高朋飛 劉陽春 傅菊根

(1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院；2.安徽江南爆破工程有限公司)

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瑯琊山隧道軟弱圍巖爆破施工技術(shù)

高朋飛1，2劉陽春2傅菊根1

(1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院；2.安徽江南爆破工程有限公司)

根據(jù)軟弱圍巖的特點，分析了隧道爆破掘進(jìn)對軟弱圍巖穩(wěn)定性的影響。以瑯琊山隧道爆破施工為工程實例，給出了軟弱圍巖爆破施工參數(shù)的選取方法，以此保障了施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全，為類似工程爆破參數(shù)的選取提供了參考。

軟弱圍巖 隧道爆破 技術(shù)參數(shù) 施工保障

公路、高鐵、物流廊道等工程施工過程中常需要穿越山體、地下結(jié)構(gòu)，隧道開挖是常見的施工方法。在隧道施工過程中，經(jīng)常會遇到軟弱圍巖等不良的地質(zhì)情況，軟弱圍巖隧洞的施工質(zhì)量不僅影響著隧洞的穩(wěn)定性，還會影響隧道施工安全和工程進(jìn)度[1-2]。

1 爆破對圍巖穩(wěn)定性的影響分析

隧道爆破開挖后，巖體中形成了一個新的自由面，而原來處于高應(yīng)力作用下的軟弱圍巖，會向新的自由空間產(chǎn)生位移，圍巖的自穩(wěn)能力不斷減弱[3]。在反復(fù)多次爆破應(yīng)力波的擾動下，圍巖的變形速度會進(jìn)一步加快，巖體進(jìn)一步損傷，而軟弱圍巖本身的膠結(jié)程度差、節(jié)理程度高，可能會出現(xiàn)掉塊和塌頂現(xiàn)象。

隧道施工過程中超欠挖在所難免，但是由于軟弱巖層本身具有巖面結(jié)合程度較差、黏結(jié)力弱等特點，在開挖時更易造成超欠挖。通過提高鉆孔精度，選擇合適的單耗、周邊孔線裝藥密度以及裝藥結(jié)構(gòu)，可以減少對圍巖的振動和破壞，減少超欠挖[4-5]。

2 瑯琊山隧道概況

瑯琊山隧道是滁淮高速公路的控制性工程，為分離式隧道，采用削竹式洞門，公路等級為雙向四車道，設(shè)計時速120 km/h。隧道內(nèi)主要地質(zhì)有粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化千枚狀頁巖、中風(fēng)化千枚狀頁巖、強風(fēng)化硅質(zhì)頁巖、中風(fēng)化硅質(zhì)頁巖等。具體參數(shù)如表1所示。

3 爆破施工方案

根據(jù)所穿巖層的賦存條件和巖石性質(zhì)選擇施工方案，Ⅳ級圍巖采用上下斷面正臺階開挖，Ⅴ級圍巖采用正臺階環(huán)形留核心土開挖[6]。

表1 隧道長度及圍巖參數(shù)

遵循新奧法施工原理，加強對施工現(xiàn)場的監(jiān)控、量測，確保開挖安全順利進(jìn)行。

3.1 炮孔布置

(1)周邊炮孔。采用工程類比法，優(yōu)化調(diào)整炮眼間距：E=(8～12)d(d為炮眼直徑)，抵抗線：W=(1.0～1.4)E。

(2)掏槽孔。采用雙楔形掏槽，每對掏槽孔間距0.2～0.6m，孔底間距0.1～0.2m。掏槽孔與工作面夾角為55°～75°，本工程兩排炮孔間距0.3 m。

(3)輔助孔。本工程取90 cm，施工中可做適當(dāng)調(diào)整。

(4)周邊孔。為減少對圍巖的擾動，采用光面爆破，周邊孔間距一般為30～60 cm，本工程取50 cm，周邊孔爆破時采用不耦合裝藥，并同時起爆，確保爆破質(zhì)量。

