铜锣山隧道全断面开挖法钻爆设计

(中铁十八局集团有限公司，重庆 400700)

1 工程概况

重庆轨道交通六号线二期工程铜锣山隧道位于重庆市南岸区，隧道进洞口在南岸区竹林湾附近，线路出刘家坪高架站后以隧道形式穿越铜锣山向上新街车站延伸，与轨道交通六号线一期工程起点相接。

隧道起点里程YDK5+825，钻爆法开挖段里程为YDK8+561，终点里程为 YDK11+458．373，全长钻爆法施工长度为2 897．373 m，隧道最大埋深371 m，最小埋深50 m。洞身线路先以28‰的下坡入洞，随后是4‰的上坡及18．296‰的下坡。

2 钻爆设计

开挖施工中严格坚持“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测”的原则进行开挖施工。

根据现场的地质和施工条件，敞开段暗挖隧道采用光面爆破开挖。

2．1 爆破参数的选择

采用理论计算方法、工程类比法与现场试爆相结合的办法确定爆破参数，提高隧道开挖成型质量和施工进度，但要保证各项参数符合安全生产的规定。

光面爆破参数见表1。

1)隧道开挖爆破参数的选择如表2所示。装药量设计如表3所示。

2)炮眼计算及布置。炮眼按药卷装填逐节密贴不加捣实估算炮眼数目公式如下:

其中，N为炮眼数目，个;q为单位炸药消耗量，kg/m3;S为导坑断面积，m2;r为药卷每米重量;a为装填系数;K为炮眼富余系数。

炮眼布置图见图1。

3)光面爆破效果检查。残留炮孔痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布。炮孔痕迹保存率:完整岩石在80%以上，完整性差的岩石不少于50%，较破碎和破碎的岩石不少于20%。

表1 光面爆破参数参考表

表2 隧道开挖爆破参数选取表

图1 全断面开挖炮眼布置图

2．2 炮眼布置

按浅密原则对炮眼进行布置，要使有限的装药量均匀地分布在被爆破体中，就要控制单眼的装药量，同时还要采取一定的措施降低爆破时的震动强度，这时最有效的方法就是采用非电毫秒雷管不对称起爆网络。

2．3 爆破控制

借助于经验公式:Qm=R3(Vkp/K)3/a，设计以质点振动波速度限值1．5 cm/s作为控制标准，进行爆破控制。其中，R为安全控制半径，是指地面建筑物基础底部至爆源中心的距离。

表3 全断面爆破装药参数表

2．4 爆破监测

地面洞内均需配合爆破震动监测，根据监测情况及时调整爆破参数，达到爆破要求。

2．5 爆破器材的选择

根据微震爆破的特点，选用乳化炸药。雷管:孔外采用电雷管起爆，连接件及孔内均采用非电毫秒微差雷管(1段～17段)。导火索及导爆索:电雷管引爆，周边炮眼间隔装药采用传爆线传爆。

2．6 Ⅲ，Ⅳ级围岩爆破参数确定

1)炮眼深度L。

本爆破设计的炮眼深度主要受爆破地震动强度控制，设计炮眼深度根据爆破部位不同进行调整。

2)炮眼数目N。

本爆破设计炮眼直径采用φ42 mm。Ⅲ，Ⅳ级围岩炮眼数目确定为128个。

3)炮眼布置。

a．周边炮眼。采用经验公式和工程类比法确定。间距:E=(8～12)d(d为炮眼直径)，设计为隔孔装药，炮眼直径42 mm。本区间Ⅲ，Ⅳ级围岩(钻爆段)周边眼间距确定为45 cm～50 cm，均能满足E值及W值要求。抵抗线:W=(1．0～1．5)E。类似工程地质的装药集中度:q=0．1 kg/m～0．15 kg/m，根据本区间围岩级别情况，Ⅲ，Ⅳ级围岩装药集中度确定为0．15 kg/m。

b．掏槽眼。一般情况下，掏槽爆破的震动强度比其他部位炮眼爆破时的震动强度都要大，而所有的形式中，楔形掏槽的震动强度最小。因此，从掏槽效果及减小震动强度等方面综合考虑，本爆破设计采用空眼三层复楔形混合掏槽。

c．掘进炮眼。当炮眼直径在35 mm～42 mm的范围内时，抵抗线W与炮眼深度有如下关系式:W=(15～25)d或W=(0．3～0．6)L，根据以上关系式，本区间Ⅲ，Ⅳ级围岩(钻爆段)抵抗线间距确定为0．85 m，能够满足W值要求。

