光面爆破在阿克塔格山输水隧洞软弱围岩中的应用

时间几乎为零( 因此，我们结合实际情况再次对各项
（!）开挖前，在顶拱 !’%8范围内采用超前管棚法，
参数提出了两点意见：（!）顶拱粉细砂岩洞段在粉细砂 具体措施为：用 ! *% 钢管，间距 *’1#’ -,，长度 %() ,，
岩部位的炮眼采用导爆索连通不装药；（%）减少炮眼装 搭接长度为 )’ -, 沿顶拱 !’%8开挖轮廓线布置，外插
破参数值，其爆破效果：平均超挖 0- $+，无欠挖，顶部
粉细砂岩塌方较大! 根据爆破效果作了分析，整体药
量偏大，周边眼间距稍大! 为此，对各项参数进行了调
整，调整爆破效果：砂质泥岩部 分 平 均 超 挖 "2 $+，基
本上无欠挖，顶部粉细砂岩部位塌落较大! 据此，我们
水利水电技术 第 !" 卷 #$$% 年第 & 期
! 软弱围岩开挖光面爆破与支护应用实例
!"# 工程项目及地质情况简介 !"#"# 工程概况
阿克塔格山输水隧洞是新疆库尔勒城市供水工程 的关键控制性工程! 输水隧洞全长 )!") *+（包括明洞）， 桩号为 ,-.---/,).")-，分为进口和出口两个标段， 其中武警水电第十三支队承建的进口标段长 0!1 *+， 桩号为 ,-.---/,-.1--! 隧洞进口位于新疆生产建设 兵团农二师橡胶厂东南侧! 输水隧洞设计供水流量近 期 #!23 +0 4 5，远期 2!-60 +0 4 5，最小 "!#)0 +0 4 5，按远期
收 稿 日 期 ：!""#$"#$"% 作 者 简 介 ： 杨 忠 满（&’%# — ），男 ，江 西 九 江 人 ，工 程 师(
!"#$% &$’()%*$’ "水+,利-水.电,%(技/(术0$% 1第+!23"+$卷$%3+2#$$4%(5年678第9&(期6:
杨 忠 满 ，等 !光 面 爆 破 在 阿 克 塔 格 山 输 水 隧 洞 软 弱 围 岩 中 的 应 用
! 爆破对围岩稳定的影响及光面爆破作用原理
!"! 爆破对隧洞围岩稳定的影响 隧洞施工爆破对软弱围岩稳定的扰动破坏是十分
明显的，其破坏一般可分为两部分：爆源的近区和远 区，直接的破坏可分为剥落区（周边眼以外围岩被爆落 的范围）和破坏区（裂隙生成及扩展区）；扰动影响区则 主要指存在爆破震动效应的范围(
在装药直径一定的情况下，如使炮眼直径大到某 一数值时，作用在炮眼壁上的爆轰压力 !0 刚好等于周 围岩石的应力值( 这种状态下的不耦合系数称为临界
图 # 光爆孔应力分析示意
两种效应：一是药包爆炸瞬间的冲击效应；二是爆炸气 体膨胀做功的准静态作用!
图 " 为隧洞开挖周边眼示意图，取孔 " 和孔 # 为分 析对象! 两相邻炮眼爆炸后，由于采用不耦合装药结 构，作用于炮眼壁上的最大切向拉应力大大降低，当不 耦合系数达到某一临界值 !$ 时，炮眼周围不出现破碎 圈! 这时，在爆炸气体准静态压力作用下，岩石产生径 向开裂! 两个相邻炮眼应力场在垂直于炮眼中心连线 上任一点 % 处的作用如图 "! "" 与 "# 的应力分量 "#" 与 "##，在相邻孔装药量相等的情况下，大小相等方向相 反，故互为抵消，再加上应力在岩体内衰减，使该方向上 的裂隙生成受到抑制! 在相邻孔连线的垂直方向上，点 % 处的应力叠加（""），产生拉力! 但最大应力则在相 邻两炮眼连线的中点 & 点 ! 的叠加（在岩石弹性限度内， ! ’$" 即应力与应变成正比），使该点受到挤压，而炮眼 顶部又受到围岩的支撑，故侧向应变只能在无支撑的一 面发生! 当 " ("! 时，则产生裂缝，故裂隙产生的主要部 位在两相邻炮眼中心的连线上! 随后，爆炸气体的膨胀 做功使裂隙进一步扩展，形成平整的爆裂面!
此，我们认为在这种围岩条件下该光爆参数是适宜的(
"#$ 支护方案的选择
隧洞开挖后，由于围岩本身易风化、遇水易崩解，如
果不按时进行一次支护，往往发生坍塌( 同时，由于洞身
段同一断面上几种岩层（泥质砂岩、砂质泥岩、砾砂岩、
粉细砂岩）水平分布，层间结合面软弱且夹有 $’1"’ -,
调整值 !"
