大断面隧道爆破设计与改进

王 轶

(中交一航局，天津 300000)

0 引言

花石隧道采用的是新奥法原理，上下台阶法开挖，开挖爆破中炮眼的布置间距较小，炮眼平行，通过控制每个炮眼的装药量，选用私密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，得以控制爆破作用的范围和方向，借此减少超挖、欠挖和支护的工作量，增加岩壁的稳定性，减少爆破的震动作用，进而达到控制岩体的开挖轮廓。爆破结束后可以更加有效地与混凝土和锚杆支护相配合。

1 工程概况

新建兰渝铁路六标段花石入口隧道所处位置，地形西高东低，起伏较大。地面高程约在615 m～1 284 m，相对高差约669 m，隧道最大埋深约630 m。隧道进口位于四川省广元市朝天区花石乡小湾子头村，施工里程为DK478+765～DK481+750，长度为2 985 m，纵坡依次为6‰，13‰，12.8‰的单面下坡。

隧道采用新奥法开挖，上下台阶法作业，上台阶开挖断面74 m2，下台阶开挖49 m2，以炭质千枚岩和板岩为主。岩体较破碎，节理、裂隙较发育。现以风化破碎的千枚岩段(f=4～6)为例进行分析。

2 爆破设计

1)根据月计划计算炮眼深度进行炮眼深度的设计。

其中，l为炮眼深度;L为每月工作进度，m;N为每月工作日，d;n为每天完成循环数;η1为正规循环率(每月实际完成的循环个数与计划循环个数的百分比，应不小于90%);η2为炮眼利用率。

2)炮眼直径。

依据我们选用乳化炸药的密度和爆速，以及围岩的单轴抗压强度，并结合以往的施工经验选择2.0的不耦合系数，选用的乳化炸药的直径为200 mm，钻杆的直径为200 mm，钎头的直径为400 mm，炮眼直径为400 mm。

3)炮眼数目(N)。

其中，N为炮眼数目;q为单位炸药消耗量，kg/m3;s为巷道掘进面积，m2;m为每个药卷长度;η为炮眼利用率，0.85～0.9;α为平均装药系数，0.5 ～0.7，掏槽眼取 0.7 ～0.8;p 为每个药卷的重量，kg。

经过计算上台阶炮眼计算数目为136个。

炮眼数目初定后，经试排，确定数目，经过n个循环实践调整、优化，最终确定炮眼数目。

4)工作面炮眼的布置。

主要有以下几类:掏槽眼:在工作面上最先爆破，形成第二个自由面的一组炮眼。周边眼:在井巷工作面为控制掘进断面周边轮廓而钻凿的一组炮眼。辅助眼:在掏槽眼和周边眼之间钻凿的炮眼，使大量岩石崩落的一组炮眼。

a.选择掏槽方式。

根据现场的实际情况，围岩性质，决定采用楔形掏槽，与工作面夹角55°～75°，每侧眼间距取300 mm～500 mm，眼底比其他炮眼深200 mm，眼底距200 mm，采用楔形掏槽，掏槽面积大;爆破效果好;雷管段数少;利于全断面一次爆破。由于在断面大时不约束炮眼的施作，尤其适合大断面的隧道的开挖。

b.确定周边眼距，辅助眼和底眼眼距，以及最小抵抗线。

查找《爆破工程实用大全》，结合花石隧道的围岩性质，初步确定周边的眼距为600 mm，底眼的眼距为800 mm。辅助眼的眼距为700 mm，最外层炮眼距离设计线为150 mm。

c.分配各种炮眼装药量(见表1)，再验算单位炸药消耗量。

表1 炮眼排列及装药量表

d.装药结构和起爆顺序。

采用不耦合装药，且采用空气柱间隔装药的方式。起爆顺序是:掏槽眼，辅助眼，帮眼，顶眼，底眼。

3 实际爆破过程中出现的问题

进行了爆破作业的初步设计后，我们通过现场的实际操作进行检验，按照动态管理的思想，从组织、管理、经济、技术的角度去实施纠偏。

在隧道开挖进行了一段时间后我们发现了以下问题:

