老龙山隧道光面爆破的设计应用

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　　摘要：本文介绍了光面爆破技术在隧道掘进中的应用及参数的确定和施工过程的质量控制。
　　关键词：隧道；光面爆破；爆破参数；质量控制
　　一、工程概况
　　老龙山隧道位于山西省静乐县赤泥洼乡留仙村境内，隧道左线长4978米，右线长4945米，是太原到佳县高速公路东段的重点控制性工程。我单位承担出口段施工：左线EZK56＋818-EZK58＋800，右线EYK56＋800-EYK58＋815，其中Ⅴ级围岩215米，Ⅳ级围岩560米，Ⅲ级围岩1340米，Ⅱ级围岩1882米。Ⅱ级围岩开挖面积为82.7m2,采用全断面开挖和光面爆破，非电毫秒雷管起爆，减少了超欠挖，减弱了对围岩的扰动，提高开挖质量确保了施工安全。
　　二、光面爆破
　　光面爆破是按隧道断面的设计轮廓线合理布置周边眼而采取的一种控制爆破，实质就是爆破光面层，实施爆破后，在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，使隧道断面既符合设计轮廓要求，又能保证孔壁岩石不产生或少产生破坏，形成光滑的表面和一定的断面形状。
　　在隧道掘进中采用光面爆破有以下优点：
　　（一）能有效减少超挖和挖运岩石量，能够加快隧道掘进速度，降低成本；
　　（二）围岩轮廓外裂隙区范围小，对围岩强度破坏不大，能显著提高隧道稳定性和轮廓质量，减少支护工作量和支护材料的消耗，确保隧道施工安全；
　　(三)做好光面爆破能保证防水板与衬砌混凝土和围岩紧密贴合，不产生空洞，保证施工质量。
　　三、施工方法和机具
　　老龙山隧道Ⅱ级围岩段采用全断面开挖光面控制爆破，钻孔采用自制简易台车，YT28型气腿式凿岩机，钻头直径42mm。采用ZLB50B侧卸式装载机和反铲挖掘机装渣，自卸汽车运输至洞外。
　　四、光面爆破的设计
　　（一）进尺与炮眼深度的选择
　　一般随着眼深的增加,单循环的进尺也越高。但钻眼的深度与钻眼机械有关,随着眼深的增加,钻眼效率降低,而且眼孔易出现弯曲,孔间误差过大影响爆破效果。通过实践证明,老龙山隧道在Ⅱ级围岩条件下,每循环进尺3.0m,炮眼深度在3.2～3.4m比较合适。
　　（二）爆破器材及起爆顺序
　　选择2号岩石硝铵炸药,规格为φ32×200(0.15kg/卷)和φ25×200(0.12kg/卷),塑料导爆管采用1:15段非电毫秒雷管。光面爆破时,从掏槽眼开始,一层一层从截面中心往外进行,最后是周边眼爆破。布置雷管段号时应注意,安排合理的段间隔时间,前一段的起爆要尽量为后一段爆破创造良好的临空面。
　　（三）掏槽眼
　　掏槽效果的好坏直接影响掘进效果和炮孔利用率。老龙山隧道钻爆施工中采用斜眼掏槽。
　　（四）爆破参数选择
　　影响光面爆破效果的主要参数是:周边炮眼间距E、周边眼密集系数m、最小抵抗线W、不偶合系数D、装药集中度q。实践证明这些参数是共同起作用的,只有这些参数都在正确的范围内时,爆破效果才是最理想的。各种参数中周边眼装药集中度q,是最重要的参数。所以对光面爆破来讲,根据地质条件、炸药品种、性能等因素,正确设计装药集中度q是最为重要的。影响光面爆破参数变化的因素很多,主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩设备性能、地质条件等。其中最主要的是地质条件的变化。
　　1.周边眼间距a0
　　周边眼间距和最小抵抗线是光面爆破的2个重要参数。一般原则是:软岩和层理节理发育的岩层上,眼距应小而抵抗线应大,在坚硬稳定的岩层上,眼距应大些,抵抗线应小些。隧道跨度较大时,眼距适当加大。隧道开挖施工爆破可按下式确定周边眼间距a0。
　　a0=(12～16)d1
　　式中:d1为炮眼直径;mm。
　　对于隧道光面爆破的周边眼间距可取600～700mm,若开挖面曲率较大,岩石对爆破的夹制作用较强,炮眼间距可缩小至450～500mm,导向空眼和装药眼之间的间距一般不小于400mm。以理论为依据,通过反复试验和综合分析论证,老龙山隧道Ⅱ级围岩可取a0=60cm。
　　2.炮眼密集系数m
　　炮眼密集系数也称炮眼邻近系数,它表达了炮眼间距a0与最小抵抗线W之间的关系即m=a0/W,是光面爆破参数确定中的一个关键值。目前,在工程施工中,光面层厚度的确定,一般情况下,周边眼间距a0与光面层厚度W的比值为:
　　m=a0/W=0.8～1.0
　　当m>1时,说明a0值偏大,W值偏小,爆破时易出现眼间裂缝,周边眼尚未沟通前应力波已传到二圈眼,这样光面眼就变成偏斗爆破。当a0=W时,m=1。爆破时光面眼之间的裂缝形成较好;当m=0.5时,即2a0=W,光面层不易爆下来,实践表明m=0.8～1.0时较好。
　　3.光面爆破的最小抵抗线
　　理论和实践证明,光面爆破炮眼间距与最小抵抗线之比取0.8为好,即:E/W=0.8,W=1.25E
　　当岩石坚韧时,抵抗线W应减小;岩石破碎时,在节理裂隙发育处,抵抗线W应增大。
　　4.不耦合系数D
　　炮眼直径与药包直径的比值称为不耦合系数。当不耦合系数D=1时,表示药包与孔壁紧密接触。当D>1时,表示药包与孔壁之间存在着空气间隙。当药包与孔隙之间存在着空气间隙时,爆破将在间隙中衰减很多,导致作用于孔壁的冲击压力大为减小,从而减小了传递给岩面的爆炸能量。因此,在实际施工中,主要采用耦合装药改变装药结构来实现控制爆破。
　　研究表明,不耦合系数的大小与炮壁上的最大切向应力之间呈指数关系。因此,当炮眼直径为32～45mm时,不耦合系数D=1.5～2.0。
　　5.装药集中度q
　　(1)循环耗药量的计算
　　Q=k×S×L
　　式中:k为爆破1m3岩石的用药量,kg/m3;S为导坑断面面积;L为炮眼深度。
　　(2)炸药量的分配
　　爆破隧道不同部位的炮眼所起的作用不同,因而各部位炮眼的装药量也不同。
　　q=k×a0×ω×L×λ
　　式中:q为单眼装药量,kg;k为单位炸药消耗量,kg/m3;ω为炮眼爆破方向的抵抗线,m;a0
　　为炮眼间距,m;L为炮眼深度,m;λ为炮眼的部位系数,掏槽炮眼λ=2～3,扩槽炮眼λ=2,掘进槽土λ=0.8,掘进槽侧λ=1,内圈炮眼λ=0.6,底眼λ=1.5。
　　6.装药结构