隧道光面爆破技术应用研究

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　　光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。本文根据新柏崖头隧道的工程地质情况，选择合理的爆破参数，结合施工实际遇到的具体问题，介绍了光面爆破技术在隧道工程施工中的运用及所起到的积极作用。
　　关键词：光面爆破参数选择施工技术
　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
　　
　　
　　近年来，在高速发展的铁路建设中，在多山地区，隧道工程施工就变成一个重要的组成部分。而且隧道工程相对桥梁、路基、站场工程来说有它的特殊性：一般地质条件都比较复杂而且很难预测，完工后隐患不易察觉，这就必须在施工过程中控制好每道工序，严把质量关。因此，如何科学的根据现场隧道地质条件，确定详细爆破施工方案，合理设计隧道开挖的爆破参数，对提高工程质量以及线路贯通运营后的安全具有要重要意义。本人就太兴线新柏崖头隧道施工为例，介绍隧道光面爆破技术应用研究。
　　新柏崖头隧道工程概况
　　隧道位于山西省太原市剥蚀侵蚀中山区，地势陡峻，植被较好，地面标高888～1260m以上，相对高差约370m，隧道出、入口处均位于石灰岩层。隧址处工程地质条件较好。隧道全长1310m的单线电气化铁路隧道。隧道最大埋深约347m。隧道进口端位于R=2000m的缓和曲线上，出口端位于直线上，隧道设置人字坡，坡率依次分别是9.8‰，3.0‰，-3.4‰。
　　二． 光面爆破的特点
　　光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断面开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
　　光面爆破方案的确定
　　目前，铁路隧道光面爆破施工有两种方法：一种是预留光爆层法；一种是全断面一次性开挖法。
　　根据施工现场洞口DK21+435-DK21+450段为Ⅳ级围岩的实际情况，为了不破坏洞口围岩的稳定性，同时考虑爆破飞石的影响，开挖采用台阶法施工，进洞后的Ⅱ、Ⅲ级围岩均采用全断面一次性开挖法。
　　由于新柏崖头隧道Ⅱ级围岩占隧道全长95%以上，以下主要以Ⅱ级围岩为主阐述全断面光面爆破施工。
　　柏崖头隧道选用的是2号岩石乳化炸药，由于其不含任何单位炸药和有毒物质，爆速值高，炮烟少，药物形态较硬，不粘手，抗水性强，且在有效期内指标变化幅度远较同类产品少小，具有良好的爆炸性能。
　　
　　
　　图1掘进炮眼布置及掏槽眼剖面示意图
　　
　　
　　图2 全断面法开挖炮眼布置示意图
　　爆破方案设计
　　（一）爆破参数选择
　　光面爆破受多种因素影响，包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，现场围岩地质结构千变万化，爆破参数进行现场设计动态调整。同一类围岩经试爆取得的技术参数，做为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。
　　严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。
　　在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。
　　（1）光爆层厚度（B）
　　光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落， 光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制大，光爆层厚度可以小些，光爆层的厚度与岩石的性质和构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。
　　（2）周边眼密集系数
　　周边眼密集系数K是周边眼间距（E）与光爆层厚度（B）的比值，是
　　影响爆破效果的重要因素。
　　K=E/B
　　为了加快施工进度, 新柏崖头隧道采取减少打眼的数量, 周边眼间距大一些,但在炮眼密集系数不变的情况下, 最小抵抗线也要增大, 由此导致周边眼装药量的增加, 造成炮眼周边局部岩石扰动过大, 影响围岩的稳定。鉴于隧道开挖断面约45㎡, 跨度不大, 光爆孔所受岩石夹制作用较大。中硬岩光爆孔间距E取52 cm , 最小抵抗线W 取60 cm，光爆孔密集系数K 取0.87。
　　（3）装药量计算
　　光面爆破装药量的计算，只要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法取得或从同类工程中选取。
　　q=QaB
　　式中q——装药量集中度，kg/m;
　　Q——单位体积耗药量，Kg/m3³；
　　A——周边眼间距，m
　　B——光爆层厚度，m
　　通过现场试验和施工经验数据，用计算法校核，确定q=0.15～0.25kg/m.
　　(4)装药结构和起爆方式
　　光面爆破采用不耦合装药,炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。根据隧道围岩性质和经验, 新柏崖头隧道不耦合系数取1.25, 即炮眼直径40 mm , 装32 mm 的药卷。
　　（5）光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼。采用多段微差起爆（由内向外）。主爆区使用非电毫秒雷管。光爆层的光爆眼用导爆索一次同时起爆。
　　
　　
　　
　　
　　
　　（二）装药量分布及光面爆破参数表（如下表）
　　单线Ⅱ级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配表
　　
　　
　　
　　五、施工技术及工艺要求
　　（一）放样布眼
　　钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。
　　（二）钻眼要求
　　掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。
　　辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于5cm。
　　周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm；周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距，误差不得大于5cm；炮眼深度超过2.5m时，内圈眼与周边眼宜采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后，方可装药爆破
　　（三）炮眼布置要求
　　1.先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。
　　2.周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

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