鐘 云，方 義

（1.江西高端爆破工程有限公司，江西 吉安3430091；2.安徽地礦局327地質隊，合肥230011）

1 引言

光面爆破常應用于高速隧道的掘進施工［1］，相較于其他爆破光面爆破通過計算選擇合理的爆破參數(shù)可以達到控制圍巖擾動［2］，一次爆破成型隧道斷面的效果。使用光面爆破一次成型隧道斷面減少了施工成本，減少了對山體圍巖的破壞，降價后期支護難度［3－4］。現(xiàn)就具體的爆破施工案例對光面爆破進行研究。

2 工程概況

南昌至寧都高速公路第C8合同段位于永豐縣上溪鄉(xiāng)雙嶺村境內，所屬區(qū)內為低山地貌，地形起伏較大，山勢較陡，山體自然坡度在35°～60°之間。西面為沙溪到水漿自然保護區(qū)公路，較平坦，東面石馬鎮(zhèn)經(jīng)上溪鄉(xiāng)到工地為盤山公路，起伏較大。

該隧道設計為分離式雙車道結構，凈高5.0m。主洞內輪廓高度8.906m，寬度11.4 m，截面積82.88m2；緊急停車帶隧道內輪廓高度9.723m，寬度13.9m，截面積111.05 m2。雙向隧道總長4 490m。Ⅳ級圍巖4 001 m 占總長的89.1%。軸向北西為一近東西走向，略向南彎曲的弧形向斜。其延伸約40 km，東西兩端均揚起消失。巖層產(chǎn)狀正常，傾角一般20°～30°，少數(shù)為45°～50°。此路段灰?guī)r發(fā)育。

3 光爆參數(shù)設計

選擇合理的爆破參數(shù)是控制光面爆破效果的關鍵，根據(jù)Ⅳ級圍巖性質，以及高速隧道成型要求，采用中長臺階法施工，平行中空孔直眼掏槽，循環(huán)進尺2.5m，為便于機械展開，臺階長度約20m，先進行超前錨管支護，采用爆破法及機械配合開挖，開挖一段支護襯砌一段，及時封閉頂拱。開挖示意圖如圖1所示。

圖1 開挖示意圖

3.1 爆破參數(shù)選擇

本工程Ⅳ級圍巖占隧道開挖全部工程量的89%，Ⅴ級圍巖占11%，Ⅴ級圍巖采用超前小導管支護［5］，人工與機械相配合開挖，Ⅳ級圍巖在整個工程量中占有較大比重，對Ⅳ級圍巖爆破施工研究有較大意義。

炮眼直徑采用d＝42mm。

循環(huán)進尺為2.5m，炮眼利用率0.9%。

炮眼數(shù)目的多少直接影響每一循環(huán)鑿巖工作量、爆破效果、循環(huán)進尺、隧洞成型的好壞。巷道炮眼數(shù)目N，按下式計算：

炮眼數(shù)目與巖石的堅固系數(shù)f有直接關系，巖石的堅固系數(shù)f直接影響炮眼數(shù)量，及炸藥單耗，f系數(shù)越大炮眼布置越多，不同的f系數(shù)等級根據(jù)公式（1）計算，取f＝8試算。

（1）式中N為炮眼數(shù)目；f為巖石堅固系數(shù)；S為開挖面積，82.88 m2。經(jīng)計算：N＝125個。

掏槽眼。掏槽眼的作用是將開挖面上適當部位先掏出一個小型槽口，以形成新的臨空面，為后爆輔助炮增創(chuàng)更有利的臨空面，提高爆破效率。為保證掏槽眼能有效地將石渣拋出槽口，常將掏槽眼比設計循環(huán)進尺加深20cm（鉆孔誤差不大于3cm），并采用孔底反向連續(xù)裝藥，上臺階采用大直徑4個空孔直眼掏槽，下臺階不設掏槽眼。掏槽形式及裝藥結構如圖2所示。

圖2 掏槽及裝藥結構

輔助眼。由于輔助眼的作用是為了進一步擴大槽口體積和爆破量，為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件，所以輔助眼的布置應由內向外，逐層布置，逐層起爆，逐步接近開挖輪廓線?？拙嗳?0～90cm（鉆孔誤差不大于5 cm），眼深2.5m，填塞長度不少于最小抵抗線的80%。

周邊眼。周邊眼開孔在輪廓線內5cm，外插角1°～2°，鉆孔誤差環(huán)向不大于5cm，徑向不大于3cm。周邊孔間距（E）是影響開挖輪廓面平整度的主要因素，一般采用以下經(jīng)驗公式確定［7］。

