简述光面铁路客运专线山岭隧道光面爆破设计和施工

【摘要】本文主要介绍了铁路客运专线山岭隧道光面爆破设计及各参数的确定方法和施工要求及注意事项。
【关键字】客运专线山岭隧道；光面爆破；设计与施工

一、工程概况

贵广铁路客运专线五标段金刚山一号隧道为单洞双线电气化铁路隧道，线间距为4.8米。本隧道全长5491m，是本标段控制性工程，也是本线的控制工程；洞内设人字型纵坡，变坡点为K315+250，隧道最大埋深700m。金刚山一号隧道起讫里程为K311+941～K317+432。其中Ⅴ级围岩2141m，占全长39%；Ⅳ级围岩2800m，占全长51%；Ⅲ级围岩550m，占全长10%。Ⅲ级围岩岩质弱风化，裂隙较发育，多薄层结构，围岩基本稳定。Ⅳ级围岩裂隙发育，岩体为破碎结构，Ⅴ级围岩稳定性差，易掉块。现就Ⅲ级围岩地段开挖采用全断面光面爆破法施工简述如下：

二、光面爆破参数的确定

1.炮孔直径D的确定

炮孔直径选择要点：一，要根据现场凿岩工具的使用情况，尽量使用一种型号，以免经常更换钻头；二，要根据现场的使用情况，尽量不去写作特殊药卷；三，考虑到洞身围岩为硬质岩，根据《铁路隧道施工技术指南》（TZ204---2008）不耦合系数选用1.3。本工程凿岩设备采用YT-28型气腿式凿岩机，选用岩石硝铵，药卷直径为32mm，综合以上考虑，炮孔直径以42mm为宜。

2.周边眼间距E的确定

周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1m至0.2m处，光爆孔的孔底朝隧道开挖轮廓线方向外斜3～5°。当爆孔孔径D为42mm时，周边孔间距E=（10～16）D，Ⅲ级围岩周边眼的间距依据规范围和围岩为硬质岩（30MPa≦Rc≦60MPa），周边眼间距选用55cm。

3.各炮孔装药量的确定

首先确定隧道单位耗药量，然后根据一次爆破开挖量算出总药量，根据各炮眼作用的不同进行药量分配，分配药量时，按一卷药量的整数倍进行取整。分配药量时，应适当加大隧道角隅眼的药量，因为该处自由面少，而且多有石渣堆积。
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。金刚山隧道光爆层厚度W=0.5m～0.8m，Ⅲ级围岩W取55cm。
密集系数K。周边眼密集系数是周边眼间距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）
孔深L。
围岩循环进尺：L=0.25×B×85%=0.25×14×85%=3.0m（隧道宽度B=14.0m）。除掏槽眼和底角眼取值3.5m外，其余各眼炮孔深度取3.2m。在实际操作中应视掌子面的凹凸情况，调整各炮眼钻孔长度，除掏槽眼和底脚眼超深30cm外，使所有炮眼眼底处于同一垂直面上。
装药量Q。一是确定单耗量q，单耗量对装药效率、炮孔利用率、开挖壁面的平整程度和围岩的稳定性都有较大的影响。它取决于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素。q取值1.2kg/m3。二是装药集中度Q。光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即：Q=qEW（Q确定为0.11～0.30kg/m）。
炮孔数量N。炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性能和性能。孔数过少将造成大块增多，周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况；相反，孔数过多将使凿岩工作量增大。
N=0.0012qS/ad2
式中N—炮孔数量，个；q—单位消耗量，取1.2kg/m3；S—开挖断面面积，（Ⅲ级围岩S=131m2）a—炮眼装填系数，取0.62；d—直径，2号岩石乳化为32mm。Ⅲ级围岩炮孔数量N=150个。

4.装药结构的确定

根据工地现有条件和成本方面考虑，周边眼装药采用径向不偶合间隔装药结构。视围岩情况采用半节药卷间隔装药，间隔距离15-30cm，炮孔内敷设导爆索连接所有药卷。装药集中度0.15-0.30kg/m。装填系数0.85-0.9。所有爆眼统一装φ32的2号岩石乳化，孔口用炮泥堵塞。光面爆破装药过程中，注意控制，掏槽眼、底板眼、辅助眼、周边眼用药量。

