喻业洪
（四川川交路桥有限责任公司，610083）
【摘 要】介绍了一条特长隧道爆破设计，探索在极硬岩石中采用循环进尺3.5m，通过分段起爆和周边光面爆破控制爆破效果的爆破设计。
【关键词】极硬岩；循环进尺；3.5m；爆破；设计
引言：
四川省桃园（川陕）界至巴中高速公路控制性工程米仓山隧道全长13833m，属特长隧道，合同工期60个月（土建工期54个月）。隧道由两端向分界点掘进，出口端独头掘进达7732m，施工采用新奥法，钻爆开挖。施工开始阶段由于埋深较小，围岩较差，采用台阶开挖，进度较慢；加之开挖采用设计进尺3.0m，实际平均进尺2.8m；第一年平均月进尺100m，造成后期进度压力较大。为了加快施工进度，项目在加强管理同时采用将循环进尺增大至3.5m，通过实践取得良好效果，实现平均月进尺达185m，最大月进尺222m的良好效果。
一、隧道地质条件
围岩以石英闪长岩为主，极限抗压强度一般为100～170MPa，隧道开挖宽度12.3m，Ⅳ平围岩段开挖断面87.89m3，Ⅲ级围岩段85.02m3。
二、隧道开挖爆破的难点分析
针对爆破开挖区的工程地质、地形条件及工程爆破质量与安全的要求，开挖爆破的难点主要体现在如下几个方面。
1．围岩属坚硬岩，弱风化，因此掘进时的掏槽孔爆破效果难以保证。
2．隧址区呈块状山地形，相对高差1365m，在Ⅲ、Ⅱ级围岩区有弱～强岩爆现象出现。
三、爆破总体方案确定
为了减弱爆破作用对围岩的扰动，尽可能降低爆破地震效应，在爆破后形成平顺、光滑的开挖洞壁。设计采用周边光面爆破的全断面掘进方案，具体爆破方案如下。
（1）隧道中央下部垂直复式楔形掏槽
单循环进尺设计为3.5m，由于掏槽孔深度达到4m，岩体爆破的夹制作用较强，为保证掏槽爆破效果，采用复式楔形掏槽形式。考虑到钻孔台架的结构尺寸，掏槽区在横向的长度应达到4～5m，高度2～3m。
（2）垂直于掌子面的掘进炮孔爆破
为减少总的钻孔长度、保证钻孔精度，除掏槽孔和辅助掏槽孔外，所有掘进炮孔均垂直于掌子面钻进。
（3）周边光面爆破
周边孔采用光面爆破，周边孔布置在开挖边界上，孔底则位于开挖边界外侧10cm处。炸药爆速选用2200m/s左右，药卷直径25mm，采用径向不耦合和轴向不耦合的装药结构。
四、掘进爆破参数设计
1．炮孔直径
掘进爆破的炮孔直径均设计为40mm。
2．单循环爆破进尺
单循环实际进尺设计为3.5m，掘进炮孔的深度设计为3.8m。
3．炸药单耗
结合类似工程的经验，在采用乳化炸药时，设计选取炸药单耗 kg/m3。
4．单循环的炸药耗量
单循环开挖爆破的炸药耗量根据所爆破的岩石体积计算，即由下式给出：
式中： —循环炸药耗量，kg；
q—炸药单耗，kg/m3；
S—掘进断面面积，m2；
L—掌子面上炮孔的平均深度（炮孔底至掌子面的距离），3.8m；
—炮孔利用率，一般在0.90～0.95之间，设计按照0.92计算。
将计算结果取整后，得到单循环爆破的炸药耗量为 280～342kg。
5．单孔装药量计算方法
单孔装药量由下式计算：
式中 —单孔装药量，kg；
— 装药系数，按照爆破类型的不同，一般取0.45～0.75；
—掌子面上炮孔的长度，m；
—每个药卷质量，kg；
—每个药卷长度，m。
工程爆破中采用φ32mm的乳化炸药卷，药卷质量一般为0.20kg/卷，每个药卷的长度按0.2m计算。将光面爆破孔的装药系数计算在内时，平均装药系数取为0.45～0.65，则平均单孔装药量 kg。
6．炮孔堵塞长度
炮孔堵塞长度根据炮孔直径和确定：
式中： —炮孔堵塞长度，m；
—炮孔直径，m。
经计算， 。对于光面爆破孔的堵塞长度应不小于0.4m，其他炮孔的堵塞长度选取为0.9～1.3m。
7．掏槽孔爆破参数设计
（1）掏槽孔夹角
楔形掏槽孔的夹角为45?～60?较为适宜。由于断面宽度达到12.3m，为减小掏槽孔爆破的夹制作用，设计选取内层掏槽角 ，外层掏槽角 。
（2）掏槽孔的孔底间距
每对掏槽孔的孔底距一般为0.1～0.3m，设计选取孔底距为0.2m。
（3）掏槽孔及辅助掏槽孔的深度
掏槽孔的孔深一般比单循环掘进炮孔超深 =0.1～0.3m，且软岩取小值、硬岩取大值。本设计选取掏槽孔超深 =0.2m，则掏槽孔的孔深为4.0m，辅助掏槽孔的孔深与掘进孔相同，即取值3.8m。
（4）掏槽孔孔口距
掏槽孔孔口距根据以下公式计算：
式中： —掏槽孔的超深，m；
—掏槽孔倾角；
—掏槽孔的孔底距，m。
计算并取整，得到内层掏槽孔的孔口距 4.0 m，外层掏槽孔的孔口距 =4.8m。
（5）掏槽孔及辅助掏槽孔的排距
为保证掏槽孔的爆破效果，每对掏槽孔之间的排距为 0.55m，辅助掏槽孔的排距为 0.7～0.8 m。
（6）掏槽孔及辅助掏槽孔的装药量
