两种爆破方式在隧道开挖中的应用

谢俊源

(福建民化建设工程有限公司，福建 龙岩364000)

1 工程概况

坂尾隧道位于龙岩市新罗区苏坂镇,全长4 149 m,为双线隧道,线间距4.4 m。 隧道开挖宽度最大13.72 m,开挖高度11.58 m,开挖面积138.49 m2。

坂尾隧道洞身穿越围岩主要为第四系坡残粉质黏土,进口施工长度2 074.5 m,为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩。 隧道Ⅴ级围岩总长188 m,占隧道总长的9.1%;Ⅳ级围岩300 m,占隧道总长的14.5%。 Ⅳ级围岩采用三台阶开挖法施工,Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法。 初期支护采用型钢拱架+锚网喷支护,二次衬砌紧跟。 爆破中,以Ⅳ级围岩为例,采用普通装药和不耦合间隔装药两种方式进行爆破效果对比,以便在后期大面积施工时选用更好的爆破施工方案。

2 普通爆破

坂尾隧道Ⅳ级围岩爆破分为上台阶爆破、中台阶爆破、下台阶爆破和仰拱爆破,以上台阶爆破为主分析不同的爆破方式和爆破参数下的爆破效果。其中,上台阶高度为4 m,宽度为12.37 m。

2.1 普通爆破方式参数

普通爆破方式采用斜孔掏槽,连续装药,上台阶爆破的具体参数见表1。

表1 上台阶爆破参数表

2.2 爆破效果

通过对多组爆破参数适当调整,爆破后,爆后轮廓成型不平整,超挖明显。 爆破结果对照情况见表2,爆后效果如图1 所示。

表2 爆破结果对照表

图1 普通爆破爆后局部拍摄效果

3 光面爆破

3.1 光面爆破方法

虽然Ⅳ级围岩很破碎,但是考虑到爆破对围岩的扰动太大时不利于岩石的稳定,故按照光面爆破进行设计,力图对围岩的扰动降到最低,为顺利施工打下基础。 爆破采用间隔装药,控制炸药量,控制好起爆顺序,提高爆破效果[1-2]。

3.2 上台阶孔网参数

隧道拱圆弧周长为15.56 m,每4 个周边孔导爆索由1 发毫秒延期导爆管雷管连接,爆破采用直径32 cm 的2 号岩石乳化炸药,普通导爆索,雷管为7 m 毫秒延期导爆管雷管。

3.2.1 炮孔深度的确定

炮孔深度根据下述3 种情况考虑选定。

1)采用斜眼掏槽时,炮孔深度不宜过大,当岩石为Ⅳ级时,根据岩石性质和开挖安全性降低孔深。

2)利用每一掘进循环的进尺数及实际的炮孔利用率来确定。

3)按每一掘进循环中所占时间确定。

掏槽孔应加深10 ～20 cm,以保证其他炮孔能充分发挥效能。 底眼应加深5 ～10 cm,且应多装药。 炮孔的孔底均位于爆破开挖面底部同一断面。

3.2.2 辅助孔的布置

辅助孔的布置主要是解决炮孔间距和最小抵抗线的问题,抵抗线为炮孔间距的60% ～80%,并在整个断面上均匀排列。

3.2.3 周边孔的布置

光面爆破开挖根据地质条件、开挖断面、开挖进尺和爆破器材等条件设计。 原则如下:

1)根据隧道的围岩特点合理选择周边孔间距及周边孔的最小抵抗线。

2)光面爆破实施时,根据不同的岩石情况采用不同的装药结构。

3)在施工时严格控制钻孔的倾斜角度,光面爆破孔的外插角不超过图2 所示的尺寸界限。

图2 周边光面爆破孔的钻孔布置

4)采用塑料导爆管非电微差系统起爆,周边孔采用导爆索同时起爆。

3.2.4 装药结构

装药采用间断装药,导爆索连接炸药,雷管引爆导爆索。 具体装药结构如图3 所示。

图3 光面爆破装药结构

3.3 炮孔布置原则

1)先布置掏槽孔,其次是周边孔,最后是辅助孔。 掏槽孔布置在开挖面中央偏下部位。 为爆出平整的开挖面,除掏槽孔和底部炮孔外,所有掘进孔孔底应在同一平面。 按照设计的钻孔布置图布孔,特别是掏槽部分的钻孔不能随意改变炮孔位置、倾角和深度。 周边孔通常按设计的孔距从顶板中心开始向两侧布置,而其他炮孔可以根据设计的孔距、排距均匀布置,必要时可以增加炮孔,但不得随意减孔。 具体爆破参数见表3。

表3 光面爆破爆破参数

2)周边孔应严格按照设计位置布置炮孔,在断面拐角处也应布置炮孔。 为满足机械钻孔需要和减少超欠挖,设计周边孔位置应考虑0.03 ～0.05 的外插斜率,并使前后两排炮孔的衔接台阶高度最小。此高度一般要求为10 cm,应不大于15 cm[3]。

3)当炮孔的深度超过3 m 时,靠近周边孔的内圈辅助孔应与周边孔有相同的倾角。

4)当岩层层理明显时,炮孔方向尽量垂直于层理面。 如节理发育,炮孔应尽量避开节理,以防卡钻和影响爆破效果[4-5]。

3.4 爆破效果

光面爆破后,在爆后围岩壁面上无明显新生裂痕,断面轮廓成型较圆顺规整,围岩稳定。 岩石无欠挖,基本无剥落现象,大块危石浮石少,光面效果较好。 爆破结果对照情况见表4,爆后效果如图4所示。

表4 爆破结果对照表

图4 光面爆破后周边局部拍摄效果

4 两种爆破方式对比

1)普通爆破方式爆后形成不平整轮廓面,超挖明显,但施工方法灵活机动,特别适应在单次进尺小的高级别岩石中爆破。

2)光面爆破可使轮廓成型规整,光滑平顺,减少隧道超欠挖,减少对隧道围岩的扰动,有利于围岩的稳定,是一种高效的爆破方法。 但对周边钻孔、装药技术要求较高。 在岩石爆破施工中,单次开挖尺度较小时,虽然满足立拱架工艺,但是如果拱架与开挖面预留距离太小,依然不能满足钻机钻孔位置的要求,有时仍然需要机械辅助开挖。

3)隧道爆破时,应根据不同的岩石性质,合理采用爆破方法,适时调整装药方式和装药量,有助于提高爆破效果,提高施工质量。