!)
$%
%
"#
"’
’(!’ !*%药卷间隔装药 短，往往在进行一次支护的过程中
毫秒雷管起爆
发生塌方、掉块，工作极不安全(
确定值 !"
!)
$%
%
##
"’
’(’) !*%药卷间隔装药 "#$#" 改进方案
毫秒雷管起爆
鉴于以上方案仍无法保证工
分析，药量仍然偏大，顶部粉细砂岩无胶结能力，自稳 作面的安全，现场作如下调整(
砂夹粗砂岩为主! #类围岩主要为断层破碎带、粉砂
质泥岩浅埋段片麻岩全风化层!
隧洞进口标段全长共 0!1 *+，其中属于软弱围岩
的$，#类 围 岩 约 为 #!1 *+， 约 占 进 口 标 段 总 长 的
)#!#;，因此，做 好 软 弱 围 岩 段 的 开 挖 ，是 控 制 该 工 程
的工期及经济效益的关键所在!
砂层覆盖；下伏上第三系葡萄园组灰褐色巨厚层粉砂
质泥岩，呈强/中风化状，遇水易软化崩解! 隧洞洞身
围岩为 88/9 类围岩岩层层间裂隙、层间错断较为发
育，岩体表层风化强烈，强风化带厚 0/: +，弱风化带
2/#- +，风化带岩石节理裂隙较为发育，新鲜岩体为块
状结构，致密坚硬! 89 类围岩主要为砖红色巨厚层中
装药结构 起爆方式
网（%’ -,7%’ -,）作为钢挡板，防止 围岩掉块( 但该方案在施工过程中 遇 到 了 困 难 ，在 爆 破 开 挖 后 ，钢 拱
初选值 !"
!#
$%
%
"#
&’
’(!# !*%药卷底部装药 架 安 装 及 钢 筋 网 的 焊 接 需 要 一 定
毫秒雷管起爆
的 时 间 ，而 该 洞 段 围 岩 自 稳 时 间 极
#$
不耦合系数 "1 ( 由以上分析可知：只要选用的炸药合适，不耦合系
数 适 当 ，从 理 论 上 说 ，炮 眼 装 药 爆 破 后 ，围 岩 中 不 产 生 破碎圈或不受到过大的破坏是完全可能的( !"# 光面爆破作用原理
光 面 爆 破 的 破 岩 机 理 是 一 个 十 分 复 杂 的 问 题 ，目 前仍在探索中，尽管在理论上还不够成熟，但在定性分 析方面已有共识( 一般认为，炸药起爆时对岩体产生
工程一次设计与施工! 隧洞设计断面为带反拱的三心
圆 拱 曲 墙 式（也 称 蛋 形 ）断 面 ，隧 洞 开 挖 断 面 尺 寸 %7
&’（0!)3/3!#1)）+7（0!)2/3!""3）+，衬砌后断面 %7&’
0!0 +70!-"0 +! 设计纵坡 ’’" 4 "---!
!"#"! 地质条件
隧洞进口地形平坦，表层为厚 2/"- + 松散洪积砾
水杨利忠水满电，等技!术光面第爆!破"在卷阿克#$塔$%格年山第输水& 期隧洞软弱围岩中的应用
光面爆破在阿克塔格山输水隧洞 软弱围岩中的应用
杨忠满&，周红雨!
（&( 中国人民武装警察部队 水电第九支队，新疆 -/#"&#； !( 湖北省宜昌市水利电力学校，湖北 宜昌 ##/"&"）
!摘 要" 在软弱围岩中实现光面爆破，主要是通过选择正确的光爆参数及合理的支护来实现的! 阿
克塔格山输水隧洞因开挖面积较小，施工中基本采用全断面光面爆破开挖方法，这有效地减少了隧洞超
欠挖，使出渣、回填混凝土工作量均相应减少! 该隧洞施工遵循新奥法施工原理，根据围岩的自稳能力，
一次支护紧跟掌子面，使围岩变形量得到有效的控制，充分发挥了围岩自身的承载能力及其自身的支护
作用，其效果良好!
!关键词" 软弱围岩；光面爆破；支护
中 图 分 类 号 ： )*+#!（!#+）
文献标识码：,
文 章 编 号 ： &"""$"-."（!""#）".$""!.$"/
!""#$%&’$() (* +,((’- .#&+’$)/ $) 01&2 +344(3)5$)/ 4(%2 16%&7&’$() *(4 ’-1 !21’&/1 8(3)’&$) 0&’14 %()719&)%1 ’3))1# 2345 6789:$;09&，6<=> <89:?@A!
