隧道光面爆破施工技术研究

叶吉军

摘 要：近年来，随着我国城市化建设的加快，隧道及地下工程建设项目日益增多，铁路、公路、地铁隧道“数量多、长度大、大埋深、大断面”是21世纪我国以及世界隧道工程发展的总趋势。本文对隧道光面爆破施工关键技术进行了研究，深入开展隧道光面爆破精细化施工技术的基础研究，对于推动本企业的隧道工程技术发展、保证隧道工程安全生产、节约成本创造更多效益具有重要的理论价值与实际意义。

关键词：隧道 爆破精细化 基础研究

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0055-04

1 工程概况

新建杭州到黄山铁路工程位于皖南及浙西地区，线路东起浙江省杭州市萧山区，向西经杭州市萧山区、富陽市、桐庐县、建德市、淳安县，越皖浙交界的天目山山脉进入安徽省，经宣城市所辖绩溪县和黄山市所辖歙县、徽州区至黄山市。起点为杭长客专萧山南线路所（杭黄DK23+817.328=杭长客专L3DK6+730.230=杭长客专里程HCDK23+817.328），终点黄山北站南端（杭黄DK288+220.366），长264.785km，其中浙江省境内184.728km，安徽省境内80.057km。

锣鼓山隧道位于剥蚀低丘区，丘陵地形起伏较大，自然坡度30°～50°，多呈“V”字形，地表植被发育，多为竹林、蕨类植物。隧道起讫里程DK71+178～DK73+984，全长2806m，隧道最大埋深171.5m，为山岭深埋隧道。隧道洞身穿过围岩主要以砂岩为主，地下水主要为基岩裂隙水，基本不发育。全隧Ⅱ级围岩237m，Ⅲ级围岩1332m，Ⅳ级围岩955m，Ⅴ级围岩198m，明洞长55m，洞门长29m，施工难度较大。

本隧道为双线隧道，采用复合式衬砌支护。设计Ⅱ级围岩开挖断面面积约120m2，宽（13.62m）×高（10.31m）；Ⅲ级围岩开挖断面面积约134m2，宽（13.98m）×高（11.81m）；Ⅳ级围岩开挖断面面积138m2，宽（14.12m）×高（12.03）m；Ⅴ级围岩开挖断面面积144m2，宽（14.28m）×高（12.39m）。

隧道施工遵循新奥法施工原理组织施工，各工序依次开展。为了保护围岩，减少开挖爆破对围岩的损伤，充分发挥围岩的自承能力，采用光面爆破开挖。避免多次开挖爆破围岩损伤，原则上一次爆破成型，结合设计文件及相关规范要求，Ⅱ级围岩采用全断面开挖，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法开挖。

2 研究的主要内容

（1）隧道围岩爆破机理研究。

（2）钻爆设备、爆破器材性能与各项参数的掌握。

（3）围岩级别的分级与钻爆可爆性的判定。

（4）光面爆破钻爆参数的设计。

（5）现场炮眼布置、装药结构与起爆网路的优化。

3 关键技术研究

3.1 现有光面爆破钻眼设备与爆破器材的选用

（1）钻眼设备。

在隧道掘进中，钻眼爆破工作是一项主要工序，约占循环工序时间的20%～30%。根据国内目前成熟技术，钻眼采用YT28型气腿式凿岩机。凿岩机配用2m、2.5m、3m、4m、5m、6m五种长度的钎杆，配备直径42mm的一字型钎头。

（2）爆破器材。

根据不同岩石强度选用不同爆速的炸药，本工程爆破采用2号岩石乳化炸药，规格为32mm（200g/卷），周边眼连线采用导爆索，起爆器材为1～15段非电毫秒雷管、导爆管和MFB200型发爆器。

3.2 围岩级别的分级与钻爆可爆性的判定

根据铁路隧道设计、施工规范，现场隧道围岩分级比较复杂，其综合了岩石坚硬程度、岩体完整程度，采用定性划分与定量指标两种方法确定围岩基本分级。

另外，光爆的效果不仅与工艺参数有关，而且与围岩质量有紧密关系。

现行爆破安全规程、隧道施工技术指南及隧道施工相关文献均指出隧道光面爆破参数（周边眼间距、周边眼抵抗线等）的选取与隧道围岩的坚硬程度、裂隙发育程度等性质有关，并给出了或定性或定量的关系。

当断面较小或围岩软弱、破碎或对开挖成形要求较高时，周边眼间距应取较小值。由此可见，在隧道设计轮廓、断面大小固定条件下，迅速确定围岩岩石坚硬程度、岩体完整程度是光面爆破设计的基础工作，对准确选取光面爆破参数具有指导意义。

3.3 光面爆破设计

（1）炮眼直径。

炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位岩石炸药消耗量、爆落岩石的块度和隧道轮廓的平整性。

一般隧道的炮眼直径在32～50mm，并根据钻孔设备选择。本工程钻孔选用YT28气腿式凿岩机，炮眼直径选择42mm。

（2）炮眼深度。

（3）每循环炸药耗量。

（4）炮眼数目。

（5）周边眼间距。

周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1～0.2m处，光爆孔的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3°～5°。当爆孔孔径D为42mm时，周边孔间距E=（10～16）D，即E=42～672cm，E取45～65cm。

（6）光爆层厚度W（最小抵抗线）。

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。一般取炮孔直径的10～20倍，锣鼓山隧道光爆层厚度W=0.5～0.8m。

（7）密集系数。

炮眼密集系数也称炮眼邻近系数，它表达了炮眼间距E与最小抵抗线W之间的关系即m=E/W，是光面爆破参数确定中的一个关键值。目前，在工程施工中，光面层厚度的确定，一般情况下，周边眼间距E与光面层厚度W的比值为：

m=E/W=0.8～1.0

当m>1时，说明E值偏大，W值偏小，爆破时易出现眼间裂缝，周边眼尚未沟通前应力波已传到二圈眼，这样光面眼就变成偏斗爆破；当m=1，即E=W时，爆破时光面眼之间的裂缝形成较好；当m=0.5，即2E=W时，光面层不易爆下来。实践表明m=0.8～1.0时较好。endprint