探究大山隧道硬巖爆破技術特征

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摘要：本文通過對大別山隧道硬巖爆破的成功做法，介紹了硬巖隧道鉆爆法施工技術參數，以便為其它硬巖隧道提高施工進度和降低工程成本提供參考。

關鍵詞：隧道光面爆破掏槽眼周邊眼底板眼

一、工程概況

大別山隧道地處大別山腹地湖北省麻城市境內，穿越大別山山脈孟匠巖主峰，進口位于木子店鎮洗馬河村丁家溝，出口位于三河口鎮碧綠河程硼畈村。進口里程DK212+426，出口里程DK225+682，隧道全長13256m，是合武線上最長、控制工期的隧道。

根據設計及實際開挖揭露的巖石情況，大別山隧道的主要巖石由花崗巖和片麻巖組成，顏色為淺灰或灰白色。按巖石的堅固性分級，大別山隧道全長90%為Ⅱ級圍巖，爆破性程度為極難爆。通過試驗花崗巖的主要物理力學指標值見《表1大別山隧道巖石力學指標》。

大別山隧道Ⅱ級圍巖開挖斷面面積為117.6m2，為特大斷面隧道，采用多功能作業臺架，人工手持風鉆鉆眼，全斷面光面爆破施工。

二、全斷面光面爆破

大別山隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖均采用全斷面光面爆破，全斷面共布置了31把風鉆，181個炮眼，平均每平方米1.51個炮眼，炮眼利用率為91%，炮眼殘余率為98%。每循環開挖進尺為3.0米左右，爆破方量約353方，裝藥量為312kg，平均單耗藥量0.88kg/m3。作業臺架風鉆置見《圖1鉆孔臺架風鉆布置圖》，炮眼布置見《圖2光面爆破炮眼布置圖》。

周邊眼采用竹片、傳爆線、小直徑藥卷及導爆管雷管間隔裝藥，反向起爆，其余掏槽眼及輔助眼、底板眼均采用連續裝藥，反向起爆，孔口采用浸泡后的炸藥包裝箱堵塞，堵塞長度約20cm～30cm。裝藥結構見《圖2炮眼裝藥結構》，裝藥量見《表2全斷面光爆裝藥量分配表》。全斷面光爆經濟技術指標見《表3全斷面光爆經濟技術指標表》。

全斷面光面爆破炮眼布置如下圖2圖3所示：

2.1掏槽眼大別山隧道采用大斷面錐形掏槽技術，它是楔形掏槽的改進。從左、右、上三個方向掏槽，掏槽面積50m2，掏槽眼總數43個，掏槽體積150m3左右，掏槽眼傾角及掏槽眼深度見全斷面光面爆破炮眼布置圖。同時，為了減小大塊率，在掏槽區中部布置了8個輔助孔，這8個孔與巖面垂直，深度3.3米。采用該種掏槽方法優點是掏槽面積大、夾制力小、成功率高；掏槽眼分布稀疏可減少炮孔數量。裝藥長度一般為鉆孔長度的70%，采用φ32mm的乳化炸藥，裝藥集中度0.7kg/m。

2.2周邊眼周邊眼沿隧道輪廓布置，基本上取等距離布眼，在斷面拐角處必須布眼，且應考慮一定的外插角，外插角斜率控制0.03～0.05，使前后兩排炮眼的銜接臺階為最小，一般控制在8-10cm。光面爆破參數見《表4爆破參數表》：

表4爆破參數表

2.3輔助眼輔助眼布置于周邊眼和掏槽眼之間，沿隧道環向布置。第一排輔助眼也即內圈眼距周邊眼50cm，拱墻環向間距按90cm布眼，底部間距為120cm。第二排輔助眼距第一排輔助眼60cm，拱部環向130cm面布眼，兩邊墻環向70cm布眼，底部布眼間距為120cm。全斷面共布置67個輔助眼，炮眼直徑均為φ42mm，鉆孔深度為3.3米，第一排輔助眼垂直巖面鉆眼，第二排稍傾向隧道中線方向。輔助眼均采用直徑φ32mm的乳化炸藥連續裝藥，裝藥系數為0.55。

2.4底板眼在隧道施工中，底板的超欠挖控制最為困難，由于底板眼幾乎接近于地面，鉆孔的操作相對困難，稍微控制不好，就會出超挖或欠挖。同時裝藥量不足或過大也會影響底部的超欠挖。從開工之初，我們就對隧底的施工非常重視，鉆孔時在地面上放置梯子或支撐桿（鋼軌或工字鋼），使鉆孔能夠按設計縱坡方向鉆孔。隧底的和周邊眼采用同段雷管，同時起爆，有共同作用效果。底板眼間距110cm，在邊墻角部加密炮眼，底板眼加強裝藥，裝藥系數為0.72。

2.5起爆順序

掏槽眼→輔助眼→周邊眼和底板眼→側壁眼（光面爆破）

2.6起爆方法采用導爆管雷管起爆法，起爆系統如下：

明火點火→導火索→火雷管→導爆管雷管→藥卷或藥包

采用復式聯接網路，即局部簇聯、全斷面并聯。每組組合雷管采用雙雷管，萬一組合雷管有一個拒爆，另一個還起作用，保證了傳爆的可靠性。聯接網路示意圖見《圖4起爆網絡圖》所示。

