周志偉

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300450)

1 工程概況

桂溪隧道出口位于桂溪鎮(zhèn)甘溪村木耳廠北側(cè)附近山間沖溝的出口，沖溝寬約30m，溝深2～5m左右，溝口堆積主要為沖積下來(lái)的孤石、漂石等。桂溪隧道為特長(zhǎng)隧道，根據(jù)合同要求，本次施工左線總長(zhǎng)度為3047.917m，起訖樁號(hào)ZK191+377.083～ZK194+425，右線總長(zhǎng)度為3083.623m，起訖樁號(hào)K191+335.877～K194+419.5，其最大埋深分別為752.8m、710m。隧道洞口段圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，洞身段為Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)。隧道地址選擇在秦嶺與松潘甘孜、楊子地臺(tái)地槽褶皺系交匯的地方，位于龍門山中央斷裂帶東側(cè)，距離斷裂帶大約2.5km，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。根據(jù)物探、工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探可知，隧址區(qū)內(nèi)發(fā)育有六條裂隙密集帶或構(gòu)造破碎帶。

2 光面爆破概要

2.1 光面爆破作用原理

光面爆破是合理選擇爆破參數(shù)的先進(jìn)控制爆破技術(shù)，破巖機(jī)理十分復(fù)雜，需要充分考慮各項(xiàng)指標(biāo)。一般而言，當(dāng)起爆炸藥的時(shí)候，巖石會(huì)產(chǎn)生兩種效應(yīng)，一種是沖擊波效應(yīng)，另一種是爆炸氣體膨脹做功所起的作用。前者主要是爆破時(shí)爆破物在高溫高壓的環(huán)境下所形成的外部沖擊，后者主要是由于爆炸壓縮空氣所導(dǎo)致的外部沖擊。光面爆破與局部爆破有所不同，其要求周邊眼同時(shí)起爆，通過(guò)應(yīng)力波以及爆生氣體準(zhǔn)靜壓力作用，形成作用力,使得炮眼之間的連線所具有的切向拉應(yīng)力強(qiáng)度高于巖石抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而造成貫通式裂縫[1]。此外，還可以有效抑制孔壁非貫通式裂縫，防止裂縫方向不一致，避免周圍巖石的破壞，使得爆裂面變得更加平整。

2.2 光面爆破的技術(shù)要點(diǎn)

為保證軟弱圍巖光面爆破效果，需要掌握的技術(shù)要點(diǎn)如下：根據(jù)具體情況，以隧道掌子面圍巖為基礎(chǔ)，合理布置爆破眼分布，同時(shí)科學(xué)設(shè)定眼的間距、最小抵抗線，最大限度地提升所打鉆眼的質(zhì)量[2]；周邊眼裝藥量嚴(yán)格控制，將一截藥卷平均分成4份，采用間隔裝藥的方式，使爆炸力沿炮眼均勻分布；使用小直徑卷和低爆速、低猛度的炸藥對(duì)周邊眼進(jìn)行布藥；起爆時(shí)需要保證微秒的微差，按照設(shè)計(jì)好的順序進(jìn)行，同時(shí)安排好掌子面的挖掘程序，使光面爆破能夠在一定范圍內(nèi)獲得合理的臨空面。

3 工程光面爆破實(shí)施準(zhǔn)備

3.1 鉆孔與爆破器材

用氣腿式TY-28風(fēng)槍或鑿巖臺(tái)車打眼，炮孔直徑d為42mm，人工裝藥，炸藥采用φ32的2號(hào)巖硝銨藥卷，周邊眼采用φ25的光爆專用小藥卷(滿足不耦合系數(shù)1.5～2.0要求)，使用非電毫秒雷管配合塑料導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)起爆。

3.2 爆破實(shí)施參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2.1 掏槽眼參數(shù)

在選擇掏槽的時(shí)候，為了方便爆破，一般采用垂直楔形，開(kāi)挖面和炮眼之間的夾角為α，上面炮眼和下面炮眼(兩對(duì))間距為a，位于同一平面上的掏槽眼(1對(duì))，其間距為b，這一因素是影響掏槽效果的主導(dǎo)性因素之一[3](具體參數(shù)見(jiàn)表1)。

表1 垂直楔形掏槽爆破參數(shù)

3.2.2 周邊炮眼主要參數(shù)

