探究大山隧道硬岩爆破技术特征

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摘要：本文通过对大别山隧道硬岩爆破的成功做法，介绍了硬岩隧道钻爆法施工技术参数，以便为其它硬岩隧道提高施工进度和降低工程成本提供参考。

关键词：隧道光面爆破掏槽眼周边眼底板眼

一、工程概况

大别山隧道地处大别山腹地湖北省麻城市境内，穿越大别山山脉孟匠岩主峰，进口位于木子店镇洗马河村丁家沟，出口位于三河口镇碧绿河程硼畈村。进口里程DK212+426，出口里程DK225+682，隧道全长13256m，是合武线上最长、控制工期的隧道。

根据设计及实际开挖揭露的岩石情况，大别山隧道的主要岩石由花岗岩和片麻岩组成，颜色为浅灰或灰白色。按岩石的坚固性分级，大别山隧道全长90%为Ⅱ级围岩，爆破性程度为极难爆。通过试验花岗岩的主要物理力学指标值见《表1大别山隧道岩石力学指标》。

大别山隧道Ⅱ级围岩开挖断面面积为117.6m2，为特大断面隧道，采用多功能作业台架，人工手持风钻钻眼，全断面光面爆破施工。

二、全断面光面爆破

大别山隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩均采用全断面光面爆破，全断面共布置了31把风钻，181个炮眼，平均每平方米1.51个炮眼，炮眼利用率为91%，炮眼残余率为98%。每循环开挖进尺为3.0米左右，爆破方量约353方，装药量为312kg，平均单耗药量0.88kg/m3。作业台架风钻置见《图1钻孔台架风钻布置图》，炮眼布置见《图2光面爆破炮眼布置图》。

周边眼采用竹片、传爆线、小直径药卷及导爆管雷管间隔装药，反向起爆，其余掏槽眼及辅助眼、底板眼均采用连续装药，反向起爆，孔口采用浸泡后的炸药包装箱堵塞，堵塞长度约20cm～30cm。装药结构见《图2炮眼装药结构》，装药量见《表2全断面光爆装药量分配表》。全断面光爆经济技术指标见《表3全断面光爆经济技术指标表》。

全断面光面爆破炮眼布置如下图2图3所示：

2.1掏槽眼大别山隧道采用大断面锥形掏槽技术，它是楔形掏槽的改进。从左、右、上三个方向掏槽，掏槽面积50m2，掏槽眼总数43个，掏槽体积150m3左右，掏槽眼倾角及掏槽眼深度见全断面光面爆破炮眼布置图。同时，为了减小大块率，在掏槽区中部布置了8个辅助孔，这8个孔与岩面垂直，深度3.3米。采用该种掏槽方法优点是掏槽面积大、夹制力小、成功率高；掏槽眼分布稀疏可减少炮孔数量。装药长度一般为钻孔长度的70%，采用φ32mm的乳化炸药，装药集中度0.7kg/m。

2.2周边眼周边眼沿隧道轮廓布置，基本上取等距离布眼，在断面拐角处必须布眼，且应考虑一定的外插角，外插角斜率控制0.03～0.05，使前后两排炮眼的衔接台阶为最小，一般控制在8-10cm。光面爆破参数见《表4爆破参数表》：

表4爆破参数表

2.3辅助眼辅助眼布置于周边眼和掏槽眼之间，沿隧道环向布置。第一排辅助眼也即内圈眼距周边眼50cm，拱墙环向间距按90cm布眼，底部间距为120cm。第二排辅助眼距第一排辅助眼60cm，拱部环向130cm面布眼，两边墙环向70cm布眼，底部布眼间距为120cm。全断面共布置67个辅助眼，炮眼直径均为φ42mm，钻孔深度为3.3米，第一排辅助眼垂直岩面钻眼，第二排稍倾向隧道中线方向。辅助眼均采用直径φ32mm的乳化炸药连续装药，装药系数为0.55。

2.4底板眼在隧道施工中，底板的超欠挖控制最为困难，由于底板眼几乎接近于地面，钻孔的操作相对困难，稍微控制不好，就会出超挖或欠挖。同时装药量不足或过大也会影响底部的超欠挖。从开工之初，我们就对隧底的施工非常重视，钻孔时在地面上放置梯子或支撑杆（钢轨或工字钢），使钻孔能够按设计纵坡方向钻孔。隧底的和周边眼采用同段雷管，同时起爆，有共同作用效果。底板眼间距110cm，在边墙角部加密炮眼，底板眼加强装药，装药系数为0.72。

