第四系坡洪积层侏罗系上统诸暨组光面爆破施工技术研究

郑春铭

（中铁二十二局集团第一工程有限公司 黑龙江 哈尔滨 150006）

0 引言

随着我国高速铁路的快速发展，隧道机械化、标准化作业是新时代安全、环保和人文的基本要求，而光面爆破的施工效果成为提升隧道施工水平、保证工程质量和降低施工成本的有效手段，是杜绝红线问题、降低安全风险、改善作业环境、提高施工功效的必然途径。

1 工程背景

本文依托杭温隧道群金山隧道，全长4516m，进口位于永嘉县枫林镇，出口位于沙头镇；设计为单洞双线隧道，线间距5.0m，最大埋深506m；其中Ⅱ、Ⅲ级围岩占隧道比例的88%，Ⅱ级围岩采用全断面法，Ⅲ级围岩采用台阶法，隧道内存在断层、侵入岩界线、节理密集带等不良地质。

2 光面爆破施工方案

2.1 光面爆破设计

爆破设计参数调整原则：一是周边孔小孔距大排距；二是辅助孔大孔距小排距[1]；三是掏槽孔5-6-7 原则，即第一竖排57°而后每增加一排增加10°。通过调整排距控制岩石大小，孔间凹凸通过炸点数量调整。

2.1.1 周边孔

减少周边眼两孔之间的裂隙连通距离，能够使开挖轮廓面更加平顺，有利于光面爆破效果的提升，但无限减小增加钻孔数量将延长作业时间，通过将周边眼间距（35cm、40cm、45cm、50cm）多次调整对比，根据轮廓面超欠挖、作业时间、炮眼痕迹保存率效果，最终确定周边眼间距40cm。

2.1.2 抵抗线

最小抵抗线过大，产生大块或留底根；最小抵抗线过小，则在反射波作用下，可能导致围岩破坏严重，影响光爆效果和围岩的稳定性[2]。针对现场围岩情况和爆破效果，通过光爆层厚度50cm、55cm 和60cm 对比试验，最后选择最小抵抗线W=50cm。

2.1.3 底板孔

为保证边墙与底板的拱脚处不欠挖，避免补炮，将底板眼两排调整为三排，同时加强拱脚炮眼装药密度，确保光爆一次到位。

2.2 爆破参数

优化后爆破参数如下：周边孔间距40cm，环向共70 个孔，与二圈辅助孔排距50cm，辅助孔间距80cm，共73 个孔，第一列掏槽孔距轮廓线320cm，共36 个孔，底板眼间距120cm，共10 个孔，合计189 个孔；每循环进尺3.0m，钻孔深3.5m，钻杆5.0m。通过优化每循环炸药量由360kg 降低至297kg，导爆管由284 个降低至245 个，导爆索由334m 降低至261m，每循环爆破器材成本由最初的5149 元降低至4247 元，折合平均每延米爆破材料成本为1416 元。

图1 爆破参数图

2.3 周边眼装药结构

通过公式计算单孔装药量，= ×（0.2～0.3）kg/m， 为装药量；L 为孔深。周边眼用导爆索连接，1～2 个整支（0.30m/支）和3 个三分之一支药卷（0.1m/支）；采用竹片辅助间隔装药，用导爆索进行串联起爆；其它炮眼连续装药，均采用反向装药结构，起爆药卷先装入，采用非电毫秒雷管起爆。

图2 周边眼装药结构图

2.4 周边孔外插角控制[3]

外插角的控制是机械化光爆施工的难点，外插角过大会造成孔底超出轮廓线过多，相邻两排炮的炮茬过大，隧道超挖明显，围岩平整度变差。周边眼外插角控制主要采用钻机紧贴岩壁，利用长钻杆钻孔两种方式进行控制。