在設(shè)計(jì)周邊眼的時(shí)候，需要充分考慮外插角的情況，一般外插角為3°～5°，間距E為(8～18)d，在336～756mm之間。最小抵抗線W=(10～20)d，當(dāng)處于這一范圍內(nèi)的時(shí)候，其緩沖作用可以達(dá)到最佳，此時(shí)光爆效果最好[4]。周邊眼裝藥集中度q一般取值為0.07～0.35kg/m，具體以試爆為準(zhǔn)，初步確定的各級(jí)圍巖光面爆破參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 光面爆破周邊眼一般參考數(shù)值

3.2.3 炮眼數(shù)量及裝藥量參數(shù)設(shè)計(jì)

炮眼數(shù)量為

式中N——炮眼數(shù)目，不包括未裝藥臨空眼；

K——單位炸藥消耗量，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)取 0.5～1.2kg/m3；

S——開(kāi)挖斷面積，m2；

n——裝藥系數(shù)，即炮眼裝藥長(zhǎng)度與炮眼長(zhǎng)度的比值；

r——硝銨炸藥線裝藥密度，kg/m，2號(hào)硝銨炸藥取0.78kg。

每一循環(huán)裝藥量為

Q=KV

式中K——單位炸藥消耗量，kg/m3；

V——一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺開(kāi)挖巖石總量，m3，有效進(jìn)尺取95%。

各炮眼裝藥量：周邊眼根據(jù)裝藥集中度推算裝藥系數(shù)。除周邊眼外，其他炮眼的裝藥系數(shù)，需要根據(jù)底眼、輔助眼、掏槽眼的情況設(shè)定，計(jì)算K值如與設(shè)定不符，需重新調(diào)整裝藥系數(shù)。

4 各類圍巖炮眼布置及技術(shù)指標(biāo)

4.1 Ⅴ級(jí)圍巖留核心土法

4.1.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

采取人工鉆孔，考慮到圍巖不穩(wěn)定等情況，掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底板孔孔深根據(jù)實(shí)際情況取值，采用楔形掏槽，周邊輪廓布置周邊孔，按光面爆破要求進(jìn)行布孔和裝藥。炮眼布置見(jiàn)圖1，斷面開(kāi)挖藥量分配及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3、表4。

圖1 Ⅴ級(jí)圍巖炮眼布置

表3 Ⅴ級(jí)圍巖留核心土法光面爆破炮眼藥量分配

表4 Ⅴ級(jí)圍巖留核心土光面爆破主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

4.1.2 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

按照掏槽孔、輔助孔、底板孔以及周邊孔的順序，進(jìn)行起爆，起爆的時(shí)候，采用毫秒導(dǎo)爆管雷管，雷管的段值為1、3、5、7、9段。起爆網(wǎng)路采用束狀連接，即“一把抓”，每束20根左右，采用1段毫秒導(dǎo)爆管雷管綁扎，束與束之間再用1段毫秒導(dǎo)爆管雷管連接，最后使用激發(fā)針激發(fā)導(dǎo)爆管起爆。

4.2 Ⅳ級(jí)圍巖兩臺(tái)階爆破

4.2.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

采用楔形掏槽，周邊輪廓布置周邊孔，按光面爆破要求進(jìn)行布孔和裝藥，各開(kāi)挖分部炮孔布置見(jiàn)圖2，斷面開(kāi)挖藥量分配及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表5、表6，實(shí)際以試爆為準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)修正。

圖2 Ⅳ級(jí)圍巖炮孔布置

表5 Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階法光面爆破炮眼藥量分配

表6 Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階法光面爆破主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

4.2.2 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

按照掏槽孔、輔助孔、底板孔以及周邊孔的順序，進(jìn)行起爆，起爆時(shí)，采用毫秒導(dǎo)爆管雷管，雷管的段值為1、3、5、7、9、11、13、15、17段。起爆網(wǎng)路采用束狀連接，即“一把抓”，每束20根左右，綁扎以及束與束之間連接的時(shí)候，使用1段毫秒導(dǎo)爆管雷管連接。連接完成，使用激發(fā)針開(kāi)始起爆。

5 軟弱圍巖光面爆破施工工藝控制

5.1 測(cè)量布孔

測(cè)量時(shí)，首先清理掌子面，然后使用全站儀進(jìn)行測(cè)量，繪制出具體開(kāi)挖輪廓，然后在掌子面上使用紅油漆標(biāo)記出掏槽眼、周邊眼、輔助眼以及底眼的位置，保證各個(gè)孔眼位置的誤差能夠控制在5cm以內(nèi)，保證開(kāi)挖臺(tái)階在15cm以內(nèi)[5]。按照事先設(shè)計(jì)好的炮孔布置圖，由測(cè)量班準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)記出開(kāi)挖輪廓線范圍并標(biāo)記出主要炮孔的位置。

