1、祝源特长隧道 IV 级围岩上半断面光面爆破开挖技术（2008 年第 3 期 总第 107 期）更新时间：2009-02-20 字体：大 中 小 林 明 清(福建省交通建设工程监理咨询公司，福州 )摘 要 本文介绍浦南高速公路祝源特长隧道对 IV 级围岩上半断面开挖采用光面爆破的技术措施。关键词 隧道 IV 级围岩 上半断面 光面爆破 开挖技术1 工程概况祝源隧道位于浦南高速公路浦城县与武夷山市交界处（ZK80+378ZK84+400, 长 4022m、YK80+466YK84+418,长 3952m），是浦城至南平高速公路的最长分离式双洞隧道（左右洞平均长度 3987m）。隧道建筑界限基本宽度
2、行车道 W23.75m；左右侧向宽度： LL0.5m；LR1.0m；检修道：J 20.75m；隧道建筑界限净高：H5.0m，检修道净高：h2.5m。（1） 地形地貌。隧道穿越低山丘陵，穿越前震旦系变质岩区和侏罗统上统火山碎屑岩区，以前者为主。 （2） 地层岩性。隧道穿越前震旦系麻源群变质岩（Pt3）和上侏罗统南园组火山碎屑岩夹火山碎屑沉积岩，局部穿越燕山晚期侵入花岗（斑）岩脉体。隧道围岩为 Pt3 云母石英片岩、变粒岩和 J3n 晶屑宁灰岩，局部花岗（斑）岩，洞身以微风化岩为主，坚硬，较完整，根据岩爆预测研究，属极高初始应力区。（3） 水文地质条件。隧道区内地下水主要有第四系松散岩类孔隙水和基
3、岩裂隙水两大类。2 总体掘进方案（1） 明洞施工：采用明挖法。（2） 暗洞施工：V 级围岩区段，采用“108 管棚+注浆”预支护。在保证安全作业的前提下可采用“ 小导管+注浆”预支护。开挖采用留核心环形开挖，人工挖掘或弱爆破开挖。（3） 级围岩地段采用半断面正台阶开挖法，并配合钢拱架初期支护、超前锚杆等措施防止坍塌，按新奥法原理组织施工。（4） 全隧道、级围岩均采用光面爆破开挖。（5） 、级围岩地段采用全断面开挖。3 IV 级围岩上半断面光面爆破主要参数的选择为了获得良好的光面爆破效果，必须对爆破参数进行设计。我们做法是：根据以往的隧道施工光面爆破经验结合理论计算基本确定光面爆破主要参数，再通
4、过多次开挖试验，调整和确定最佳爆破参数。光面爆破主要参数为：（1） 单孔装药量：Q=d12L0/4式中，Q 单孔装药量， g；0炸药密度， g/cm；L炮孔深度，cm；装药直径为 d1 的装填系数，可由下式计算：=(EWeEL)/( eE)L其中， 岩石抗剪强度，Pa；e岩石抗拉强度，Pa。（2） 周边孔间距：E=(818)D40 70cm，视岩石的坚硬程度而定，对于坚硬岩石取小值，对于软质或完整性好的岩石取较大值。本工程岩石较坚硬，抗压强度达 25MPa 以上，故周边孔间距取低值，E=40cm 。（3） 最小抵抗线 W 一般取 5090cm，根据岩石性质及地质结构进行调整，岩石坚硬，最小抵抗
5、线就小；岩石松软、破碎，最小抵抗线就大；间距抵抗比 E/W 取 0.8 为宜，则最小抵抗线 W 取值为 50cm（参见图 1）。图 1 周边孔参数（4） 炸药装填系数可采用下列关系式：d1(L1+L2)0/4=d2L10/4式中，L1，L2 分别为药卷长度及间隔空气柱长度，mm；d1药卷的直径，cm。则装填系数：T=L1/(L1+L2)=(d1/d)2 确定了单孔装药量后，根据装填系数就能进行间隔装药。（5） 合理的起爆顺序。各层炮间的起爆时差在某个限值内时，爆破效果最好，常采用时差为 40200ms 的微差爆破，要求周边眼必须采用同段雷管同时起爆，并尽可能减少雷管的延期时间差，如使用高精度迟
6、发雷管或用导爆索作为孔内传爆等。4 IV 级围岩上半断面光面爆破祝源隧道双洞 IV 级围岩共约 800m，岩体节理发育，岩石较硬并有少量裂隙水。这些地段采用密眼浅孔，振动装药爆破。上下断面微台阶掘进，上半断面从起拱线开始 5.2m，超前下断面 2030m，形成台阶，上半断面采用光面爆破，而下半断面采用预裂爆破。上半断面钻孔与装药在开挖平台上进行，用 YT-28 型风动凿岩机钻孔，钻头直径分别为 25mm和 40mm，钻杆长度为 22.5m，循环进尺为 1.8m，钻孔深度 2.0m；下部台阶循环进尺为 2.2m，钻孔深度 2.5m，使用 2 号岩石炸药，用国产 II 系列非电导爆导雷管起爆。本隧
