公路隧道软弱围岩开挖

控制爆破技术在公路隧道软弱围岩开挖中的应用

姜永源

(福建省第一公路工程公司泉州：362000)

摘要：本文从控制隧道掘进爆破产生的震动效应以减轻爆破震动对软弱围岩的扰动出发，介绍软弱围岩钻爆法施工的爆破设计方法和爆破参数的选定以及在实际施工中推广使用的情况。

关键词：公路隧道、软弱围岩、控制爆破。

一、引言

公路隧道修建中每座隧道或多或少会遇到软弱围岩，而软弱围岩严重影响着隧道的施工进度、施工安全及营运安全，并能产生病害。把控制爆破技术应用至大断面公路隧道软弱围岩的开挖施工中，对开挖进度、爆破方式进行合理控制，并根据围岩性质的改变和量测的数据及时对爆破数据进行调整，达到减少对围岩的扰动，维护围岩的稳定，确保施工安全，实现大断面掘进，提高隧道施工速度有着极为重要的意义。本文结合南同公路深格隧道工程实例，对隧道施工中软弱围岩开挖爆破进行探讨分析。

二、工程概况：

1、工程概况：

南安至同安公路地处南安市与厦门市同安区两辖区的边缘带，线路从南安市翻越深格山岭进入同安境内，设计将翻越山岭段改为隧道，以此改善线型缩短线路长度。该路段线路长为2.218km，其中隧道长1.713m。隧道为单洞双向行车，建筑限界为净宽10.5m、净高5.0m、纵坡+2.5%，设计荷载汽-20，挂-100。

2、工程地质与水文地质概况：

该路段区域属剥蚀残丘地貌单元，山岭陡峻，山体自然坡度为40～60°，谷底的堆积物为冲积层组成，隧道区段地层组成为中生代燕山早期花岗岩侵入活动的产物，以中粗粒花岗岩为主，呈强风化至弱风化状，多分布于隧道进口端。其次是侏罗纪南园阻凝灰岩和第四纪的沉积物，凝灰岩覆盖于花岗岩上部，呈强风化状，多分布于隧道出口端。隧道区域山体地表水有四条水沟汇成一起由东向

西流，与隧道走向平行且均位于隧道之上，地下水以基岩的裂隙水为主，受季节影响变化明显。 3、施工方法：

根据工程地质勘察报告提示：隧道区段围岩类别为Ⅱ～Ⅳ类，为控制围岩变形，确保安全施工，我们采取大断面开挖，以减少分块开挖，达到减轻对围岩的扰动，控制围岩的变形，提高围岩的自承力。施工方法采用正台阶法开挖，自行式整体液压钢模板衬砌台车灌注砼。 三、控制爆破设计

至今仍很难用一个公式精确表示，通常采用下面

公式概括表示： 震动速度，Q —装药量，R —距爆破点的距离，K 、ａ、β路隧道钻爆法开挖来说，要考虑的主要因素有：

a 、隧道断面较大，一次爆破需用炸药量较多，因此要设法减少炸药用量来降低震动速度；

b 、国内目前生产的毫秒雷管段数较少，一次爆破用药量大，就会使段装药量大而使震动速度增大，必须采取措施增加毫秒雷管段数。

c 、掏槽眼只有一个临空面，比相同装药量的其它炮眼产生较强的震动速度，所以应选择合理的掏槽形式；

d 、一次爆破进尺和开挖断面面积是影响炸药用量的主要因素，为降低炸药用量要控制眼深和选择合理的开挖方法；

e 、炮眼是否堵塞影响炸药用量和爆破效果，不堵塞将使炸药用量增加和爆破效果不佳，为控制炸药用量，施工要做好炮眼堵塞。

根据公路隧道断面大特点和影响爆破震动强度的因素，软弱围岩隧道施工采用大断面钻爆法开挖，其关键技术是控制爆破对围岩的扰动，把控制爆破技术应用于软弱围岩开挖施工，其目的是降低爆破震动强度、减少对围岩的扰动破坏，维护围岩自身的稳定性，实现大断面掘进、提高施工进度，达到较好的轮廓成形。为此，隧道开挖控制爆破是对拱部采用光面爆破、边墙采用预裂爆破、核心采用控制爆破、掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破方法。 1、开挖方法的选择：

在软弱围岩隧道施工时，选择开挖方法，应以安全为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面尺寸、施工机械、工期的可行性。同时还应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成失误和增加不必要临时措施的投资。施工方法宜以大断面少分块的方法，以减少对围岩的扰动。Ⅱ～Ⅲ类围岩地段施工，围岩虽然软弱，但整体性较好，自稳时间较长的地质条件下，可采用半断面微台阶法开挖。当围岩整体性较差，自稳时间短的情况下，可采用长台阶法开挖。根据本工程地质勘探资料揭示，隧道区域地质变化较大，为此开挖方法采用微台阶法，以适应围岩变化时施工方法的调整。

2、开挖进尺确定：

软弱围岩隧道循环进尺的长短，对维护围岩自身的稳定起着至关重要的作用。开挖进尺长造成支护不及时易造成开挖面坍塌，开挖进尺过短影响支护，工序干扰大，进度缓慢。因此，开挖进尺应谨慎对待，应根据围岩类别、机具设备、进度等要求合理确定，以保持各工序相互衔接，均衡施工。开挖进尺可按下式估算：

L max＝0.8h max+tg(45°-Φ/2)/[2×(1+tgΦ)]

L max－一次循环开挖最大进尺

h max－最大开挖高度(m)，Φ－岩体内磨擦角。

按上式根据实际地质条件计算的开挖进尺，应满足施工技术规定要求，在软弱岩质中，进尺控制在1～2m之内为宜。

3、爆破参数选定

⑴、炮眼数估算：

炮眼数的多与少影响着爆破效果以及开挖进度，正确确定炮眼数目是取得良好爆破效果和提高掘进速度的重要条件之一。进行爆破设计时炮眼数量可以采用总装药量与单个炮眼装药量之比计算即：

N=（K·S）/（n·r）

式中：N—炮眼数目（个），采用光面爆破炮眼应增加10%～20%左右。

K—单位耗药量（kg/m3），应按岩体抗压强度，开挖断面大小及开挖部位不同而有所区别，一般可按爆破规程的参考值选用。见表一

表一软弱围岩爆破炸药单耗Ｋ取值

S—开挖面积（m2）

n—装药系数：按爆破规程参考值选用软弱围岩的炮眼平均装药系数在0.2～0.4范围内选取。

r—线装药密度：按实际使用药卷直径参照爆破规程参考值选用。见表二

表二线装药密度r值表（kg/m）

⑵炮眼深度L：软弱围岩隧道开挖采用钻爆法施工时，一般应采用浅眼爆破，控制一次爆破的总用药量，以控制爆破对围岩的扰动。炮眼深度通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼比掘进眼深10%～20%左右。

⑶、炮眼布置：

应先布置掏槽眼，再按光爆规则布置周边眼，然后是底板眼、内圈眼，最后布置掘进眼。通常内圈眼应比掘进眼密一些，比周边眼稀一些，其间距为周边眼间距的1.5倍左右，抵抗线为间距的0.7倍左右。底板眼爆破时负荷较大，应比掘进眼适当加密，稀密程度可与内圈眼相近。

①、周边眼参数：

a、周边眼间距E；一般可根据技术规范中光爆诸参数表的参考值选用（见表三），或根据经验公式计算，即E=（8～12）d（d为炮眼直径）cm。