關(guān)光面爆破的工作原理

有關(guān)光面爆破的破巖原理是一個比較復(fù)雜的問題，通過對起爆中的爆炸氣體做功進(jìn)而對巖體產(chǎn)生一定的效應(yīng)。光面爆破會使周邊的炮眼同時進(jìn)行起爆，然后各炮眼的沖擊波會向四周進(jìn)行徑向的傳播，相鄰的炮眼沖擊相遇后會發(fā)生應(yīng)力波的疊加效應(yīng)，并會產(chǎn)生切向的拉力。當(dāng)該拉力大于巖體的極限抗拉強(qiáng)度時巖體就會發(fā)生破裂，并在炮眼的中心連線上產(chǎn)生裂縫，隨著裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，最后則形成相對平整的爆裂面。光面爆破的主要內(nèi)容包括炮眼的數(shù)目、深度、角度、布置、裝藥結(jié)構(gòu)以及裝藥量等。采用“新奧法”進(jìn)行施工，也需要根據(jù)工程的有關(guān)地質(zhì)條件以及實(shí)際需要進(jìn)行光面爆破。

3 鉆爆的設(shè)計和操作的要點(diǎn)

3.1 鉆爆設(shè)計

在鉆孔之前按照規(guī)范和設(shè)計測量放線繪出要開挖斷面的水平、中線以及斷面輪廓線，并標(biāo)出炮眼的位置，而后進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢查，符合要求后即可進(jìn)行施工。本文研究的隧道同時為了成本和設(shè)計的要求采用的是風(fēng)鉆進(jìn)行鉆眼，其中風(fēng)鉆采用的是φ42合金鉆頭，采用濕法進(jìn)行施鉆，在施工時并要保證風(fēng)壓不能小于0.5 MPa，而工作面水壓不能小于0.3 MPa。在鉆眼完成之后如圖1進(jìn)行檢查并做好相關(guān)記錄，若不符合則需重鉆，合格后才可裝藥。對于已經(jīng)裝藥的炮眼需要用炮泥進(jìn)行及時的堵塞，而且堵塞的長度應(yīng)大于20 cm。

圖1 有關(guān)隧道開挖的鉆爆設(shè)計(單位：cm)

3.2 人員以及設(shè)備的配備

(1)人員：進(jìn)場人員共30人，其中安全員4人，爆破員4人，負(fù)責(zé)人1人。

(2)設(shè)備：YTP-28風(fēng)鉆20臺、挖掘機(jī)(CAT320B)1臺、自卸車(5T)6臺、20 m3/min風(fēng)壓機(jī)3臺、20型風(fēng)槍10把、裝載機(jī)(ZLB50)1臺。

3.3 光面爆破的參數(shù)確定

采用光面爆破的效果如何主要取決于炸藥的性質(zhì)和用量、掩埋深度、不耦合系數(shù)以及巖石的條件等。需要確定的主要參數(shù)有：

(1)炮眼直徑d。

炮眼直徑d增加，藥卷直徑隨之增加，有利于提高爆炸的穩(wěn)定性，使爆速增大，但若炮眼直徑d過大，就會降低鉆速。另外，如果炮眼的數(shù)目較少則會影響藥量均勻分布的狀態(tài)結(jié)果會使巖石破碎的質(zhì)量變差，所以，一般的炮眼直徑d的范圍為35～45 mm。

(2)周邊眼的間距E。

對于堅(jiān)硬的巖層，周邊眼的間距E應(yīng)該大些，對于跨度小的隧道應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臏p小周邊眼的間距E，反之則增大。在隧道爆破時，周邊眼的間距E的計算公式為：E=(12～20)d。一般周邊眼的間距E的范圍為600～700 mm，但是如果開挖面的曲率比較大，那么間距則可以減小至450～500 mm，但是最小一般不小于400 mm。

(3)最小抵抗線V。

其計算公式為：V=Q/CEL，其中E為炮眼間距；C為爆破系數(shù)；L為炮眼深度；Q是炮眼裝藥量的單位耗藥量。

(4)光面炮眼的深度和角度。

在隧道的開挖中，硬巖隧道通常要比循環(huán)的進(jìn)尺深0.05～0.15 m。底板眼、掏槽眼一般比炮眼要深0.15～0.25 m，在硬巖時應(yīng)取大值，一般的炮眼深2.1 m，而底板眼和掏槽眼則為2.3 m。如果采用的是先進(jìn)的鑿巖臺車時，則其深度一般不小于3 m。有關(guān)炮眼的角度一般為4°～5°。

(5)裝藥量Q′。

其計算公式為Q′=qEVL，其中L表示炮眼的平均深度；q是單位炸藥的消耗量；其他符號意義如前。一般來說，當(dāng)炮眼深度為1.0～3.0 m時，單位體積內(nèi)的巖石耗藥量為0.4～0.8 kg/m3，當(dāng)炮眼深度為3～3.5 m時，單位體積內(nèi)的巖石耗藥量為0.9～2.0 kg/m3。

(6)不耦合系數(shù)D。

不耦合系數(shù)指的是炮眼與藥包的直徑之比。當(dāng)D=l時表示孔壁與藥包是緊密接觸的；D>1時表示孔壁與藥包之間有空氣間隙。存在空氣間隙時，炸藥的爆破威力則會衰減許多，所以，在施工中需要使用耦合裝藥來改變裝藥的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對爆破的正確控制。