7、道 IV 级围岩硬度较高，E 取 40，W 取 50，则 E/W=0.8。通过开挖试爆，光面爆破效果最佳的钻孔装药参数组合如表 1 所示。表 1 钻孔装药参数组合表4.1 钻孔控制（1） 放样布眼（参见图 2）：钻眼前，用激光准直仪定位，经纬仪、水平仪、钢尺相配合，准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置。（2） 定位开眼：采用钻孔台架或风动凿岩机钻眼，轴线与隧道轴线保持平行，就位后按钻眼布置图钻孔。（3） 钻周边眼时必须做到“准、直、平、齐” ，即定形周边眼在轮廓线上位置，保证光爆面与设计轮廓面重合。隧道边墙显然无法紧贴设计面钻凿光爆孔，且其有一定的外插角。祝源隧道的实践证明：只要外插角
8、控制在 5以内，在光爆孔以后稍加清理即可钻凿下一循环的光爆孔。施工中考虑到钻孔高度和上部岩石开孔困难，特设计钻孔架子，并使上面的光爆孔角度略微偏上，而且在上一孔图 2 IV 级围岩上半断面钻孔布置示意图（单位：cm）内插竿子来控制下一钻孔的钻凿方向，爆破后观测表明各光爆孔与光爆面的偏差在 10以内，残留的光爆孔呈扇形散开，扩大了光爆面的面积。4.2 钻孔参数（1） 炮眼布置及孔深：炮眼布置顺序是掏槽孔扩槽孔 周边孔底板孔内圈孔 掘进孔。内圈孔应比掘进孔密一些，比周边孔稀一些。以上钻孔深度均为 2m，计划进尺 1.8m。 （2） 掏槽孔：采用单临空孔直眼掏槽形式，临空孔直径 70mm（单孔不装药
9、），掏槽面积 110cm110cm，孔数 12 孔，药卷直径 22mm，每孔装药量 0.63kg，装药集中度 0.315kg/m，装药系数 81%，不偶合系数为 1.82（参见图 3）。图 3 掏槽孔示意图（3） 扩槽孔：扩槽孔 8 孔与掏槽孔间距为 35cm，采用 2 号岩石标准药卷（32mm）集中装药，装药集中度为 0.6kg/m，装药系数 66%，每孔装药量 1.2kg 装药集中度 0.6kg/m。（4） 掘进孔：掘进孔 49 孔距内圈孔的排距 65cm，掘进孔间距为 80105cm 不等，每孔装药量 1.5kg，装药集中度为 0.75kg/m，装药系数 82.5%，采用 2 号岩石标准
10、药卷（32mm）集中装药，其不偶合系数为 1.14。 （5） 内圈孔：内圈孔 38 孔，距周边孔的排距为 50cm，内圈孔之间的间距为 50cm。每孔装药量 0.9kg，装药集中度为 0.45kg/m，装药系数 49.5%。采用 2 号岩石炸药标准药卷（32mm）集中装药，其不偶合系数为 1.14。（6） 底板孔：底板孔 19 孔，孔间距为 80cm，装药系数 80%，每孔装药量 1.52kg，装药集中度 0.76kg/m。由于底板有水，采用 32mm乳化炸药小药卷集中装药。钻底板孔时，必须将孔位周围的浮渣和工作面上的松动岩石清除掉，将钻机尽量调低钻孔。底板孔钻好后用木塞子临时堵塞，以免掉进杂
11、物。（7） 周边孔。 周边孔 52 孔，间距 E=40cm，周边孔密集系数（间距抵抗比） K=E/W=0.8（E 为孔距，W=50cm，为最小抵抗线长度）。 周边孔距内圈孔 50cm，周边孔装药集中度取 0.21kg/m。 为减小对围岩的扰动，取直径 d=22mm 的药卷进行间隔装药，不偶合系数为 1.82。炸药采用 2 号岩石炸药小药卷每孔装药量 0.42kg。实施时，为缩短洞内装药时间，可在洞外预先将爆破药串按设计加工好。4.3 装药技术本隧道采用低猛度、低爆速炸药和实现不偶合装药。为了消除或减小围岩的破坏，采用低猛度、低爆速、低密度与传爆性能良好的炸药（如 2 号岩石小药卷直径 22 m