2.5起爆顺序

掏槽眼→辅助眼→周边眼和底板眼→侧壁眼（光面爆破）

2.6起爆方法采用导爆管雷管起爆法，起爆系统如下：

明火点火→导火索→火雷管→导爆管雷管→药卷或药包

采用复式联接网路，即局部簇联、全断面并联。每组组合雷管采用双雷管，万一组合雷管有一个拒爆，另一个还起作用，保证了传爆的可靠性。联接网路示意图见《图4起爆网络图》所示。

三、施工控制

3.1隧道爆破炸药的选择①药卷直径应根据钻孔大小合理选择，以消除其管道效应。②隧道有水的情况下，应选用防水型的炸药，以防遇水失效而拒爆。③隧道内遇坚硬岩石时，应选用猛度大的炸药，以破碎岩体和取得较高的炮眼利用率。④隧道周边光面爆破，应采用小直径、低爆速、低猛度的炸药。以取得优质的光爆效果。

3.2炮眼深度选择炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离，炮眼深度的确定应考虑围岩级别、钻眼机械及工具、循环进尺要求、炮眼利用率、作业循环时间最省、超挖小等技术经济指标，同时还应与装碴能力相适应。大别山隧道2006年1～3月份采用长3.0米，直径φ22mm的钻杆，实际钻眼深度为2.8米，平均每循环进尺2.47米。2006年3～11月份采用长3.5米，直径Φ22mm的钻杆，实际钻眼深度为3.3米，平均每循环进尺2.92米，炮眼利用率分别为88%和88.5%，施工循环时间以及进尺情况见表5循环时间及进尺表》所示：

表5循环时间及进尺表

每月进度情况见《图5大别山隧道开挖月进度》：

3.3钻孔质量的控制目前，在隧道开挖中，进行钻眼前先由专门测量人员根据设计，在掌子面上布孔，必须标出掏槽眼的周边轮廓，严格按炮眼的设计位置、深度、角度和孔径，分工定点、定位进行。影响钻孔质量的因素主要有三方面：一是测量误差，二是钻眼开口偏差，三是钻孔外插角大小。针对这三方面，我们进行了以下控制：

3.3.1测量方面过去针对隧道开挖面放线，都是采用人工拉钢尺或皮尺的方法。但是，由于爆破后的开挖面往往不平顺，采用过去的那种放线方法，所布设的轮廓线很不准确。为了解决这个问题，大别山隧道采用LeciaTCR402全站仪，该全站仪能够免棱镜测量，利用全站仪发出的激光直接射于岩面上进行测量放线，保证了测量的精度。

3.3.2钻眼开口误差和钻孔外插角大小钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角θ、开口位置e和钻孔的深度L，它们与衔接台阶高度(h)有如下的关系：h=e+Ltan（θ/2）(1)

式中：衔接台阶高度值随外插角θ和钻孔深度L的增加而增大。

根据施工经验来看，控制e值较容易，而控制外插角θ则较为困难。因此保证前后两循环间衔接台阶，我们尽量控制e值在4～5cm左右。对外插角θ的控制，主要是提高司钻人员的技术水平和定岗定位，一般情况下我们将θ控制在2°左右，因此衔接台阶高度h大多在10cm以内。

3.4装药与堵塞在将炸药装入炮眼前，应将炮眼内的残渣、积水排除干净，并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装填。

炮眼堵塞与不堵塞对爆破效果的影响很大，在隧道爆破中，堵塞长度一般为最小抵抗线的0.2～0.5倍，最小不少于20cm，堵塞可采用分层人工捣实法进行。

3.5起爆起爆网络必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆。采用导爆管雷管法起爆时，联结方法必须正确，族联每束不超过15根导爆管，为了“准爆”应尽量采用双雷管起爆，所有联结雷管都必须使用即发雷管或用火雷管加装导爆管，联结必须牢靠。

四、总结

①由于大断面硬岩隧道爆破影响因素很多，如岩石的力学指标、炸药的性能指标、地质构造等，为取得好的爆破效果，必须通过现场试验调整，以取得好的爆破效果。②隧道爆破效果的好坏，最关键还是在于管理，如测量的控制、钻孔的方向及角度、装药质量、堵塞质量等都直接影响的爆破效果，因此在隧道施工中加强管理，确保硬岩爆破效果。③爆破效果的检测：隧道开挖质量的好坏是成本控制的最佳途径，超欠挖及变形量测的检测是确定预留变形量的依据，合适的预留变形量可以减少超挖回填混凝土数量，炮眼残余率及循环时间的统计分析是确定循环进尺，加快施工进度，提高设备利用率的有效方法。④爆破施工中的安全管理，应常抓不懈，特别是火工品的管理，从运输、入库、领用、加工等各个环节严加控制，责任落实到人。

参考文献：

[1]张应立.工程爆破实用技术[M].北京.冶金工业出版社.2005.

[2]齐景嶽，刘正雄等.隧道爆破现代技术[M].北京.中国铁道出版社.1995.