3.2 炮孔數(shù)計算

(1)

式中,n為炮孔數(shù)目，n取120～150個；f為巖石普氏系數(shù),上下斷面正臺階開挖取f=10，正臺階環(huán)形留核心土開挖取f=8；S為巷道掘進(jìn)斷面，m2。

正臺階環(huán)形開挖將斷面分為環(huán)形拱部、上部核心土、下臺階三部分，在有自由面的前提下，下臺階爆破參數(shù)可參考淺孔臺階爆破參數(shù)，以減少炮孔數(shù)目。Ⅴ級圍巖段開挖炮孔布置如圖1所示。

圖1 Ⅴ級圍巖段開挖炮孔布置(單位：cm)

3.3 單孔裝藥量

周邊眼單孔藥量

(2)

其他各部位炮眼裝藥量

(3)

式中,Qk為單孔裝藥量，g；di為炸藥直徑，cm；β為光面爆破炮眼填裝系數(shù)，取0.6；L為炮眼深度，cm；ρ0為炸藥密度，g/cm3；q為單孔裝藥量，g；K為裝藥密度，g/cm3；α為炮眼間距，cm；w為抵抗線，cm；λ為炮眼系數(shù)，掏槽眼λ=3，輔助眼λ=2。

3.4 爆破器材選擇

隧道爆破采用巖石乳化炸藥，周邊光爆孔采用φ25 mm的小藥卷，用導(dǎo)爆索連結(jié)各藥卷，其他炮眼采用φ32 mm標(biāo)準(zhǔn)藥卷，采用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管(1～11 ms段)。

4 其他爆破安全措施

(1)正臺階環(huán)形留核心土開挖和上下斷面正臺階開挖法施工時，注意控制核心部分和下臺階邊緣孔的裝藥量(采用少裝藥或分層裝藥)，以免支護在爆破時破壞。

(2)炮孔堵塞可以提高炸藥的能量利用率，堵塞長度不小于20 cm，堵塞材料采用炮泥(組分為砂∶黏土∶水=3∶1∶1)。

(3)圍巖強度不同，爆破效果也不同，施工時要進(jìn)行試爆，取得可靠合理的爆破參數(shù)。

(4)隧道爆破掏槽孔采用正向起爆，其他炮孔采用反向起爆，可得到較好的巖碴塊度。

5 結(jié) 語

針對軟弱圍巖在鉆爆施工過程中出現(xiàn)大的擾動、變形、掉塊的問題，改進(jìn)了爆破方法，通過逐步調(diào)整，選擇出針對軟弱圍巖的相對合理爆破施工參數(shù)。通過在瑯琊山隧道的工程實踐，證明該技術(shù)方案是合理的，該隧道在施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面達(dá)到了預(yù)期的要求。

[1] 關(guān)寶樹．隧道工程施工要點集[M]．北京：人民交通出版社，2003．

[2] 朱永全．隧道工程[M]．北京：中國鐵道出版社，2005．

[3] 劉書廣，費維水．施工爆破對隧道圍巖的擾動分析[J]．交通世界，2006(8)：73-76．

[4] 鄧顯平．隧道超欠挖的影響因素及控制途徑[J]．公路交通科技，2009(1)：5-6．

[5] 萬姜林，關(guān)寶樹．鉆爆法隧道控制超欠挖技術(shù)研究[C]∥中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程學(xué)會第七屆年會暨北京西單地鐵車站工程學(xué)術(shù)討論會議論文集(上).北京：中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程學(xué)會，1992：302-307．

[6] 鄒樹梅，王勝勇．軟弱圍巖控制爆破設(shè)計與施工[J]．工程力學(xué)，2000(S1)：742-750．

2016-09-02)

高朋飛(1989—)，男，工程師，碩士，232001 安徽省淮南市田家庵區(qū)舜耕中路168號