陕北黄土岩石地层隧道爆破技术

王日照

摘要：隧道掘进爆破设计为隧道钻爆法施工技术研究的重点内容之一，对施工安全、进度、经济性均起到关键作用。结合陕北黄土岩石地层特殊地质特性，通过针对性设计，得出相对合理的参数及工艺，通过实践验证满足施工需要，可为类似工程施工提供依据。

Abstract： Tunneling blasting design is one of the key contents of tunnel drilling and blasting construction technology research， and it plays a key role in construction safety， schedule and economy. Combined with the special geological characteristics of the loess rock stratum in northern Shaanxi， through the targeted design， the relatively reasonable parameters and processes are obtained， which can be verified by practice to meet the construction needs and can provide a basis for similar engineering construction.

关键词：陕北;黄土岩石地层;隧道;爆破设计;环形留核心土

Key words： Northern Shaanxi;loess rock stratum;tunnel;blasting design;annular core soil

中图分类号：TD235                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0150-04

0  引言

陕北黄土高原地区地势起伏大，沟宽谷深，丘壑纵横，再加上经济相对不发达，基础设施特别是交通条件发展缓慢。近年随着西部大开发持续深入，国家“一带一路”战略的实施，以及西安成为我国中心城市的机遇，陕北地区迎来基础设施建设发展的机遇。隧道掘进最关键的工序即是爆破设计及工法选择，通过针对特殊的黄土岩石地层进行专门的爆破设计研究，以确保隧道掘进安全、按期完成任务，以及尽量减少超挖、控制施工成本。

1  工程概况

陕西省延黄高速公路起点位于陕西省延长县，终点于陕西省黄龙县，设计速度80km/h，为双向四车道高速公路。项目所在区位于陕西省中东部，陕北高原东南端，走向近于南北，自北向南地质情况差别较大。延长地区黄土覆盖层厚，土壤颜色较浅，地质构造较简单，为典型陕北黄土高原黄土地层;黄龙地区黄土覆盖层薄，粘土含量高，颜色较深，下伏三叠系永平组沙泥岩，地层产状水平，应属黄土岩石地层。

麻地湾2号隧道位于黄龙县石堡镇麻地湾村，采用高速公路隧道技术标准，隧道建筑界限10.25m，限界高度5.0m，最大埋深110m，长1350m，属中隧道。拱架设计间距0.7～1.0m。

1.1 地形地貌

隧址区属于中低山基岩梁峁地貌，海拔高度1509～1682m，梁顶宽约130～350m，两侧斜坡沟壑纵横，坡面植被较发育。隧址大致呈东南走向，梢林发育。梁峁基底为三叠系层状基岩，上部为第四系风积黄土;隧道进出口段地形相对较陡，坡面为坡残积粉质黏土，出口段斜坡陡立，表层出露中更新统黄土垂直节理发育，下伏三叠系砂泥岩互层，黄土梁两侧河谷阶地发育。

1.2 地层岩性

隧址区揭露地层由老到新依次为三叠系永坪组（T3y）砂泥岩、中更新统离石组黄土（Q2eol）、上更新统古土壤（Q2el）和上更新统马兰组黄土（Q3eol）。

2  围岩评价及对爆破要求

2.1 围岩分级评价

该段表层覆盖第四系风积马兰黄土和离石黄土，厚度10～20m，下伏基岩为三叠系永坪组砂泥岩，层状构造，强～中风化，具饱、脱水开裂特征。受浅埋及浅层风化影响，岩体風化节理裂隙发育，岩体破碎，多呈裂面结构，无自稳能力，拱顶容易坍塌、冒顶。潮湿或点滴状出水为主，局部易出现淋水及线性淋水。围岩等级按V级考虑。

2.2 对爆破的要求

地质决定设计。爆破设计中把安全放在首位，确保现场人员、设备安全;最大限度保护洞壁岩体的完整性，以减少拱顶塌方风险并控制超挖，并尽可能降低炸药单耗和生产成本;由于工期紧、任务重，在工法选择及爆破设计中要考虑进度因素，确保按期完成任务。

3  隧道掘进爆破设计

3.1 开挖方案选择

根据隧道长度及地质条件，综合考虑工期及施工安全性，采用环形留核心土法开挖，每断面分5步掘进，即按下图中1→2→3→4→5的顺序依次进行开挖，上部留核心土支挡开挖工作面，有利于及时封闭拱部初期支护以增强开挖工作面的稳定。一般环形开挖进尺为0.6～1.0m;下台阶长度为不大于1.5倍的开挖宽度，落底时采用拉中槽跳间挖马口的方法，马口宽度2.5～3.0m。

3.2 爆破参数的选取

为充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，采用微振动控制光面爆破技术。根据围岩情况及时修正爆破参数，达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖断面，减少超挖，杜绝欠挖。严格控制装药量及按照光面爆破设计施工，减少炮轰波对围岩的扰动。