表1 光面爆破參數(shù)

注：1.關(guān)于軟巖隧道的光面爆破其相對距離應(yīng)取小值；2.裝藥的集中度應(yīng)該按2#的巖石硝銨炸藥進(jìn)行考慮。如果使用其他炸藥，則需進(jìn)行換算

(7)炮眼的密集系數(shù)m。

炮眼的密集系數(shù)也被稱為炮眼的臨近系數(shù)，它表示了炮眼的間距a與最小抵抗線V之間的相關(guān)關(guān)系，即m=E/V，這是有關(guān)爆破參數(shù)確定中的一個比較關(guān)鍵的值?，F(xiàn)如今，在爆破工程的施工過程中，確定光面層厚度，一般情況下是光面層厚度V與周邊間距a兩者之間的比值m=EfV=0.8～1.0時則表示較好。當(dāng)m>1時，則說明E值是偏大的，V值偏小，爆破的時候容易出現(xiàn)眼間的裂縫，而周邊眼尚未溝通前應(yīng)力波就已經(jīng)傳到了二圈眼，結(jié)果就是這樣的光面眼就變成偏斗的爆破。當(dāng)E=V時，m=1。爆破時光面眼之間的裂縫形成較好。當(dāng)m=0.5時，即2E=V光面層不易爆下來，實(shí)踐證明m=0．8～1.0時較好。

3.4 爆破的安全措施

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》( GB6722-86)有關(guān)爆破的安全注意事項(xiàng)主要有：

(1)進(jìn)行爆破時應(yīng)使用符合技術(shù)要求并經(jīng)過檢測合格的器材，根據(jù)實(shí)際的爆破方案，進(jìn)行炮孔深度、炮位、以及用藥量的設(shè)計，在施工之前有關(guān)該設(shè)計的圖紙及爆破的方案需要報送公安部門審批后才可以進(jìn)行實(shí)施。

(2)禁止在雷雨、濃霧、黑夜以及暴雨天氣等進(jìn)行有關(guān)的爆破作業(yè)。

(3)爆破工作必須有專人指揮，爆破前需要做好安全防護(hù)，確定的危險區(qū)邊界應(yīng)有明顯的標(biāo)志，警戒區(qū)四周必須設(shè)警戒人員、警戒區(qū)內(nèi)的人、畜必須撤離，施工機(jī)具器材應(yīng)妥善安置。預(yù)告、起爆警戒等信號應(yīng)有明確的規(guī)定。爆破時，應(yīng)確保人員和機(jī)械應(yīng)撤至受爆破影響范圍之外。

(4)導(dǎo)火索的長度要保證點(diǎn)完后人員可以安全撤離。

(5)在爆破最后一響的20 min之后才可撤除警戒防護(hù)。

(6)環(huán)境條件“復(fù)雜”和“十分復(fù)雜”的爆破工程，每次爆破要進(jìn)行爆區(qū)設(shè)計，裝藥前爆破工程技術(shù)人員需要逐個進(jìn)行驗(yàn)收炮孔，計算裝藥量，并落實(shí)覆蓋防護(hù)以及安全警戒等措施，確保不發(fā)生震動、飛石等過大的危害。

(7)有專人負(fù)責(zé)爆破后的清幫找頂?shù)墓ぷ鳎_保不留下危石。爆破通風(fēng)15 min后，必須立即進(jìn)行安全方面的檢查，查出有無未超爆的瞎炮，確認(rèn)無誤后才可以出碴。隧道出碴采用的是無軌裝碴、無軌運(yùn)輸，即裝載機(jī)裝碴，自卸汽車運(yùn)輸至棄碴場。

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

(1)根據(jù)圍巖的特點(diǎn)選定周邊眼的最小抵抗線和間距，盡量提高鉆眼的質(zhì)量水平。

(2)控制鉆眼的裝藥量，盡量使藥量在炮眼處實(shí)現(xiàn)均勻分布。

(3)對于周邊眼使用低爆速、低猛度的炸藥和小直徑藥卷。另外，為了能夠滿足對炮眼裝藥結(jié)構(gòu)的要求，可以借助傳爆線進(jìn)行空氣間的隔裝藥。

(4)采用毫秒微差進(jìn)行有序的起爆。按照規(guī)定的程序進(jìn)行施工，能夠使爆破后的光敏啊具有很好的臨空面。

(5)注意邊孔的直徑應(yīng)不大于50 mm。

5 結(jié) 論

通過以上的分析可以看出，在隧道的施工過程中，有關(guān)爆破開挖方案選擇的好壞對后面的開挖速度起著至關(guān)重要的作用。同時爆破后的結(jié)果又直接的影響著下一步襯砌支護(hù)和裝巖運(yùn)輸?shù)某杀竞退俣取：喴接懳覀冎涝趯λ淼肋M(jìn)行爆破開挖的過程中，采用本文提到的光面爆破技術(shù)不僅能夠減少使用爆破技術(shù)的使用對圍巖的損傷，而且也能夠達(dá)到較大的進(jìn)尺。在隧道開挖的過程中，爆破技術(shù)的設(shè)計和采用是其能否順利和成功進(jìn)行的關(guān)鍵。

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2015-02-11

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1008-3383(2015)12-0108-02