5.炮眼布置及原则

（1）掏槽眼：隧道爆破采用锥形掏槽形式，为保证掏槽钻眼精度，掏槽位置选择在隧道中线偏下的位置。（2）周边眼：根据光面爆破选定的周边眼间距，沿开挖轮廓线布眼，严格控制水平度外插角以保证光爆效果及减少超挖。（3）辅助眼：掘进炮眼，其炮孔间距，视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎程度的要求等因素而定，一般取0.7m～1.2m，岩石坚固取小值，反之取大值。（4）底板眼：底板眼沿开挖轮廓线布置，并适当增加药量起翻渣作用，使爆落的岩渣翻松，便于装载设备装渣。

三、隧道钻爆施工要求

（1）钻爆施工按新奥法原则实施，钻爆设计为光面爆破，同时增加段别，减少一次性起爆药量，实施可控非电爆破。（2）钻孔孔位依据测量定出的中线、腰线及开挖轮廓线确定。（3）周边眼必须在断面轮廓线上开孔，要从严控制孔位位置、方向、角度、深度，不合要求，则废孔重钻，一般周边眼和掏槽眼的孔位偏差不大于5cm，其他炮孔孔位不得大于10cm。（4）周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮眼应加深10～20cm，炮孔须落在爆破设计图规定的平面上。（5）钻孔完成后，要对钻孔实施高压风清孔，清孔后设专人对钻孔进行验收并记录，检查合格后方可进行装药。（6）装药严格按爆破设计进行，炮孔的装药、堵塞和引爆

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线路的联结，由经考核合格的炮工负责。（7）所有装药后的炮孔，必须用胶泥认真堵塞，严禁不堵孔起爆。（8）导爆管联结要结实可靠，采用双起爆管路，确保起爆成功。（9）起爆要有专人对装药、堵孔、联线进行检查、记录确认合格后方能起爆，钻爆施工要严格执行各项安全规定，确保施工安全。（10）每次起爆后，要验证效果记录资料，并进行分析，据此及时修正爆破设计，后一循环要处理先前一循环的欠挖部位。同时在开挖过程中注意保护混凝土衬砌和支护结构不受损坏。

四、隧道爆破质量标准

（1）残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布。（2）隧道周边眼痕迹保存率：硬岩在80%以上，中硬岩在60%以上。（3）相邻两孔间的岩面平整，孔壁不应有明显的爆震裂隙。（4）相邻两茬炮之间岩面的不平整度不应大于15cm。（5）爆破后，大的危石、浮石较少。

五、保证钻孔质量措施

（1）实行分区、定位、定质、定量、定人的岗位责任制，开孔做到“准、直、平、齐”。（2）勤量勤测，找准中线水平，标定周边眼及掏槽眼的孔位。（3）在拱顶1m处，定一临时中线，以保证炮眼沿隧道中线钻进；然后在标准孔内插上炮棍，作为其他炮孔的钻进方向标志。（4）根据要求的钻孔深度在钻杆上做好标记，使孔底落在同一平面上。周边眼孔深不超过辅助眼孔深。（5）严格清孔及炮眼堵塞控制，确保清孔干净及炮眼堵塞符合要求。

六、开挖中的超欠挖控制

虽然施工中超欠挖难免，但制定和掌握一定的技术措施是非常重要的，必须严格按技术规范和设计图纸执行。根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数，采用光面爆破和预裂爆破相结合的方法。光面爆破使用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的。要合理选用起爆段数，掌握好周边眼的爆破效果。测量放样要正确，保证开挖轮廓线的准确位置。提高钻孔精度，严格控制装药量

七、实施效果

本隧道围岩的光面爆破均达到规范和设计要求，线性超挖量平均控制在5cm以内，周边眼痕迹保存率在85%以上，得到监督单位和业主的好评。
八、结论
爆破设计是隧道开挖的关键技术，在进行爆破设计时应根据隧道断面大小、围岩级别、机械设备等进行综合考虑。对同级围岩，根据其岩石构造、破碎程度等不同情况，选取不同的光爆参数，可获得比较理想的效果。合理选用火工品品种和优化装药结构是保证光爆质量的重要因素。提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的一项重要措施。加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制，为光爆孔提供良好的爆破条件。