（2）式中：d為炮孔直徑，d＝42mm。

本工程掘進過程中，遇到的主要是Ⅳ級圍巖。對Ⅳ級圍巖參照有關工程經(jīng)驗，取E為40～50cm。

最小抵抗線即光面層厚度，光面層厚度不僅影響周邊眼間裂紋的形成，而且還影響光面層的破碎和開挖后隧道圍巖的穩(wěn)定。可用公式（3）來計算。

（3）式中Q為光面炮眼的裝藥量；E為炮眼間距；L為炮眼深度；Cp為爆破系數(shù)，相當于單位耗藥量，對于f＝4～10的巖層，Cp值變化范圍為0.2～0.5kg／m3。Ⅳ級圍巖最小抵抗線取50～70cm。

裝藥集中度q可用經(jīng)驗公式（4）計算：

式中：q為裝藥集中度，g／m；Rb為巖石抗壓強度，MPa?？傻弥苓呇垩b藥集中度0.15～0.25kg／m。

底板眼的布置。底板眼的眼底也須落在設計輪廓線內5cm，并與輔助眼、周邊眼的眼底落在同一垂直面上，而且采取較大的炸藥單耗，有利于克服上覆石碴的壓制并起到翻碴作用。底板眼眼間距取60cm，眼深2.5 m，填塞長度不少于最小抵抗線的80%。

隧道開挖參數(shù)。隧道上下臺階炮眼布置如圖3所示。

圖3 隧道上下臺階炮眼布置圖

以下是正常隧道開挖參數(shù)，緊急停車帶隧道開挖斷面稍大（110m2），布孔時參照正常隧道開挖參數(shù)見表1、表2、表3。

表1 光面爆破參數(shù)

表2 上臺階開挖裝藥參數(shù)

表3 下臺階開挖裝藥參數(shù)

3.2 起爆網(wǎng)絡

為使巖石能夠充分的破碎并使由其產(chǎn)生的負效應降到最低，網(wǎng)路采取微差爆破技術，采用1～19段的導爆管雷管進行網(wǎng)絡并聯(lián)連接。限制最大單段起爆藥量，以降低爆破震動，減小沖擊波的影響。起爆網(wǎng)絡：采用簇并聯(lián)網(wǎng)路如圖4所示，每組雷管數(shù)量不超過15發(fā)。

4 爆破安全設計

4.1 爆破地震速度計算

（5）式中：K為相關系數(shù)，取170；Q為單段用藥量＝25.5kg；R為爆區(qū)最近保護物距離，取200 m；a為相關系數(shù)，取1.7。經(jīng)計算：V＝0.13cm／s，見表4。

圖4 起爆網(wǎng)絡示意圖

表4 爆區(qū)不同巖性的K、a值與巖性關系

經(jīng)計算得出的V＝0.13cm／s遠小于《爆破安全規(guī)程》規(guī)定的安全振速范圍，按照此爆破設計施工是安全有效的。

4.2 爆破沖擊波

（6）式中RK為空氣沖擊波對掩體人員的最小允許距離m，RK＝73.6m，為確保安全，沖擊波安全距離設計不得少于100m。

4.3 爆破飛散物安全距離計算

爆破的飛石距離可按下式估算（參照露天爆破飛石估算）

式中：RFmax為飛石的飛散距離m；K為安全系數(shù)，取40；D為藥孔直徑cm。為確保安全，飛石安全距離設置為300m。

5 結語

通過對昌寧高速隧道光面爆破施工應用的實驗研究，我們可以得到以下結論。使用臺階爆破的方法對大斷面的隧道掘進施工是安全有效的施工方法；上臺階爆破是爆破設計施工的重點，Ⅳ級圍巖使用光面爆破的方法在施工過程中利用導爆管雷管的延期效果達到微差起爆的效果，可以減少炸藥爆炸對圍巖的擾動和破壞，大大加強了施工以及后期使用的安全性；光面爆破在應力波和爆生氣體的作用下沿周邊眼產(chǎn)生貫穿裂縫，形成光滑表面。Ⅳ級圍巖半孔率保證在90%以上，炮孔利用率超過90%。爆破斷面一次成型，在合理的設計下減少了超欠挖現(xiàn)象的產(chǎn)生。加快了工程進度，保證了工程質量，降低了施工成本；合理的設計以及較高的鉆眼質量是保證光面爆破效果的關鍵因素，施工中應加強管控，及時反饋信息，優(yōu)化設計施工。

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