掏槽孔的单孔装药量一般比平均单孔装药量增大20～30%，且与掏槽孔倾角有关，设计选取内层掏槽孔的单孔装药量为1.6～1.8kg，外层掏槽孔的单孔装药量应视其与内层掏槽孔、外侧辅助掏槽孔的空间关系确定，这里设计为2.0～2.4kg；辅助掏槽孔的单孔装药量设计选取为2.6～2.8kg。
（7）掏槽孔堵塞长度
设计选取内层掏槽孔的堵塞长度为1.1～1.2m，外层掏槽孔的堵塞长度由内掏槽孔的装药长度和二者之间的空间位置关系确定，一般大于1.6～1.8m；辅助掏槽孔堵塞长度设计为1.1～1.3 m。
8．掘进孔（底板孔）爆破参数设计
（1）内外层掘进孔之间的距离
为保证掘进孔的爆破效果，掘进孔排距为 0.7～0.9m。
（2）同排掘进孔的孔距
根据经验，掘进孔孔距取为0.9～1.2m。
（3）掘进孔的单孔装药量
掘进孔的单孔装药量按照0.7的装药系数选取，设计取为2.6～2.7kg；底板孔增大5%～10%，其装药量设计为2.8kg。
（4）掘进孔堵塞长度
掘进孔堵塞长度设计为1.1～1.2m。
9．周边孔光面爆破参数设计
（1）光爆孔的孔距
通常光面孔的孔距可按炮孔直径选取：
式中： —光面炮孔的孔距，m；
—光面炮孔的孔径，m。
由于爆区岩体的强度较高，经计算且根据工程类比，取光面炮孔的孔距0.5m。
（2）光爆孔的最小抵抗线
通常光爆孔最小抵抗线多为光面爆破孔孔距的1.2～1.8倍，设计选取光爆孔的最小抵抗线0.7～0.8m。
（3）光爆孔的线装药密度
根据围岩情况，结合经验，在采用乳化炸药时，选取光爆孔线装药密度0.18～0.22kg/m。
（4）光面爆破的单孔装药量
光面爆破的单孔装药量按照线装药密度计算，由下式给出：
式中： —光爆孔单孔装药量，kg；
—光爆孔线装药密度，kg/m；
—光爆孔长度，3.8m；
经计算，取光面爆破的单孔装药量为 。
（5）光爆炮孔的堵塞长度
光爆炮孔的堵塞长度和堵塞质量直接关系到周边孔的爆破效果，一般堵塞长度应不小于0.4m。
10．爆破设计参数汇总表
爆破的主要参数列于表1。
表1 米仓山隧道Ⅲ级围岩全断面掘进爆破参数汇总表
五、爆破施工设计
1．炮孔布置
爆破的炮孔布置如图1和图2所示。施工时，掘进炮孔的位置允许在5～10cm范围内调整，其余的调整间距则不宜大于5cm。
2．装药结构与炮孔堵塞
（1）装药结构
为改善爆破效果，所有炮孔均采用反向起爆方法，即起爆药卷置于炮孔底部。周边孔采用导爆索起爆，其装药结构如图3所示。
（2）炮孔堵塞
炮孔堵塞采用配比为1:3的粘土与细沙的混合物或粘性较好的粘土堵塞。装药结构及炮孔堵塞如图4所示。
3．起爆网路设计
掘进爆破的起爆顺序如图5所示，按图示序号①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧顺序起爆。相邻排的微差时间间隔为25～50毫秒，最后一排爆孔与光面爆破孔的微差时间不小于100毫秒。整个掌子面的所有炮孔采用同次起爆、孔内分段延迟的非电导爆管起爆网路起爆，每孔内装1发毫秒雷管。所有炮孔的导爆管起爆雷管采用簇并联方式连接，网路的传爆雷管采用1段瞬发电雷管或1段瞬发导爆管雷管爆炸激发。雷管传爆导爆管时，单个节点须使用2发传爆雷管且被传爆的导爆管数量不多于20根。
周边光面爆破孔采用导爆索起爆，各药卷之间留出约20cm的轴向空气间隙；各周边孔的起爆导爆索用同段导爆管雷管起爆，雷管绑扎在孔口位置，并使雷管的底部（聚能穴方向）指向孔底。也可整个周边孔的所有孔内起爆导爆索全部采用“T”形方式连接成一个网路，采用最大段别的雷管起爆。
4．爆破材料消耗统计
设计循环材料消耗量见表2，表中的用量已计入了孔外传爆雷管数和连接用导爆索数量。
表2 单循环爆破材料消耗汇总表
炸药量雷管量导爆索
340.4kg186发242m
结论：
通过表3可以看出2015年9～2016年1月平均循环进尺均在3.5m左右，优化爆破方案后进尺达到设计目的，且周边震动影响及超欠挖均取得较好效果，月进尺明显加快。在极硬岩条件下，能够实现开挖循环进尺3.5m，对于硬岩且工期较紧隧道怎么加快施工进度提供又一方向。
表3 调整后爆破效果统计表
参考文献：
[1]张志毅 王中黔主编 交通土建工程爆破工程师手册 2002
[2]刘殿中主编 工程爆破实用手册 1999
[3]齐景岳等 隧道爆破现代技术 1995
[4]陈华腾等 爆破计算手册 1991
[5]汪旭光 乳化炸药 1993
论文作者:喻业洪
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：进尺论文; 药量论文; 光面论文; 雷管论文; 长度论文; 围岩论文; 炸药论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;