鄭春銘

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司 黑龍江 哈爾濱 150006）

0 引言

隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，隧道機械化、標準化作業(yè)是新時代安全、環(huán)保和人文的基本要求，而光面爆破的施工效果成為提升隧道施工水平、保證工程質(zhì)量和降低施工成本的有效手段，是杜絕紅線問題、降低安全風險、改善作業(yè)環(huán)境、提高施工功效的必然途徑。

1 工程背景

本文依托杭溫隧道群金山隧道，全長4516m，進口位于永嘉縣楓林鎮(zhèn)，出口位于沙頭鎮(zhèn)；設計為單洞雙線隧道，線間距5.0m，最大埋深506m；其中Ⅱ、Ⅲ級圍巖占隧道比例的88%，Ⅱ級圍巖采用全斷面法，Ⅲ級圍巖采用臺階法，隧道內(nèi)存在斷層、侵入巖界線、節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)。

2 光面爆破施工方案

2.1 光面爆破設計

爆破設計參數(shù)調(diào)整原則：一是周邊孔小孔距大排距；二是輔助孔大孔距小排距[1]；三是掏槽孔5-6-7 原則，即第一豎排57°而后每增加一排增加10°。通過調(diào)整排距控制巖石大小，孔間凹凸通過炸點數(shù)量調(diào)整。

2.1.1 周邊孔

減少周邊眼兩孔之間的裂隙連通距離，能夠使開挖輪廓面更加平順，有利于光面爆破效果的提升，但無限減小增加鉆孔數(shù)量將延長作業(yè)時間，通過將周邊眼間距（35cm、40cm、45cm、50cm）多次調(diào)整對比，根據(jù)輪廓面超欠挖、作業(yè)時間、炮眼痕跡保存率效果，最終確定周邊眼間距40cm。

2.1.2 抵抗線

最小抵抗線過大，產(chǎn)生大塊或留底根；最小抵抗線過小，則在反射波作用下，可能導致圍巖破壞嚴重，影響光爆效果和圍巖的穩(wěn)定性[2]。針對現(xiàn)場圍巖情況和爆破效果，通過光爆層厚度50cm、55cm 和60cm 對比試驗，最后選擇最小抵抗線W=50cm。

2.1.3 底板孔

為保證邊墻與底板的拱腳處不欠挖，避免補炮，將底板眼兩排調(diào)整為三排，同時加強拱腳炮眼裝藥密度，確保光爆一次到位。

2.2 爆破參數(shù)

優(yōu)化后爆破參數(shù)如下：周邊孔間距40cm，環(huán)向共70 個孔，與二圈輔助孔排距50cm，輔助孔間距80cm，共73 個孔，第一列掏槽孔距輪廓線320cm，共36 個孔，底板眼間距120cm，共10 個孔，合計189 個孔；每循環(huán)進尺3.0m，鉆孔深3.5m，鉆桿5.0m。通過優(yōu)化每循環(huán)炸藥量由360kg 降低至297kg，導爆管由284 個降低至245 個，導爆索由334m 降低至261m，每循環(huán)爆破器材成本由最初的5149 元降低至4247 元，折合平均每延米爆破材料成本為1416 元。

圖1 爆破參數(shù)圖

2.3 周邊眼裝藥結(jié)構

通過公式計算單孔裝藥量，= ×（0.2～0.3）kg/m， 為裝藥量；L 為孔深。周邊眼用導爆索連接，1～2 個整支（0.30m/支）和3 個三分之一支藥卷（0.1m/支）；采用竹片輔助間隔裝藥，用導爆索進行串聯(lián)起爆；其它炮眼連續(xù)裝藥，均采用反向裝藥結(jié)構，起爆藥卷先裝入，采用非電毫秒雷管起爆。

圖2 周邊眼裝藥結(jié)構圖

2.4 周邊孔外插角控制[3]

外插角的控制是機械化光爆施工的難點，外插角過大會造成孔底超出輪廓線過多，相鄰兩排炮的炮茬過大，隧道超挖明顯，圍巖平整度變差。周邊眼外插角控制主要采用鉆機緊貼巖壁，利用長鉆桿鉆孔兩種方式進行控制。

第一循環(huán)周邊孔測量畫4m 長紅線做參照，鉆孔時對應紅線做平行參照，嚴格按炮孔位置鉆孔，保證鉆孔垂直度和平行度，后每一循環(huán)參照上一循環(huán)的殘留炮孔平行。