参数选取主要包括钻孔形式、排距（圆距）、孔网参数、装药量计算、网路设计等基本参数。

3.2.1 钻孔形式

隧道上台阶掘进一般都采用水平钻孔;下台阶可采用水平钻孔爆破，也可采用垂直钻孔爆破，应根据具体情况确定。如果采用凿岩台车钻孔，采取水平孔为好，如人工钻孔，采用垂直孔为好。炮孔孔径为40mm。

3.2.2 掏槽形式

隧道掘进爆破的掏槽形式有：垂直掏槽、楔形掏槽和混合掏槽三种。当掘进段面比较小时，通常多采用垂直掏槽，当掘进断面比较大时，多采用倾斜掏槽。

①垂直掏槽。以中心孔为圆心，半径30cm为半径，中心孔四周设4个掏槽孔，间距60cm。掏槽孔较循环进尺加深20cm，掏槽孔外布置4个扩槽孔，孔间距100cm。垂直掏槽形式用在V类围岩的掘进中较为合适。

②楔形掏槽。当隧道断面比较大时，宜垂直楔形掏槽。掏槽孔比辅助孔深10～30cm。一般掏槽孔取2～8对，两排炮孔孔口问距取100～500m。炮孔间距30～60cm（具体根据岩性确定，岩石坚硬取小值，岩石松软取大值）。孔底间距20～40cm。

3.2.3 周边孔

隧道周边采用光面爆破。孔距一股取40～60cm。钻孔时孔口从设计线开挖线向内偏10cm，孔底向外偏10cm，光面层厚取60～90cm，光面层周边孔（光面孔）间距取50cm，如果光面孔试爆后孔间留埂，孔距应调小。

3.2.4 辅助孔

辅助孔间距一般为80～100cm，排距为70～90cm。

3.2.5 炸药单耗选取与单孔炸药量计算

①掏槽孔。掏槽孔单孔装药量的计算采用装药系数来计算单孔装药量，装药系数为装药长度与炮孔长度之比。

一般装药系数取0.6～0.8，本方案取0.7，既装药长度L=炮孔长度L×0.7（当前常用的炸药卷为：直径Φ=32cm，长度L=20cm，重量q=200g），单孔装药量为Q=（L/0.2）×0.2（kg）。

②光面孔。光面孔采用线装药密度来计算装药量，即Q=K×L，装药密度K取0.1～0.2kg/m，本方案0.15kg/m，即Q=0.15L。

③辅助孔。辅助空亦称扩槽孔或崩落孔，隧道辅助孔单耗一般去k=0.8～1.5kg/m3左右，这里由于岩石比较松软取单耗k=1.0kg/m3，当进入隧道深部岩石比较坚硬时，可逐步增大。

3.2.6 装药结构

辅助孔和掏槽孔均采用连续耦合装药;光面孔一般采用间断不耦合装药，但由于孔通常比较浅，单孔装药量比较小，也可以采用空气柱装药结构，即把药卷捆绑在导爆索上，放入炮孔的中部偏下一些，孔口用炮泥堵塞20～40cm，剩余部分不装填堵塞物（药卷上下均为空气柱）。

3.2.7 爆破网路

为了确保爆破效果，减小爆破振动，采用毫秒差导爆管雷管起爆网路，尽可能减小次起爆药量，网路采用簇联。

3.3 环形留核心土法爆破设计

3.3.1 循环进尺确定

每个循环进尺暂取1.0m，施工中根据岩石坚硬程度调整。

3.3.2 掏槽方式选取

因环形开挖留核心土法采取七部开挖，每个开挖断面较小，故均采用垂直掏槽方式。

3.3.3 上导坑炮孔布置及爆破参数

①炮孔布置。

②拱顶导坑爆破参数。

③上部兩侧导坑爆破参数。

上部两侧导坑爆破参数及装药参考拱顶导坑。

3.3.4 核心土炮孔布置及爆破参数

①炮孔布置如图5。

②爆破参数如表5。

3.3.5 下导坑中部炮孔布置及爆破参数

①炮孔布置如图6。

②爆破参数如表6。

3.3.6 下导坑炮孔布置及爆破参数

①炮孔布置如图7。

②爆破参数如表7。

4  爆破效果

现场实际情况看，每循环进尺3榀内基本能确保安全，综合考虑进度及超挖引起成本增加因素，循环进尺取2.0m，综合进度90m/月，拱顶超挖平均在100%以内，喷砼超耗得到有效控制。

5  结语

通过对陕北黄土岩石地层的针对性的设计，隧道爆破掘进中既确保了安全、控制了超挖超耗，又兼顾了进度，取得了良好的效果，可为类似工程提供技术支持及经验借鉴。

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