隧道光面爆破施工工法

石灰岩地区隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩

光面爆破施工工法

中铁十九局集团第三工程有限公司葛育松梁岩张国辉张洪敏

一、前言

在工程爆破技术中，隧道爆破占有重要地位，这不仅是因为隧道爆破价格昂贵，而更重要的是爆破成功与否，直接影响着隧道安全、支护类型及投资。从一些事故调查中可知，隧道塌方落石所造成的人身伤亡事故，都直接或间接与隧道爆破技术有关。迄今为止，隧道爆破在国内还没有一套较为系统的设计理论和方法，隧道光面爆破技术也未得到大力推广和应用，因此进一步提高和发展隧道爆破技术意义重大。我单位一直把隧道光面爆破技术作为一项研究课题，组织专人攻关，经过广大技术干部几个月的不懈努力，现已掌握了石灰岩地区隧道Ⅲ级、Ⅳ级围岩光面爆破施工技术，并获得各级监理、业主、设计单位等专家的认可。我单位承建的新建武广铁路客运专线XXTJV标坪土隧道Ⅲ级、Ⅳ级开挖均采用光面爆破法，对保护围岩、减少超挖、节约投资具有很大意义。

坪土隧道位于广东省韶关市境内，隧道进口里程DK1904+649，出口里程DK1908+556，隧道全长1907m，隧道洞身最大埋深约115m。该隧道主要以灰岩夹泥质灰岩为主，节理发育岩体较破碎，隧道围岩主要有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。受断层的影响，岩溶发育，易造成大规模涌泥、涌水和突水。

二、工法特点

采用光面爆破对周围岩石扰动小，能够有效控制“超、欠挖”，施工质量能够得到很好的控制，满足设计及验收标准的要求。

施工工艺完善、简便。

采用本工法施工进度稳定。

三、适用的范围条件

本工法适用于石灰岩地区隧道开挖施工。

主要围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级。岩质主要为：

下伏石炭系下统灰岩、角砾状灰岩局部夹有炭质页岩、灰岩夹泥质灰岩、下伏石炭系下统石蹬子组灰岩、弱风化；石炭系下统岩关阶灰岩、下伏石炭系下统灰岩、泥质条带灰岩、钙质页岩、粉砂岩和石英砂岩。

四、施工工艺流程

（一）施工工艺原理

施工中主要采用的开挖施工方法为爆破法开挖，爆破施工过程中严格控制装药量，减少炮轰波对围岩的扰动，达到爱护围岩的目的。采用YT28型风动凿岩机钻眼，非电毫秒雷管微差起爆。

周边眼采用φ25mm小直径药卷间隔装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。爆破材料采用1～17段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm直径），富水地段采用乳化炸药，厂制炮泥堵塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。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由有经验的爆破工程师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。

（二）施工工艺流程图

（三）施工顺序

测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。

钻爆采用YT28型风动凿岩机，凿岩台车钻孔作业：固定人员司钻，固定部位孔眼，严格控制外插角和周边眼间距。在拱部周边眼钻孔完毕后，利用装药平台进行装药联线作业。

（四）钻孔技术要求和质量标准

1、钻孔要做到“准、顺、平、齐”。

准：按周边孔参数要求，孔位要选准；

顺：侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；

平：各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；

齐：孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。

2、保证钻孔质量措施：光爆钻孔时，由爆破设计技术员统一指挥协调行动，认真实行定人、定位、定机、定质、定量的“五定”岗位责任制；分区按顺序钻孔，避免相互干扰、碰撞、拥挤；固定钻孔班，以便熟练技术，掌握规律，提高钻孔的速度和准确性。

按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，塑料导爆管起爆网络联接采用复式联接网路。炮孔孔口采用炮泥堵塞，炮泥由炮泥机加工成型。

（五）钻爆设计

1、炮眼布置原则

（1）掏槽眼：正洞Ⅲ级围岩采用中空直眼掏槽，为保证掏槽钻眼精度，掏槽位置选择在隧道中线偏下的位置；正洞Ⅳ级围岩采用斜眼掏槽。

（2）周边眼：根据光面或预裂爆破选定的周边眼间距，严格控制外插角以减少超欠挖。

（3）内圈眼：内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼的孔距稍大于周边眼抵抗线（w）。

（4）辅助眼：掘进炮眼，其炮孔间距，视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎程度的要求等因素而定，一般取0.65～1.2m，岩石坚硬取小值，反之取大值。

（5）底板眼：底板眼沿开挖轮廓底线布置，并适当增加药量起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。

2、装药结构与堵塞

（1）根据不同炮眼直径和不偶合系数选择不同的药卷。各级围岩炮眼直径和药卷直径的选择具体见后附钻爆设计图和装药参数表。周边眼采用间隔装药。岩石很软时，可采用导爆索起爆。

（2）装药后用黄泥或聚氯乙烯、聚乙烯等薄膜加工的专制水袋装满水后充当炮泥放在炮孔中对炮孔进行堵塞，炮眼堵塞长度不少于30cm。

（3）周边眼起爆方法

采用导爆索起爆。

（4）起爆顺序

掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。

（Ⅲ级围岩光面爆破炮眼布置图见图1；装药结构见图2）

图3 Ⅳ级围岩正台阶开挖光面爆破炮眼布置图

光面爆破成功与否，不仅取决于孔网参数的设计和装药量及结构，更重要的是布

孔的正确与否和钻孔偏差的大小。现在无论哪种类型的钻机在钻周边光爆孔时，都有2°～4°的偏角、仰角或俯角，这样实际上无法形成完整的平面，易导致超挖。这种超挖随着一次爆破进尺加深而增大，如偏角为4°时，每进尺1m则超挖7cm，每进尺2.5m 则超挖17.5cm。正确做法是采用所谓的“欠挖法”布孔，即测量布孔时，按欠挖5cm 左右布孔，这样可以最大限度地减少超挖量。

光爆孔的炸药最好采用小药卷，并按一定间距捆扎在导爆索和竹片上做成炸药串装入炮孔，通常在竹片底部捆扎1/2～1条直径32mm～35mm的药卷作为起爆药和底部装药。在装药过程中，为了保证内圈孔爆炸时不破坏光爆孔内的药串，药串上的竹片不能露出孔口外，且内圈孔的堵塞长度不得小于炮孔间距的80％。邻近光爆孔的内圈孔装药也很重要，内圈孔所受夹制较大，在爆破中如果装药量过大，这些孔爆破时所产生的裂缝，可能扩展到最终形成的断面以外，因此对内圈孔进行仔细均衡装药非常重要。