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1、硬质围岩隧道光面爆破施工技术摘 要：通过张唐铁路丰宁隧道钻爆法开挖施工经验，总结和阐述了硬质围岩隧道光面爆破的参数设计、施工方法及工艺。关键词：硬质围岩 隧道 光面爆破1 引言 钻爆法目前是我国隧道施工中的重要开挖方法，与机械开挖相比，实用地质条件广、费用低、设备简朴，但对围岩的扰动大、开挖面成形质量差，重要表现在超欠挖上。严重的超欠挖会导致资源浪费、增大施工难度和影响施工质量，重要表现在：弃渣量增长，需多装多运；超挖空间回填，增长混凝土材料的消耗；欠挖清除，导致人工、器材的超额消耗；超欠挖形成的凸凹不平，对喷射混凝土、挂防水板导致困难；超欠挖导致开挖轮廓与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相
2、差很大，使支护受力状态与设计不符；超欠挖形成的凸凹处，在高地应力的作用下，岩石会被弹出或挤碎，导致危险。因此在硬质围岩隧道钻爆开挖过程中应采用光面爆破，光面爆破完全可以避免由于超欠挖而引起的各种缺陷，其优点表现在：隧道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，为锚喷支护发明了有利条件，光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用；在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件；隧道成型规整，极大地减少了出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。下面结合张唐铁路
3、丰宁隧道的钻爆开挖过程，总结硬质围岩隧道光面爆破参数的设计及施工工艺。2 工程概述新建张家口至唐山铁路丰宁隧道位于河北省承德市丰宁县境内，隧道进口位于丰宁县南二营村，里程为DK190+364；出口位于丰宁县四道河村，里程为DK196+761，隧道全长为6397米，隧道最大埋设409.6m。本隧道为单洞双线隧道，直线段标准线间距为4.0m，进出口段均位于曲线上，其余地段为直线。道床采用双块式无碴轨道。本隧道地处在燕山山脉中部，围岩以二长花岗岩为主。其中级围岩为二长花岗岩、弱风化、岩体完整、呈巨块状整体结构，长度4063延米；级围岩为二长花岗岩、弱风化、节理较发育、岩体较完整、块状结构，长度187
4、6延米；级围岩为二长花岗岩、弱风化、节理裂隙发育、岩体较破碎、碎石状结构，长度338延米；级围岩为二长花岗岩、强风化、节理裂隙发育、岩体破碎、散体状结构，长度120延米。级围岩采用全断面法开挖施工，、级围岩采用台阶法开挖施工。3 总体施工方法丰宁隧道开挖采用钻爆法，出渣采用无轨运送，由于本隧道无斜井，单口掘进3.2公里，工期紧张，因此采用光面爆破提高开挖进度尤为重要，总体的施工方法如下：3.1采用风动凿岩机钻孔，钻孔时按照炮孔布置图对的对孔，钻孔严格按照设计施工炮孔方向钻进，把误差减到最小，以保证爆破质量。掏槽孔要保证平行，周边孔开眼要在轮廓线内5cm，外插脚12；周边孔对孔误差环向不大于5c
5、m，径向不大于3cm；掏槽孔不大于3cm，其它孔开眼误差不大于5cm。3.2钻孔结束后将炮孔吹洗干净，经检查后方可装药。装药分片分组负责，严格按照爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”；爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计规定和爆破安全规程执行。3.3堵塞炮孔可以提高炸药能量的运用率，从而减少炸药用量，减少爆破震动效应。装药后用炮泥进行认真堵塞，掏槽孔要把不装药部分堵满，周边孔堵塞长度不小于30cm，其余炮孔堵塞长度不小于最小抵抗线的80%，以保证爆破效果和安全。炸药采用2#岩石硝铵炸药与乳化炸药，使用导爆索和非电毫秒微差雷管延期爆破。4 光面爆破重要参数的拟定开挖掘进采用光面爆破，减少
6、超挖，避免欠挖和减弱对围岩扰动，提高开挖质量，保证施工安全。工程地质状况对光面爆破的效果影响极大，在施工过程中，认真研究工程地质情况，合理拟定出爆破参数，并根据实际情况，不断合理优化。4.1光面爆破参数设计根据设计文献和隧道围岩级别,选择不同的开挖方法:级围岩采用台阶法。上台阶开挖断面为56.94平方米，下台阶开挖断面为50.97平方米，采用2号岩石硝铵炸药，药卷直径32mm，长度200mm，每卷药卷重量为0.15Kg，局部有水情况采用等量的乳化炸药代替，采用7个段位非电毫秒微差雷管。周边眼装药采用径向不偶合间隔装药结构，不偶合系数为1.52.0，其他炮眼采用连续柱状装药，主爆区使用非电毫秒雷
7、管，周边眼用导爆索一次同时起爆。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽也许的使药沿炮眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是互相制约的。周边孔间距E 。周边眼通常布置在距开挖断面边沿0.1m至0.2m处,光爆孔的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜35。当爆孔孔径D为40mm时，周边孔间距E=（1016）D，丰宁隧道级围岩周边眼的间距为0.45m。光爆层厚度W 。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。断面大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，可以大些；断面小，光爆眼受到的夹制力大，光爆层厚度