5.2 鉆孔及驗(yàn)孔

鉆孔時(shí)，孔底應(yīng)落在同一垂直面上；掏槽眼的鉆孔應(yīng)當(dāng)控制好誤差，保證其精度，實(shí)際操作中誤差不得超過(guò)3cm，同時(shí)還需要控制好炮孔深度、角度和間距，嚴(yán)格禁止打穿炮孔或者使炮孔相交[6]；輔助眼均勻分布，為方便排水，孔眼可稍微傾斜，最大不超過(guò)輪廓線10cm。在鉆眼施工過(guò)程中經(jīng)常檢查炮眼方向，若孔眼出現(xiàn)偏位，須及時(shí)校正，不符合要求的孔眼予以廢除。

鉆孔后必須用高壓風(fēng)清孔，確保全部炮孔滿足爆破設(shè)計(jì)要求，每次鉆孔結(jié)束后應(yīng)由專職驗(yàn)收人員對(duì)鉆鑿的炮孔檢查驗(yàn)收，應(yīng)檢查炮孔位置、深度、角度等參數(shù)是否符合爆破設(shè)計(jì)要求，并做好相關(guān)記錄。

5.3 裝藥

爆破需要選擇乳化炸藥，裝藥前，要將起爆藥卷以及藥串按照要求加工好。根據(jù)分段號(hào)，將其腳線盤好，放置在箱子內(nèi)，將一截藥卷平均分成4份，按照鉆爆設(shè)計(jì)的裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行間隔裝藥，確保炮孔裝藥作業(yè)按爆破設(shè)計(jì)有序地進(jìn)行，裝藥時(shí)，按照分組和分片方式進(jìn)行，按照要求和規(guī)定，將堵塞的炮泥搗結(jié)實(shí)，同時(shí)保證其長(zhǎng)度大于30cm。

5.4 連接起爆網(wǎng)絡(luò)

與其他起爆網(wǎng)絡(luò)不同，復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的可靠性，準(zhǔn)確率也相對(duì)較高。在采用復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)的連接過(guò)程中，要保證導(dǎo)爆管的順暢，不得出現(xiàn)打結(jié)、破損、拉細(xì)等情況，各炮眼中，雷管段數(shù)需要和鉆爆設(shè)計(jì)相同，在雷管距一簇導(dǎo)爆管自由端10cm以上的地方，使用黑膠布包扎好，由專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)檢查。

5.5 瞎炮處理

如果發(fā)現(xiàn)有瞎炮應(yīng)當(dāng)先查明原因，然后按照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行下一步處理。

6 光面爆破質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

爆破后的圍巖壁面應(yīng)當(dāng)圓順平整，無(wú)欠挖，當(dāng)眼深3m時(shí)其超挖量應(yīng)控制在10cm以內(nèi)，當(dāng)眼深5m時(shí)其超挖量應(yīng)控制在13cm以內(nèi)。

若掌子面圍巖為堅(jiān)硬巖石且整體性較好時(shí)，半眼痕保存率應(yīng)大于80%；若掌子面圍巖為中硬巖石時(shí)，半眼痕保存率應(yīng)大于70%；若掌子面圍巖為軟巖時(shí)，半眼痕保存率應(yīng)大于50%，炮眼利用率應(yīng)大于90%。

7 軟弱圍巖光面爆破實(shí)施效果

開(kāi)挖輪廓基本與設(shè)計(jì)要求一致，爆破后軟弱巖石壁面較為平整，起伏度控制在10cm以內(nèi)，與一般爆破方式相比初噴混凝土每延米可節(jié)省1.3m3，仰拱回填混凝土可節(jié)省0.6m3；爆破后巖石壁面半眼痕保存率大于80%；爆破后，巖層壁面上基本無(wú)粉碎損傷，未出現(xiàn)新生裂隙，對(duì)圍巖的擾動(dòng)弱；相對(duì)一般爆破而言，軟弱圍巖光面爆破循環(huán)進(jìn)尺理想，可加快進(jìn)度縮短施工工期。

8 結(jié) 語(yǔ)

光面爆破是現(xiàn)階段較為常用的隧道鉆爆技術(shù)之一，相較于普通爆破，對(duì)巖石的擾動(dòng)小，能夠保障施工安全，同時(shí)保持隧道巖石的穩(wěn)定。此外，在爆破后其爆破面圓順平整，為后續(xù)噴錨、襯砌等工序打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)還可減少超挖量和混凝土回填數(shù)量，為工程節(jié)約成本，提高效益。