光面爆破技术在洛阳村隧道Ⅲ级围岩应用总结

张选锋

(中铁一局集团陕西华营工程建设监理有限公司，陕西西安 710054)

1 工程概况

由陕西华营工程建设监理有限公司监理的改建铁路甘钟线洛阳村隧道工程位于陕西省富县洛阳村段家庄东北侧，该隧道进口东侧约300 m为既有包西铁路段家庄隧道进口，出口亦与段家庄隧道相距78 m，全长946 m。进口里程DK584+959，出口里程DK585+905，隧道按列车最大行车速度120 km/h，单线隧道设计、预留电气化条件，最大埋深120 m。

1.1 地形地貌

隧道位于黄土高原的梁峁区，洞身多被风积黄土覆盖，坡体多为阶梯状农田，植被茂密。海拔标高890 m～1 020 m，相对高差130 m。

1.2 岩性及地质构造

洞身出露地层主要为第四系上更新统粘质黄土(Q3eol)、中更新统(Q2eol)、三叠系页岩夹砂岩;第四系上更系统粘质黄土为湿陷性黄土，场地湿陷类型为非自重，地基湿陷等级为Ⅱ(中等)，厚度8 m～10 m;该工程范围内无明显的不良地质作用。

其中DK585+276～DK585+600段长度324 m，系弱风化页岩夹砂岩、节理不发育、岩体较完整、洞身埋藏较深;设计给定为Ⅲ级围岩段。此段占全隧总长34.2%，均采用全断面光爆开挖。

2 光爆作业前准备工作

钻眼爆破是隧道施工的主要作业之一。衡量钻眼爆破工作效果好坏的标准除施工速度外，还反映在质量、安全及经济效果上。钻眼爆破时，应使开挖出的坑道形状、尺寸整齐并符合要求，炸下的石渣块度合适，便于装车，爆破单位体积岩石所消耗的工时、机具设备的费用及爆破材料的数量为最小。

2.1 机具设备选取与制作

钻眼作业在爆破循环时间中占有很大比例;提高钻眼速度，缩短钻眼时间，对加快隧道掘进速度有很重要的意义。

1)凿岩机械。

洛阳村隧道采用的是YYT228型风动气腿凿岩机;是以压缩空气为动力，通过凿岩机内的活塞做往复运动，冲击钎杆使钎头击碎碎石，每冲击一次后，通过回转机构件使钎杆自动旋转，在连续冲击和转动下，凿成炮眼。它具有结构简单，制造容易，操作方便，使用安全，不怕超负荷和反复启动，在多水多尘等恶劣环境中仍能正常使用等优点。

2)钎头和钎杆。

钎头或叫钻头，担负直接破碎岩石的作用，它是否适宜破碎岩石，对钻进速度有决定性影响。洛阳村隧道使用十字形硬质合金钎头，由钨钴合金镶焊而成。

洛阳村隧道使用的是整体式钎杆(六角空心钢)，钎杆及钎尾用特种低合金钢整体锻造，并在头上镶焊一字形碳化钨合金片，经过多道工序加工处理而成，使用寿命通长在200 m以上。

3)门架式开挖台车。

洛阳村隧道使用的凿岩台车是由3个平台组成门架式开挖台车。采用工字钢、钢管、钢筋焊接加工而成;台车的施钻尺寸按照铁路单线隧道开挖断面的几何尺寸设计，可以11台风钻13个人(2个人在台车上流动扶钻)同时作业;台车腹下可以通过装岩机械及运输车辆，以解决单线隧道的宽度所能提供给凿岩台车与装运机具的会让空间。放炮前直接用装载机拖住台车横梁拉离掌子面100 m;机械排险后，直接用装载机拖住台车横梁拉倒掌子面。

2.2 炸药及起爆方法的选择

1)炸药选取。

根据设计阶段勘探以及开挖揭示，洛阳村隧道系无沼气、瓦斯和无矿尘爆炸危险的铁路隧道工程，局部地段有围岩裂隙水，所以我们选取了2号岩石乳化炸药(白色形状似乳脂、密度为1.00 g/cm3～1.30 g/cm3);规格型号为:φ32 mm ×200 g。

2)爆破网路、起爆电源、起爆方法、顺序。

a.隧道电爆网路联接采取串联网路形式;b.起爆电源采用GF系列高能发爆器(见图1);c.洛阳村隧道采用导爆管雷管起爆法;d.掏槽眼(装1段或3段毫秒雷管)→掏槽眼的辅助眼(装5段或7段毫秒雷管)→周边眼的辅助眼(装5段或7段)→周边眼(装11段或13段毫秒雷管)→底板眼(装11段或13段毫秒雷管)→角眼(15段)按先内后外顺序逐排起爆。

图1 GF系列高能发爆器

3 全断面光面爆破钻爆设计

通过对洛阳村隧道DK585+276～DK585+600段324 mⅢ级围岩采用光面爆破技术，我们预期想达到开挖轮廓线规则，岩面平整，减少超挖和喷射混凝土的超方，节省二衬混凝土使用量;降低施工成本，加快进度;同时也增加了施工安全度。

3.1 光爆参数

周边眼的间距(E);光爆层的厚度;周边眼的密集系数;装药集中度;循环进尺(L)等光爆参数选取的是否合适决定着光面爆破的效果。通过对先期爆破效果的观察和钻工钻孔质量、孔网参数以及与炮工交流，从钻孔质量、孔网参数入手，反复通过实体试验调整得出。