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杨 忠 满 ，等 !光 面 爆 破 在 阿 克 塔 格 山 输 水 隧 洞 软 弱 围 岩 中 的 应 用
表 ! 爆破参数
拱架支护，拱架之间用 ! "(# 钢筋
项目
开挖 断面 + ,%
炮眼 个数 +个
炮眼 直径 + ,,
炮眼 深度
+,
周边 眼间 距 + -,
周边眼距 内圈眼间 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ! + -,
装药集 中度 + ./·,0!
破时单位体积耗药量，由试验得出；0 为荷载阻抗系数!
确定参数以理论为依据，通过试验和综合分析对
比，找出最佳值! 具体的方法是，根据岩性和钻孔直径
首先定最小抵抗线 ) 值（即周边眼与内圈眼之间的距
离）和密集系数 *，试爆后观察周边破坏情况适当调整
( 值、) 值和 + 值，试验直到周边效果满意为止!
根据理论分析和工程类比（表 "），首 先 选 择 了 爆
!.+’4&%’：O;88Q7 RG0KQH9: H9 JB0S KACC8A9EH9: C81S BT10U0QH89 70K CBGHBE G0C:BG@ AI89 IC8IBCG@ KBGB1QBE RG0KQH9: I0C0;BQBCK 09E C0QH890G BT10U0QH89 ;BQ78E( ,B10AKB 8D K;0GG KHVB 8D BT10U0QBE KB1QH89K，Q7B QA99BGH9: 70K RBB9 10CCHBE 8AQ AKH9: Q7B DAGG KB1QH89 BT10U0QH89 ;BQ78E( )7HK IBC;HQK BDDH1HB9Q CBEA1QH89 8D Q7B U8GA;B 8D 8UBC RCB0S 09E A9EBC BT10U0QH89，0K JBGG 0K Q70Q 8D CB;8UBE KI8HG 09E R01SDHGGBE 1891CBQB( )7B QA99BGH9: D8GG8JK Q7B ICH91HIGB 8D Q7B 4BJ 3AKQCH09 WBQ78E Q0SH9: H9Q8 0118A9Q Q7B KBGD$KQ0RHGHQ@ 10I01HQ@ 8D KACC8A9EH9: C81S JHQ7 HQK ICH;0C@ KAII8CQ H;;BEH0QBG@ RB7H9E 8D Q7B J8CSH9: KI01B( )7B KACC8A9EH9: C81S 70K 0 189QC8GGBE EBD8C;0QH89 Q8 RB 0RGB Q8 BDDH1HB9QG@ ;0SB Q7B ;8KQ 8D HQK KBGD$RB0CH9: 09E KBGD$KAII8CQH9: 10I01HQHBK( :19 0(45+：JB0S KACC8A9EH9: C81S；K;88Q7 RG0KQH9:；KAII8CQH9:
断面的形状与尺寸、装药结构与起爆方法等有关!
光爆中，炮眼间距 (、最小抵抗线 ) 、炮眼密集系
数 * 与装药密度 + 是相互制约的，它们有下列关系
!) ’（"-/#-）,
#
"* ’ ( 4 ) ’-!:/"!-
#
$+ ’ -!00 - . /# 0
（"）
式中，, 为炮眼直径；- 为炸药换算系数；. 为标准漏斗爆
!"! 开挖爆破方案的确定
阿克塔格山输水隧洞因开挖断面较小，施工中基
本 是 采 用 全 断 面 光 面 爆 破 开 挖 方 法 ， 但 在 桩 号 ,".
)1-/,#."-- 段围岩特别软弱、自稳时间特别短的断层
带采用了预裂爆破方法!
!"$ 软弱围岩段周边孔爆破参数的选择
光爆参数主要与地质条件、炸药品种与性能、隧洞
药量( 经此次调整确定的参数值也列于表 !( 采用确 角 #8，钢管与 %$ ./ 级轻轨钢拱搭接，如图 * 所示(
定值的爆破效果：开挖轮廓平顺，平均线性超挖 !’1%’
-,，顶 拱 在 一 定 的 时 间 内 无 掉 块 现 象 ，残 孔 率 "#’2 ，
局部欠挖不超过 # -,，炮眼利用率达 3’2以上( 据
（&( )7B 48(’ ,C0917 )B0; 8D 3C;BE F8GH1B <@EC8I8JBC )C88IK，LH9MH09: -/#"&#， N7H90 ； !( 2H1709: O1788G 8D <@EC0AGH1 09E PGB1QCH1 P9:H9BBCH9: H9 <ARBH，2H1709: ##/"&"，<ARBH，N7H90）