三、施工控制

3.1隧道爆破炸藥的選擇①藥卷直徑應根據鉆孔大小合理選擇，以消除其管道效應。②隧道有水的情況下，應選用防水型的炸藥，以防遇水失效而拒爆。③隧道內遇堅硬巖石時，應選用猛度大的炸藥，以破碎巖體和取得較高的炮眼利用率。④隧道周邊光面爆破，應采用小直徑、低爆速、低猛度的炸藥。以取得優質的光爆效果。

3.2炮眼深度選擇炮眼深度是指炮眼底至開挖面的垂直距離，炮眼深度的確定應考慮圍巖級別、鉆眼機械及工具、循環進尺要求、炮眼利用率、作業循環時間最省、超挖小等技術經濟指標，同時還應與裝碴能力相適應。大別山隧道2006年1～3月份采用長3.0米，直徑φ22mm的鉆桿，實際鉆眼深度為2.8米，平均每循環進尺2.47米。2006年3～11月份采用長3.5米，直徑Φ22mm的鉆桿，實際鉆眼深度為3.3米，平均每循環進尺2.92米，炮眼利用率分別為88%和88.5%，施工循環時間以及進尺情況見表5循環時間及進尺表》所示：

表5循環時間及進尺表

每月進度情況見《圖5大別山隧道開挖月進度》：

3.3鉆孔質量的控制目前，在隧道開挖中，進行鉆眼前先由專門測量人員根據設計，在掌子面上布孔，必須標出掏槽眼的周邊輪廓，嚴格按炮眼的設計位置、深度、角度和孔徑，分工定點、定位進行。影響鉆孔質量的因素主要有三方面：一是測量誤差，二是鉆眼開口偏差，三是鉆孔外插角大小。針對這三方面，我們進行了以下控制：

3.3.1測量方面過去針對隧道開挖面放線，都是采用人工拉鋼尺或皮尺的方法。但是，由于爆破后的開挖面往往不平順，采用過去的那種放線方法，所布設的輪廓線很不準確。為了解決這個問題，大別山隧道采用LeciaTCR402全站儀，該全站儀能夠免棱鏡測量，利用全站儀發出的激光直接射于巖面上進行測量放線，保證了測量的精度。

3.3.2鉆眼開口誤差和鉆孔外插角大小鉆孔技術對隧道超欠挖的影響主要是周邊炮孔的外插角θ、開口位置e和鉆孔的深度L，它們與銜接臺階高度(h)有如下的關系：h=e+Ltan（θ/2）(1)

式中：銜接臺階高度值隨外插角θ和鉆孔深度L的增加而增大。

根據施工經驗來看，控制e值較容易，而控制外插角θ則較為困難。因此保證前后兩循環間銜接臺階，我們盡量控制e值在4～5cm左右。對外插角θ的控制，主要是提高司鉆人員的技術水平和定崗定位，一般情況下我們將θ控制在2°左右，因此銜接臺階高度h大多在10cm以內。

3.4裝藥與堵塞在將炸藥裝入炮眼前，應將炮眼內的殘渣、積水排除干凈，并仔細檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設計要求，裝藥時應嚴格按照設計的炸藥量進行裝填。

炮眼堵塞與不堵塞對爆破效果的影響很大，在隧道爆破中，堵塞長度一般為最小抵抗線的0.2～0.5倍，最小不少于20cm，堵塞可采用分層人工搗實法進行。

3.5起爆起爆網絡必須保證每個藥卷按設計的起爆順序和起爆時間起爆。采用導爆管雷管法起爆時，聯結方法必須正確，族聯每束不超過15根導爆管，為了“準爆”應盡量采用雙雷管起爆，所有聯結雷管都必須使用即發雷管或用火雷管加裝導爆管，聯結必須牢靠。

四、總結

①由于大斷面硬巖隧道爆破影響因素很多，如巖石的力學指標、炸藥的性能指標、地質構造等，為取得好的爆破效果，必須通過現場試驗調整，以取得好的爆破效果。②隧道爆破效果的好壞，最關鍵還是在于管理，如測量的控制、鉆孔的方向及角度、裝藥質量、堵塞質量等都直接影響的爆破效果，因此在隧道施工中加強管理，確保硬巖爆破效果。③爆破效果的檢測：隧道開挖質量的好壞是成本控制的最佳途徑，超欠挖及變形量測的檢測是確定預留變形量的依據，合適的預留變形量可以減少超挖回填混凝土數量，炮眼殘余率及循環時間的統計分析是確定循環進尺，加快施工進度，提高設備利用率的有效方法。④爆破施工中的安全管理，應常抓不懈，特別是火工品的管理，從運輸、入庫、領用、加工等各個環節嚴加控制，責任落實到人。

參考文獻：

[1]張應立.工程爆破實用技術[M].北京.冶金工業出版社.2005.

[2]齊景嶽，劉正雄等.隧道爆破現代技術[M].北京.中國鐵道出版社.1995.