1)周边眼间距(E)。

周边炮眼间距(E)根据以往经验考虑到洛阳村隧道系单线铁路隧道其跨度较小，岩石节理裂隙发育E值取小值;边墙部位眼距按500 mm布设;拱部眼距按350 mm～400 mm布设;底板眼距按650 mm～1 200 mm布设。

2)光爆层厚度。

光爆层厚度就是周边眼的最小抵抗线(W)。它是直接影响光面爆破效果和石渣块度的一个重要因素。光爆层厚度一般取500 mm～800 mm;应根据岩石性质和地质构造加以调整，岩石坚硬整体性好取小值，岩石破碎取较大值。

3)装药密度(q)。

周边眼的装药量也就是周边眼线装药密度。按规范参照以往爆破作业参数全断面一次起爆，q取值一般在0.30 kg/m～0.35 kg/m。

4)循环进尺(L)。

L=0.5B=0.5 ×6.0=3.0 m(B 为隧道断面宽度，B=6.0 m)。

5)炮眼直径、不耦合系数、孔深。

炮眼直径对施工进度、炮眼数量、单位耗药量和洞壁平整度有直接关系。

因使用φ42 mm钻头，炮眼直径为42 mm;药卷直径32 mm;不耦合系数Kd≥1.31;不耦合系数符合要求。

在每循环施钻中应视掌子面的凹凸情况，调整各炮眼钻孔长度，除掏槽眼、底板眼、角眼外其余炮眼眼底处于同一深度。

掏槽眼、底板眼、角眼深度取3.5 m;其余各眼炮孔深度取3.0 m～3.1 m。Ⅲ级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配表见表1。

表1 Ⅲ级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配表

6)炮眼数量(N)。

其中，q为单位炸药消耗量，取0.79 kg/m3;s为开挖断面面积，s=42.09 m2;a为炮眼装填系数，取0.40;r为每1 m药卷的炸药质量(2号岩石乳化炸药)，取0.78。

由此可得N=107个。

将此理论计算值作为参考，根据在掌子面实际布置下来后眼距问题，以辅助眼适当加密，实际炮眼总数一般在107个～126个。

3.2 炮眼的布置方法

为了获得良好的爆破效果和提高钻眼的效率按下列原则和方法布置:1)先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。2)掏槽眼布置在掌子面中央偏下部位，为了充分发挥掏槽眼创造临空面的作用，比其他炮眼深50 cm;掏槽范围一般按1.4 m×1.4 m。3)周边眼应严格沿着设计开挖轮廓线布置;在断面拐角处必须布置炮眼。点位布放时必须计算上35的外插斜率。掌子面边墙处的周边眼和拱部周边眼的底部在中硬岩石中应到达掌子面边界，以防欠挖。4)如在掌子面布设下来后，眼距过大时，应适当布置辅助眼。5)在掌子面加密辅助眼的方法是:在按要求布置掏槽眼与周边眼后，靠近已形成的掏槽范围，用W'≤掏槽宽度/2，予以扩大，其他部分的层距则等于最小抵抗线 W，间距 a=1.0W～1.25W;并在整个断面上均匀排列(采用CAD作图方法)。

最小抵抗线W与炸药威力和岩石情况有关，采用岩石2号乳化炸药时，W值取0.6 m，洛阳村(单线铁路隧道)隧道全断面炮眼布置图如图2所示。

图2 洛阳村（单线铁路隧道）隧道全断面炮面布置图

3.3 取得的爆破效果

1)炮眼深度在3.0 m左右时，每循环进尺达到2.7 m～2.8 m。进尺效果较为理想。2)开挖断面拱部轮廓圆顺，边墙规则无较大凹凸。超挖现象得到明显控制，局部超挖深度最大不超过20 cm;局部欠挖在5 cm左右。3)炮眼半孔率在80%以上;爆破后围岩稳定，基本无剥落现象。4)炮眼利用率达93%;两炮衔接台阶最大尺寸没有超过15 cm。5)洞渣块度最大块45 cm左右;渣堆集中，抛距在20 m以内。

4 光爆作业各工序时间卡控

洛阳村隧道在多次光爆后，根据爆破效果调整参数趋于稳定后，我们在确定的条件下，为了提高炮眼利用率、压缩炮眼循环作业时间、在一定时期内多循环、加快作业进度，对时间进行了卡控，测算结果如表2所示。

表2 Ⅲ级围岩全断面法循环作业时间

5 结语

1)根据隧道工程地址、水文、围岩情况、选取适合的炸药品种、采用合适的装药结构严格控制起爆顺序是保证光爆效果的重要因素。

2)选取质量、精度高的毫秒级雷管来控制时差亦是保证光爆效果的重要因素;目前许多施工单位为了直观的降低爆破器材成本，对雷管质量、使用没有引起重视，这样往往是得不偿失。

3)准确画出开挖轮廓线对开挖断面超欠挖控制有直接影响;提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的重要措施。

4)根据每循环开挖后围岩揭示情况，及时的调整光爆参数，可获得比较理想的爆破效果。这是许多施工单位的薄弱环节，没能引起重视，也是超欠挖产生的重要因素。

5)周边眼眼距布控与及时调整以及其装药量控制是光面爆破作业效果好坏的关键环节。

［1］TB 10417-2003，铁路隧道工程施工质量验收标准［S］.

［2］TZ 231-2007，铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南［S］.

［3］TZ 204-2008铁路隧道工程施工技术指南［S］.