第一循环周边孔测量画4m 长红线做参照，钻孔时对应红线做平行参照，严格按炮孔位置钻孔，保证钻孔垂直度和平行度，后每一循环参照上一循环的残留炮孔平行。

图3 长钻杆钻孔/钻机紧贴岩壁控制错台

2.5 人员设备配备（表1）

表1 全断面开挖人员设备配置表

2.6 施工过程控制

2.61 测量放样

施工前对掌子面炮孔进行精确放样，根据围岩情况和爆破设计，结合地质情况，周边眼用红油漆标记；在拱顶距掌子面4 米范围内画中心线作为基准线，以确保炮孔沿隧道中心线钻孔。

图4 拱顶画中心线平行钻孔长钻杆钻孔

2.6.2 精确钻孔

对周边孔实行“定人、定岗、定位置”，开挖工严格照定位点精确钻孔，周边孔要达到“准、直、平、齐”的标准。

(1)“准”：孔位要准确；(2)“直”：各炮孔应垂直于工作面，先以拱顶孔为方向打好起拱处拱脚孔，插上炮杆，作为边墙各孔的方向线；(3)“平”：各炮孔互相平行，平行于中线；(4)“齐”：调整各炮眼深度，使孔底落在同一断面上。采用长钻杆钻孔，钻机紧贴岩壁，控制错台。

底板钻孔采用小爬梯[4]，通过爬梯提供水平作用反力，减小风动凿岩机的钻杆与水平面的夹角，减少隧道底板超挖量，保证施工质量。

2.6.3 装药和连线

周边眼采用竹片辅助间隔装药，用导爆索进行串联起爆；其它炮眼连续装药，均采用反向装药结构，起爆药卷先装入，采用非电毫秒雷管起爆。

周边眼：使用导爆索连接，1 个整支（0.30m/支）和4 个三分之一支药卷（0.1m/支）；

辅助眼：采用5～6 个整支药卷（0.30m/支）在孔底连续装药；

掏槽眼：7～8 个整支药卷（0.30m/支）在孔底连续装药；

底板眼：7～8 个整支药卷（0.30m/支）在孔底连续装药。

2.6.4 起爆

起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。

2.6.5 超欠挖测量

利用3D 扫描仪及时对隧道进行初支断面检测，检测结果及时反馈项目部和施工现场。建立超欠挖处理复核验证机制，对检测问题及时纠偏，做到闭合管理。

2.7 光面爆破实施效果

采用3D 断面扫描仪进行断面扫描（见图5），直观查看隧道超欠挖情况，二级围岩平均线性超挖控制在13～20cm、两炮衔接台阶最大尺寸控制在22cm 内、炮痕残留率达93%、炮眼利用率达95%，光爆质量均达到评定标准。

图5 3D 断面扫描图

喷射砼成本高，在光爆轮廓较好且围岩稳定喷射砼圆顺的前提下，尽量减少初支喷射砼厚度，采用单价较低的衬砌砼进行超挖回填，还可以增加衬砌砼的厚度。通过对砼耗用量进行分析，初支喷射砼用量由设计量的188%降到135%～145%；底板垫层砼用量由设计量的210%降到140%；二衬砼用量为设计量的131%，总体砼平均超耗量为38.7%，每延米砼超耗成本3273 元/m。

表2 光爆线性超挖和仰拱砼超耗统计表

表3 光爆线性超挖和二衬砼超耗统计表

表4 全断面光爆超挖量统计表

图6 光面爆破效果图

3 结束语

通过时时动态控制预留变形量+精确的断面控制+细到炮眼的考核制度控制，目前光面爆破平均线性超挖能够控制在10cm 以内，混凝土回弹量为设计量的1.9 倍（未算超挖回填设计量）和0.4%～0.6%倍（含超挖回填设计量），极大的减少了喷射混凝土和衬砌混凝土用量，降低成本；同时降低了超挖、欠挖处理的时间，提高了施工效率；良好的光面爆破，使隧道壁受力均匀，有效避免塌方，保证施工安全；混凝土表面平整，降低了防水板背后脱空几率，提高了工程质量，降低了后期缺陷整治的成本。