1)隧道开挖的超欠挖现象突出，开挖面不整齐。

2)炮眼的利用率低，最低的时候仅为55%，开挖状态不均衡，有时候的炮眼利用率能达到90%。

3)爆破的岩块不均匀。

4)炮工打眼时炮眼定位不准确，不进行系统的定位，打眼作业非常随意。

5)掌子面开挖凹凸严重，十分的不平整。

4 解决措施

4.1 原因分析

依据动态管理的理论，依照隧道已开挖段的围岩、机械、人员、组织等方面进行了分析。

1)开挖炮眼利用率有时不足85%，主要由以下几个方面造成:

隧道内的围岩性质有变化，在花石隧道中，每开挖几十米总会遇到岩性软弱的岩层，这个时候，炮眼利用率较低的情况特别的明显。

在开挖时，炮工班为了图省事，在现场技术人员不在的情况下，竟然使用炮泥，直接的开口放炮。

辅助眼的分布不均匀，不按照炮眼分布图进行炮眼布置，导致爆破后岩块体积较大。

2)开挖超欠挖现象突出，掌子面凹凸严重，隧道轮廓线上留下半个眼痕的炮眼数不足50%。主要由以下几个方面造成:

炮工在开钻周边眼时，不按照技术交底的炮眼角度进行打钻，周边眼眼距和钻眼角度，有时甚至超过隧道轮廓线。炮眼的眼底，不落在同一个底面上，以控制炮眼的深度为主要控制，不注意炮眼眼底的控制。

4.2 纠偏措施

1)组织措施。

在现有的炮工队伍里将炮工组长的任务明确为:保证炮工班的施工作业质量，尤其是保证炮工炮眼的布置，打眼的质量，辅助眼的均匀分布和周边眼的角度控制。

2)管理措施。

和开挖班签订质量及进度保证合同。对炮工班进行最低工作量限制，督促提高自身作业质量的意识。加强现场工作的指导，技术员及时的了解掌子面的开挖状况，结合现场及时的做出调整。

3)经济措施。

结合签订的质量和进度合同，当开挖班的月进度以及质量达到合同要求，要进行合理的奖励，如达不到要求，在领取保底工资的同时，根据实际情况领取全额奖金的一部分。

4)技术措施。

每个星期对现有的循环数进行班组分析，找出技术上的难点易错点和通病，及时的通报解决;保证班前技术交底落到实处，检查交底的落实情况。当碰到软弱围岩时，不采用一次爆破的手段，采用跳段爆破的手段。由于各段的爆破时间延长，岩石得以充分的粉碎。第一，可以减少抛掷的距离以及岩石的抛掷量。第二，增加了岩石的破碎程度。跳段爆破后，爆破缀体集中性好，利于装岩运输。

5 结语

经过一系列的纠偏措施，花石隧道进口，在纠偏结束后即达到采用气腿式风钻，在仅有14人作业的情况下，月度连续作业开挖130 m的业绩，领先于同类施工机械的其他隧道开挖量。隧道的爆破开挖设计应该包括前期的参数设计和后期的参数改进，特别是设计后期的采取动态管理的方法提出的纠偏措施，是保证隧道开挖设计科学、有效、经济的必要手段。花石隧道的开挖设计可以作为其他隧道开挖设计的一个现实范例。

［1］余 超，梁 波，欧阳天烽.特大断面隧道爆破开挖对既有隧道振动影响分析［J］.隧道建设，2010(2):151-156.

［2］丛云野.大断面隧道光面爆破技术的改进与应用［J］.科技致富向导，2013(6):223-226.

［3］赵 君.谈高速铁路隧道施工控制爆破方案设计［J］.山西建筑，2013，39(6):156-157.