隧道硬岩爆破技术(修改稿2)

隧道硬岩爆破技术

摘 要：本文通过对大别山隧道硬岩爆破的成功做法，介绍了硬岩隧道钻爆法施工技术参数，以便为其它硬岩隧道提高施工进度和降低工程成本提供参考。

关键词：随道；光面爆破；掏槽眼；周边眼；底板眼；

1工程概况

大别山隧道地处大别山腹地湖北省麻城市境内，穿越大别山山脉孟匠岩主峰，进口位于木子店镇洗马河村丁家沟，出口位于三河口镇碧绿河程硼畈村。进口里程DK212+426，出口里程DK225+682，隧道全长13256m，是合武线上最长、控制工期的隧道。

根据设计及实际开挖揭露的岩石情况，大别山隧道的主要岩石由花岗岩和片麻岩组成，颜色为浅灰或灰白色。按岩石的坚固性分级，大别山隧道全长90%为Ⅱ级围岩，爆破性程度为极难爆。通过试验花岗岩的主要物理力学指标值见《表1大别山隧道岩石力学指标》。

表1 大别山隧道岩石力学指标

大别山隧道Ⅱ级围岩开挖断面面积为117.6m²，为特大断面隧道，采用多功能作业台架，人工手持风钻钻眼，全断面光面爆破施工。

2全断面光面爆破

大别山隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩均采用全断面光面爆破，全断面共布置了31把风钻， 181个炮眼，平均每平方米1.51个炮眼，炮眼利用率为91%，炮眼残余率为98%。每循环开挖进尺为3.0米左右，爆破方量约353方，装药量为312kg，平均单耗药量0.88kg/m³。作业台架风钻置见《图1钻孔台架风钻布置图》，炮眼布置见《图2光面爆破炮眼布置图》

周边眼采用竹片、传爆线、小直径药卷及导爆管雷管间隔装药，反向起爆，其余掏槽眼及辅助眼、底板眼均采用连续装药，反向起爆，孔口采用浸泡后的炸药包装箱堵塞，堵塞长度约20cm～30cm。装药结构见《图2炮眼装药结构》装药量见《表2 全断面光爆装药量分配表》。全断面光爆经济技术指标见《表3全断面光爆经济技术指标表》。

风钻：6把

炮眼：37个

风钻：2把炮眼：12个

风钻：2把炮眼：12个

风钻：3把炮眼：16个

8个辅助眼

风钻：3把炮眼：19个

风钻：3把炮眼：16个

风钻：3把炮眼：19个

风钻：3把炮眼：13个

风钻：3把炮眼：16个风钻：3把炮眼：13个

图1 钻孔台架风钻布置图

全断面光面爆破炮眼布置如下图所示：

图3 炮眼装药结构图 表2 全断面光爆装药量分配表

表3 全断面光爆经济技术指标表

2.1掏槽眼

大别山隧道采用大断面锥形掏槽技术，它是楔形掏槽的改进。从左、右、上三个方向掏槽，掏槽面积50m²，掏槽眼总数43个，掏槽体积150m³左右，掏槽眼倾角及掏槽眼深度见全断面光面爆破炮眼布置图。同时，为了减小大块率，在掏槽区中部布置了8个辅助孔，这8个孔与岩面垂直，深度3.3

米。采用该种掏槽方法优点是掏槽面积大、夹制力小、成功率高；掏槽眼分布稀疏可减少炮孔数量。装药长度一般为钻孔长度的70%.采用φ32mm的乳化炸药，装药集中度0.7kg/m。 2.2周边眼

周边眼沿隧道轮廓布置，基本上取等距离布眼，在断面拐角处必须布眼，且应考虑一定的外插角，外插角斜率控制0.03～0.05，使前后两排炮眼的衔接台阶为最小，一般控制在8-10cm。光面爆破参数见《表4 爆破参数表》：

表4 爆破参数表

2.3辅助眼

辅助眼布置于周边眼和掏槽眼之间，沿隧道环向布置。第一排辅助眼也即内圈眼距周边眼50cm，拱墙环向间距按90cm布眼，底部间距为120cm。第二排辅助眼距第一排辅助眼60cm，拱部环向130cm面布眼，两边墙环向70cm布眼，底部布眼间距为120cm。全断面共布置67个辅助眼，炮眼直径均为φ42mm，钻孔深度为3.3米，第一排辅助眼垂直岩面钻眼，第二排稍倾向隧道中线方向。辅助眼均采用直径φ32mm的乳化炸药连续装药，装药系数为0.55. 2.4底板眼

在隧道施工中，底板的超欠挖控制最为困难，由于底板眼几乎接近于地面，钻孔的操作相对困难，稍微控制不好，就会出超挖或欠挖。同时装药量不足或过大也会影响底部的超欠挖。从开工之初，我们就对隧底的施工非常重视，钻孔时在地面上放置梯子或支撑杆（钢轨或工字钢），使钻孔能够按设计纵坡方向钻孔。隧底的和周边眼采用同段雷管，同时起爆，有共同作用效果。底板眼间距110cm，在边墙角部加密炮眼，底板眼加强装药，装药系数为0.72. 2.5起爆顺序