8、相对要小些。同时，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。丰宁隧道光爆层厚度W=0.4m0.6m，级围岩W取45cm。密集系数K 。周边眼密度系数是周边眼间距E与光爆层厚度W的比值，是影响爆破效果的重要因素。 K=E/W（K取值1）上台阶炮眼数量：N1qs/=(1.156.94)/(0.80.78)=100个其中：q单位耗药量，取1.1kg/m3s开挖面积m2装药系数，取0.8炸药每米质量，采用32mm药卷单位质量为0.78kg/m因隧道开挖采用光面爆破，周边眼数量要比一般爆破多，增长系数一般取1.101.20，现场取1.15，因而炮眼数量为：N
9、N11.15115个各种炮眼深度计算掏槽炮眼深度为：L=l0.2=3.0/0.860.2=3.7m其中：L炮眼深度l每循环计划进尺数炮眼运用率，一般不低于0.85炮眼长度为3.7m。周边眼深度计算：L=l3.0/0.863.5m炮眼深度取3.5m。每一循环装药量Q及炮眼装药量的计算为了保证光面爆破的效果，掏槽眼的装药系数根据经验取0.70.9，现场取0.8。掏槽眼每眼装药量为：q1=3.70.80.782.31kg掏槽眼总装药量为：Q1=2.318=18.48kg辅助眼、底板眼的装药经验系数为0.650.85，现场取0.75辅助眼、底板眼每眼装药量：q2=3.50.750.782.04kg辅助
10、眼装药总量：Q2=2.0451=104.4kg底板眼装药总量:Q3=2.0415=30.6kg周边眼取装药量集中度为：0.32周边眼每眼装药量：q4=3.50.32=1.12kg周边眼装药总量：Q4=1.1241=45.92kg总装药量：Q=Q1Q2Q3Q418.48+104.4+30.6+45.92=199.4kg下台阶炮眼数量：N1qs/=(1.150.97)/(0.80.78)=90个其中：q单位耗药量，取1.1kg/m3s开挖面积m2装药系数，取0.8炸药每米质量，采用32mm药卷单位质量为0.78kg/m因隧道开挖采用光面爆破，周边眼数量要比一般爆破多，增长系数一般取1.101.20
11、，现场取1.15，因而炮眼数量为：NN11.15103个各种炮眼深度计算炮眼深度计算：L=l3.0/0.863.5m炮眼深度取3.5m。每一循环装药量Q及炮眼装药量的计算辅助眼、底板眼的装药经验系数为0.650.85，现场取0.75辅助眼、底板眼每眼装药量：q1=3.50.750.782.04kg辅助眼装药总量：Q1=2.0459=120.36kg底板眼装药总量:Q2=2.0428=57.12kg周边眼取装药量集中度为：0.32周边眼每眼装药量：q3=3.50.32=1.12kg周边眼装药总量：Q3=1.1216=17.92kg总装药量：Q=Q1Q2Q3120.36+57.1+17.92=19
12、5.4kg级围岩台阶法施工炮眼布置示意图本图单位为厘米掏槽眼布置图（本图单位为厘米）根据以上爆破参数，丰宁隧道台阶法施工光面爆破取得较好的爆破效果，具体参数总结如下：级围岩上台阶光面爆破炮眼药量分派表序号炮眼分类炮眼数(个)雷管段数(段)炮眼深度(cm)炮眼装药量每孔药卷数(卷/孔)单孔装药量(Kg/孔)合计药量(Kg)1掏槽眼8137015.42.3118.482辅助眼513935013.62.04104.43周边眼41113507.51.1245.924底板眼151335013.62.0430.65合计115199.4级围岩上台阶光面爆破重要经济技术指标序号项 目单 位数 量1开挖断面积m
13、256.942预计每循环进尺m3.03每循环爆破石方m3170.824炮眼总数个1155钻孔总数m426.36雷管用量发1357炸药用量Kg199.48比钻眼数个/m22.09比钻眼量m/m32.5010比装药量Kg/m31.1711单位体积岩体耗雷管量发/m30.7912预计炮眼运用率%96%级围岩下台阶光面爆破炮眼药量分派表序号炮眼分类炮眼数(个)雷管段数(段)炮眼深度(cm)炮眼装药量每孔药卷数(卷/孔)单孔装药量(Kg/孔)合计药量(Kg)1辅助眼593935013.62.04120.362周边眼16113507.51.1217.923底板眼281335013.62.0457.124合
14、计105195.4级围岩下台阶光面爆破重要经济技术指标序号项 目单 位数 量1开挖断面积m250.972预计每循环进尺m3.03每循环爆破石方m3152.914炮眼总数个1035钻孔总数m360.56雷管用量发1237炸药用量Kg195.48比钻眼数个/m22.069比钻眼量m/m32.3610比装药量Kg/m31.2811单位体积岩体耗雷管量发/m30.8012预计炮眼运用率%96%5 钻爆作业光面爆破施工工艺及效果评估5.1施工工艺要点5.1.1钻孔作业a 测量布孔：钻孔作业前，测量人员用全站仪准拟定出隧道中心线和拱顶面高程，用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm，每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查