圖3 長鉆桿鉆孔/鉆機緊貼巖壁控制錯臺

2.5 人員設備配備（表1）

表1 全斷面開挖人員設備配置表

2.6 施工過程控制

2.61 測量放樣

施工前對掌子面炮孔進行精確放樣，根據(jù)圍巖情況和爆破設計，結(jié)合地質(zhì)情況，周邊眼用紅油漆標記；在拱頂距掌子面4 米范圍內(nèi)畫中心線作為基準線，以確保炮孔沿隧道中心線鉆孔。

圖4 拱頂畫中心線平行鉆孔長鉆桿鉆孔

2.6.2 精確鉆孔

對周邊孔實行“定人、定崗、定位置”，開挖工嚴格照定位點精確鉆孔，周邊孔要達到“準、直、平、齊”的標準。

(1)“準”：孔位要準確；(2)“直”：各炮孔應垂直于工作面，先以拱頂孔為方向打好起拱處拱腳孔，插上炮桿，作為邊墻各孔的方向線；(3)“平”：各炮孔互相平行，平行于中線；(4)“齊”：調(diào)整各炮眼深度，使孔底落在同一斷面上。采用長鉆桿鉆孔，鉆機緊貼巖壁，控制錯臺。

底板鉆孔采用小爬梯[4]，通過爬梯提供水平作用反力，減小風動鑿巖機的鉆桿與水平面的夾角，減少隧道底板超挖量，保證施工質(zhì)量。

2.6.3 裝藥和連線

周邊眼采用竹片輔助間隔裝藥，用導爆索進行串聯(lián)起爆；其它炮眼連續(xù)裝藥，均采用反向裝藥結(jié)構，起爆藥卷先裝入，采用非電毫秒雷管起爆。

周邊眼：使用導爆索連接，1 個整支（0.30m/支）和4 個三分之一支藥卷（0.1m/支）；

輔助眼：采用5～6 個整支藥卷（0.30m/支）在孔底連續(xù)裝藥；

掏槽眼：7～8 個整支藥卷（0.30m/支）在孔底連續(xù)裝藥；

底板眼：7～8 個整支藥卷（0.30m/支）在孔底連續(xù)裝藥。

2.6.4 起爆

起爆順序：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。

2.6.5 超欠挖測量

利用3D 掃描儀及時對隧道進行初支斷面檢測，檢測結(jié)果及時反饋項目部和施工現(xiàn)場。建立超欠挖處理復核驗證機制，對檢測問題及時糾偏，做到閉合管理。

2.7 光面爆破實施效果

采用3D 斷面掃描儀進行斷面掃描（見圖5），直觀查看隧道超欠挖情況，二級圍巖平均線性超挖控制在13～20cm、兩炮銜接臺階最大尺寸控制在22cm 內(nèi)、炮痕殘留率達93%、炮眼利用率達95%，光爆質(zhì)量均達到評定標準。

圖5 3D 斷面掃描圖

噴射砼成本高，在光爆輪廓較好且圍巖穩(wěn)定噴射砼圓順的前提下，盡量減少初支噴射砼厚度，采用單價較低的襯砌砼進行超挖回填，還可以增加襯砌砼的厚度。通過對砼耗用量進行分析，初支噴射砼用量由設計量的188%降到135%～145%；底板墊層砼用量由設計量的210%降到140%；二襯砼用量為設計量的131%，總體砼平均超耗量為38.7%，每延米砼超耗成本3273 元/m。

表2 光爆線性超挖和仰拱砼超耗統(tǒng)計表

表3 光爆線性超挖和二襯砼超耗統(tǒng)計表

表4 全斷面光爆超挖量統(tǒng)計表

圖6 光面爆破效果圖

3 結(jié)束語

通過時時動態(tài)控制預留變形量+精確的斷面控制+細到炮眼的考核制度控制，目前光面爆破平均線性超挖能夠控制在10cm 以內(nèi)，混凝土回彈量為設計量的1.9 倍（未算超挖回填設計量）和0.4%～0.6%倍（含超挖回填設計量），極大的減少了噴射混凝土和襯砌混凝土用量，降低成本；同時降低了超挖、欠挖處理的時間，提高了施工效率；良好的光面爆破，使隧道壁受力均勻，有效避免塌方，保證施工安全；混凝土表面平整，降低了防水板背后脫空幾率，提高了工程質(zhì)量，降低了后期缺陷整治的成本。