掏槽眼→辅助眼→周边眼和底板眼→侧壁眼（光面爆破）

2.6起爆方法

采用导爆管雷管起爆法，起爆系统如下：

明火点火→导火索→火雷管→导爆管雷管→药卷或药包

采用复式联接网路，即局部簇联、全断面并联。每组组合雷管采用双雷管，万一组合雷管有一个拒爆，另一个还起

作用，保证了传爆的可靠性。联接网路示意图见《图4 起爆网络图》所示。

图4 起爆网络图

3施工控制

3.1隧道爆破炸药的选择

①药卷直径应根据钻孔大小合理选择，以消除其管道效应。

②隧道有水的情况下，应选用防水型的炸药，以防遇水失效而拒爆。

③隧道内遇坚硬岩石时，应选用猛度大的炸药，以破碎岩体和取得较高的炮眼利用率。 ④隧道周边光面爆破，应采用小直径、低爆速、低猛度的炸药。以取得优质的光爆效果。 3.2炮眼深度选择

炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离，炮眼深度的确定应考虑围岩级别、钻眼机械及工具、循环进尺要求、炮眼利用率、作业循环时间最省、超挖小等技术经济指标，同时还应与装碴能力相适应。大别山隧道2006年1～3月份采用长3.0米，直径φ22mm的钻杆，实际钻眼深度为2.8米，平均每循环进尺2.47米。2006年3～11月份采用长3.5米，直径Φ22mm的钻杆，实际钻眼深度为3.3米，平均每循环进尺2.92米.炮眼利用率分别为88%和88.5%，施工循环时间以及进尺情况见表5 循环时间及进尺表》所示：

表5 循环时间及进尺表

3.3 钻孔质量的控制

目前，在隧道开挖中，进行钻眼前先由专门测量人员根据设计，在掌子面上布孔，必须标出掏槽眼的周边轮廓，严格按炮眼的设计位置、深度、角度和孔径，分工定点、定位进行。影响钻孔质量的因素主要有三方面：一是测量误差，二是钻眼开口偏差，三是钻孔外插角大小。针对这三方面，我们进行了以上控制： 3.3.1测量方面

过去针对隧道开挖面放线，都是采用人工拉钢尺或皮尺的方法。但是，由于爆破后的开挖面往往不平顺，采用过去的那种放线方法，所布设的轮廓线很不准确。为了解决这个问题，大别山隧道采用LeciaTCR402全站仪，该全站仪能够免棱镜测量，利用全站仪发出的激光直接射于岩面上进行测量放线，保证了测量的精度。

3.3.2钻眼开口误差和钻孔外插角大小

钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角θ、开口位置e和钻孔的深度L，它们与衔接台阶高度(h)有如下的关系：

h e Ltan( /2) (1)

式中：衔接台阶高度值随外插角θ和钻孔深度L的增加而增大。

根据施工经验来看，控制e值较容易，而控制外插角θ则较为困难。因此保证前后两循环间衔接台阶，我们尽量控制e值在4～5cm左右。对外插角θ的控制，主要是提高司钻人员的技术水平和定岗定位，一般情况下我们将θ控制在2°左右，因此衔接台阶高度h大多在10cm以内。 3.4装药与堵塞

在将炸药装入炮眼前，应将炮眼内的残渣、积水排除干净，并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装填。

炮眼堵塞与不堵塞对爆破效果的影响很大，在隧道爆破中，堵塞长度一般为最小抵抗线的0.2～0.5倍，最小不少于20cm，堵塞可采用分层人工捣实法进行。 3.5起爆

起爆网络必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆。采用导爆管雷管法起爆时，联结方法必须正确，族联每束不超过15根导爆管，为了“准爆”应尽量采用双雷管起爆，所有联结雷管都必须使用即发雷管或用火雷管加装导爆管，联结必须牢靠。

4总结

①由于大断面硬岩隧道爆破影响因素很多，如岩石的力学指标、炸药的性能指标、地质构造等，为取得好的爆破效果，必须通过现场试验调整，以取得好的爆破效果。

②隧道爆破效果的好坏，最关键还是在于管理，如测量的控制、钻孔的方向及角度、装药质量、堵塞质量等都直接影响的爆破效果，因此在隧道施工中加强管理，确保硬岩爆破效果。

③爆破效果的检测：隧道开挖质量的好坏是成本控制的最佳途径，超欠挖及变形量测的检测是确定预留变形量的依据，合适的预留变形量可以减少超挖回填混凝土数量，炮眼残余率及循环时间的统计分析是确定循环进尺，加快施工进度，提高设备利用率的有效方法。

④爆破施工中的安全管理，应常抓不懈，特别是火工品的管理，从运输、入库、领用、加工等各个环节严加控制，责任落实到人。

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