2．7 开挖爆破设计及验算

1)结构稳定性分析。

隧道爆破施工:根据爆破震动及监测数据进行优化设计，确保既有隧道结构安全，可以确保支护结构及施工机械设备安全。对于硬岩地段爆破采用分两部进行，这样可大大降低最大段装药量，减轻爆破震动影响，同时确保隧道开挖超欠挖在允许范围之内。

2)药包参数确定。

孔深确定:L=0．3D ～0．5D，Ⅲ，Ⅳ级取 2．5 m。周边光爆孔或预裂孔孔网确定:根据 a/w=0．8～1．0原则确定，一般 a=40 cm～60 cm，Ⅲ，Ⅳ级取45 cm～50 cm;w=50 cm～80 cm。

3)线装药密度确定。

依据区间设计围岩情况，本段Ⅲ，Ⅳ级围岩线装药密度q取0．19 kg/m。施工时若围岩变化较大，可适当增加或减少q值。

4)掘进孔孔网参数确定。

掘进孔孔网根据单孔装药量负担面积确定:

其中，Q单为单孔装药量;q为单耗;l为孔深;a为孔距;w为抵抗线;S为炮孔负担面积。

5)单耗确定。

单耗根据类似经验确定，Ⅲ，Ⅳ级围岩周边眼取0．15 kg/m。断面开挖取 0．9 kg/m3～1．5 kg/m3。

6)起爆顺序和延期时间。

起爆顺序:掏槽孔→辅助眼→周边孔;延期时间:一般掏槽孔段间延时差为50 ms～75 ms，确保抛碴2 m。

2．8 合理段间隔时间的选择

根据有关试验资料表明，后段的起爆应在前段爆破卸载后开始，即每段起爆的间隔时间应大于岩石从炸药爆轰到开始移动这一段时间。

但是，每段起爆间隔不宜太长，试验结果表明，掏槽爆破段时间间隔以50 ms～75 ms为宜，后续炮眼的间隔段时间受爆破器材条件限制，只能逐段进行安排。

2．9 爆破有害效应验算

由于爆破过程中部分炸药能量转化为地震波，同时产生一定飞石、冲击波，影响建筑物、机械设备及生命财产的安全，务必对其安全情况进行校验，采取严格的防范措施加以保护确定爆破安全。

1)地震效应计算。

经计算本工程最大段装药量为19．8 kg，即 Qmax=19．8 kg。V⊥=k×(Q1/3/R)a，取 k(地震系数)=150，a=1．6(衰减系数一般取 1．5 ～ 1．8)，R=50 m 时，V⊥=150 × (19．81/3/50)1．6=1．41 cm/s≤1．5 cm/s(设计要求不得高于 1．5 cm/s)。

表4为不同距离范围内震动指标，可据此进行安全防范。

表4 不同距离范围内震动指标

从表4可以看出，对于本工程爆破作业爆破半径大于50 m，均在安全要求范围内，当爆破半径小于50 m内有建筑物时，采用小进尺(循环进尺1 m)降低最大段用药量，保证震动指标符合设计要求。

2)爆破冲击波超压的影响。

由于隧道施工方向为水平，而隧道洞室爆破均在地下，因此爆破时对洞口周围建筑不会造成影响。

3 结语

通过此钻爆设计开挖有效解决了常规爆破最大段装药量过大问题，避免垂直震速超过设计值(1．5 cm/s)，既保证周边建筑物、机械设备及生命财产的安全，又保证工程进度。

［1］王 伟，程 鹏，杨慧琳．西山隧道洞身开挖爆破设计方案［J］．山西建筑，2010，36(29):327-328．