12、m），对于实施光面爆破是十分必要的。同时其爆速猛度、密度也有较大的改善，在使用中基本达到炮孔利用率和周边孔半孔率的质量要求。装药前必须清孔，用小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑（粉）刮出吹净。光面爆破装药技术采用弱装药技术，装药时把药卷捆绑在导爆索上并用竹片固定，这样能保证光爆药卷正确定位于光爆孔内（保证间隔装药精度），同时把竹片靠近要保护的围岩一侧也能显著改善爆破效果（参见图 4）。其他炮孔采用直径 32mm 普通炸药或 35mm 的二号岩石硝铵炸药药卷进行集中装药，按照炮眼设计图确定的装药量自上而下、分片分组进行，雷管对号安设，所有炮眼按要求用炮泥堵塞，堵塞长度不小于 20cm。图 4 周
13、边孔光面爆破装药示意图4.4 起爆顺序按设计联结起爆网络。起爆网采用复式网络，以充分保证起爆的可靠性和准确性。光面爆破要合理选择各炮孔起爆次序，如果次序不合理或雷管的段别小，就不能取得满意的爆破效果。本工程选用雷管段别是 115 段，各类孔别所用雷管段别是：掏槽孔用 16 段，扩槽孔用 7 段，掘进孔用 812 段，内圈孔用 13 段，底板孔用 14 段，周边孔用 15 段。从掏槽孔开始，按照雷管段数从小到大从截面中心往外一层一层起爆，最后是周边孔，根据设计的网络及爆破顺序进行起爆。5 光面爆破效果祝源隧道从 2006 年 2 月底进洞至 2007 年 4 月 8 日右洞贯通止（2007 年
14、8 月 11 日左洞贯通），历时一年至一年半，施工表明光面爆破效果较好，主要体现在：（1） 爆破后两侧围岩稳定，无大块体岩石剥落和坍塌。（2） 平均线性超挖量不大于 10cm，最大线性超挖量为 15cm。（3） 半边炮孔痕迹保存率高，不低于 85%。（4） 局部欠挖量不大于 12cm。（5） 炮孔利用率 90%以上。（6） 渣堆集中，石渣最大块径约 50cm，最大抛距不超过 15m。（7） 采用光面爆破开挖，新奥法施工的优势得到完全体现，围岩自身的承载力得到充分的发挥，经喷锚拱架支护后未出现坍塌事故。6 施工体会（1） 隧道爆破施工采用光面爆破，能很好地控制开挖轮廓，减少对围岩的扰动，开挖得到
15、的围岩面光滑，超、欠挖少。（2） 光面爆破的各项设计参数应随围岩及地质状态的不同进行适时的调整，以保证爆破开挖效果。尤其是在最小抵抗线的取值上，在不同的围岩中应预留不同的值，以保证开挖面的准确。（3） 光面爆破中周边眼尽量选用爆速低、猛度小的炸药，降低爆炸对围岩面的扰动、破坏作用。（4） 不同装药结构对爆破开挖的效果影响很大，连续装药和不连续装药情况下爆破的松动范围有很大的不同，连续装药对围岩的松动圈会加剧，所以在爆破中尽量采用不连续装药，且相邻炮孔的装药位置错开，以保证爆破的均匀性。（5） 对装药炮孔进行堵塞，可延长爆炸气体的作用时间，提高炸药能量利用率。同时用炮泥堵塞炮孔，可以降低每孔的单
16、位用药量，并能获得较好的爆破效果，消除以往爆破中出现的“挂门帘” 的现象。（6） 爆破时差和爆破顺序对爆破效果的影响是巨大的，在光面爆破中应合理设计爆破时差，起爆时严格控制爆破顺序，以达到预期的效果7 结束语采用光面爆破开挖对围岩扰动小，开挖轮廓线较好，开挖面较平整，有利于控制超欠挖的产生，减少浮石的塌落，提高施工效率和降低喷射砼喷补数量，围岩自身的承载力得到充分的发挥，因此，光面爆破技术被广泛地推广和应用。但是，光面爆破设计中各项参数的取值，往往是针对某种围岩岩性来考虑的，而实际施工中往往在同一开挖断面内，有多种岩性的岩体交互存在，而且相邻断面间软、硬岩交互，位置又随岩体走向发生变化，这种变化多种多样，往往给爆破参数的取值带来一定困难，即使通过现场试验也难以囊括。解决这一问题的办法，只有靠有经验的爆破人员根据现场实际情况和经验来判断，随时对各项参数进行适时调整，以便取得最好的爆破效果。参考文献1 史雅语等著 .工程爆破M.北京：中国科学技术出版社，20022 李祖伟，袁勇主编 .特长公路隧道建设工程技术.北京：人民交通出版社，2007
