提高隧道循环进尺深度的施工技术

提高隧道循环进尺深度的施工技术

中铁十四局二公司向莆铁路项目部赵冬岩

摘要在隧道光面爆破中，爆破参数的选定决定着每一掘进循环的钻眼工作量、出碴工作量、循环时间以及施工组织，对掘进速度、围岩的稳定性和断面超欠挖也有重大影响。在优质、安全、节约施工的前提下，合理的爆破参数能够提高光面爆破效果，防止爆破面以外围岩过大的松动，减少繁重支护，避免过大的超欠挖，又能增大一次进尺深度，获得最佳的掘进速度。

关键词爆破参数一次进尺深度掘进速度

1.工程概况

尤溪隧道位于福建省三明市尤溪县境内,为双线无砟轨道铁路隧道，隧道全长12974米,设斜井两座辅助施工，我单位承建尤溪隧道出口（DK375+856～DK382+644)和溪口尾斜井两个作业工区，长度6788m，其中尤溪隧道出口采用无轨运输，独头掘进距离长，通风困难，围岩以花岗岩为主，因此，提高光面爆破效果以增大一次进尺深度，是提高质量和经济效益的关键。

2.工程难点

尤溪隧道出口段围岩多以Ⅱ级花岗岩为主，岩石坚硬、完整，爆破参数选择直接影响着爆破深度，本章重点解析增大一次性进尺深度的爆破方法及其应用。

3.光面爆破的基本原理

实现光面爆破，就是要使周边炮眼起爆后优先沿各孔的中心连线形成贯通裂缝，然后由于爆炸气体的作用，使裂解的岩体向洞内抛散。

4.光面爆破的主要参数及技术措施

确定合理的光面爆破参数，是获得良好的光面爆破效果的重要保证。光面爆破的主要参数包括周边眼的间距、光面爆破层的厚度、周边眼密集系数、周边眼的线装药密度等。

4.1适当加密周边眼

周边眼孔距适当缩小，可以控制爆破轮廓，避免超欠挖。孔间距的大小与岩石性质、炸药种类、炮眼直径有关，一般为E＝（8～18）d（ E为孔距，d为炮眼直径）。施工中采用φ42钻头，故E＝（8～18）42≈34～76㎝。现场地质为花岗岩，岩体完整坚硬，经过对多次爆破效果及炮眼痕迹保存率的分析，决定尤溪隧道出口段施工中Ⅱ级围岩孔距选为40cm

4.2合理确定光面爆破层厚度

所谓光面爆破层，就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。光面爆破层的厚度（W）就是周边眼的最小抵抗线。通常以周边眼密集系数K表示周边眼的间距（E）与光面爆破层厚度（W）的关系，表示为K=E/W。爆破过程中，必须使应力波在两相邻炮眼间的传播距离小于应力波至临空面的传播距离，即E＜W，所以K是小于1的变量，根据国内外大量工程实践的经验，通常取K=0.8左右，光面爆破层厚度（即最小抵抗线）一般取50～90cm。尤溪隧道出口段围岩为花岗岩且完整坚硬，不利于爆破，理论上应减小光面爆破层厚度，经过多次试验，选定Ⅱ级围岩的光面爆破层厚度为W=E/K=40/0.8=50cm。

最小抵抗线示意图

4.3合理用药

用于光面爆破的炸药，既要有较高的破岩应力能，又要消除或减轻爆破对围岩的扰动，所以宜采用低猛度、低爆速、传爆性能好的炸药。但在炮眼底部，为了克服眼底岩石的夹制作用，应改用高爆速炸药。周边眼的装药量通常以线装药密度表示。线装药密度是指炮眼中间正常装药段每米长的装药量。适当的装药量既要具有破岩所需的应力能，又不造成围岩的破坏。施工中应根据孔距、光面爆破层厚度、石质及炸药种类等综合考虑来确定装药量。通常中硬岩线装药密度q=0.2～0.3㎏/m，软岩取q=0.07～0.15㎏/m，考虑到尤溪隧道出口段地质为完整坚硬花岗岩，稳定性好，所以适当增大线装药密度。由于施工中选用的是φ32㎜的岩石炸药，威力相对较大，故取q=0.25㎏/m。为减小残眼长度，底部必须装一整节药卷并用炮杆捣实，以提高炮眼利用率。

4.4采用小直径药卷不偶合装药结构

为提高炮眼利用率，增大开挖一次进尺，在装药结构上，宜采用比炮眼直径小的小直径药卷连续或间隔装药；此时，药卷与炮眼壁间留有空隙，称之为不耦合装药。炮眼直径与药卷直径之比称为不耦合系数。在尤溪隧道出口段施工中，炮眼直径选用φ42㎜，药卷直径选用φ32㎜，不耦合系数D=42/32=1.31。对于较深的炮眼，宜采用间隔装药。若采取连续装药，炸药多集中在底部，爆破后炮眼底部的介质破碎，而炮眼上部因药量不足，容易出现大块，对出渣运输造成影响，所以施工中采用不耦合间隔装药。在炮泥的选用上，为方便施工，可以将炸药箱纸箱用水浸泡后封堵炮口充当炮泥。

1、导爆索；2-引爆药卷；3-竹片；4-封堵炮泥

4.5保证光面爆破眼同时起爆

根据工程特点和要求，尤溪隧道出口段施工采用安全的电雷管引爆导爆管的起爆系统，它包括三个组成部分：起爆元件，传爆元件和末端工作元件。起爆系统的工作过程是：采用电流首先起爆电雷管，从而使传爆元件中的导爆管起爆传爆，当导爆管传爆到连接块中的传爆雷管时，雷管起爆，再引起周围的导爆管起爆和传爆，这样连续传爆下去，使所有炮眼炸药起爆。根据测定，各炮眼的起爆时差超过0.1s时，就同与单个炮眼爆破。使用即发雷管与导爆索起爆是保证光面爆破眼同时起爆的好方法，同段毫秒雷管起爆次之。

根据上述的爆破方法选定的合理的爆破参数，很好地提高了尤溪隧道出口段光面爆破效果。但在施工中一度出现J3D少斑中细粒花岗岩。此花岗岩异常坚硬、完整，采用前期的爆破参数，很难达到较好的掏槽效果，掏槽深度严重不足。由于掏槽深度对整个断面进尺具有决定作用，为增大一次性进尺，对掏槽炮眼布置进行改良，增加了二次掏槽，取得了良好效果。

5.增大一次进尺深度的掏槽眼参数

5.1掏槽方式

楔形掏槽的优点是可以按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，容易把岩石抛出，而且所需掏槽眼的个数较少，，从而减少了作业时间考虑到围岩的整体性好，爆出的临空面比较平整，掏槽眼的角度比较好控制，所以施工中尤溪出口采用楔形掏槽。

5.2掏槽原理及用药量

掏槽眼的作用是将开挖面上某一部位的岩石掏出一个槽，以形成新的临空面，为其它炮眼的爆破创造有利条件。掏槽炮眼一般要比其他炮眼深10-20cm，以保证爆破后开挖深度一致。在施工中增加掏槽眼，由原来的单排竖向6～7个，增加为竖向9～10个，同时在掏槽眼内侧增加一组掏槽眼，与第一组掏槽眼梅花型错开，使掏槽分2次爆破，有效的保证了掏槽深度，及围岩破碎程度，考虑到尤溪隧道出口段地质为完整坚硬花岗岩，稳定性好，装药长度