太岳山隧道光面爆破施工技术

【摘要】 介绍太岳山隧道出口段光面爆破参数的选择、施工方法及工艺，对控制隧道超欠挖起了积极的作用。

【关键词】 铁路隧道；光面爆破；参数选择；施工技术

一、工程概述

太岳山隧道为山西中南部铁路通道项目的重点控制性工程，工期紧、任务重，隧道全长16194m，位于山西省临汾市古县与安泽县境内，由中铁三局集团有限公司承担施工任务。

隧道最大埋深约300米，最小埋深约5米。隧道洞身穿越地层多为砂岩、泥岩、页岩及其互层，岩性变化大，水平岩层发育，地下水较大，地质构造复杂。隧道区地层岩性主要为第四系上更新统砂质黄土、中更新统粉质黏土，基岩主要为二叠系上统石千峰组泥岩夹砂岩、下石河子组砂岩夹泥岩。砂岩夹泥岩为隧道洞身通过的主要地层，顶部为黄绿色厚层砂岩和少量暗紫红色泥岩，局部夹薄层泥岩，底部为黄绿色厚层含砾中粗粒砂岩。

出口段隧道穿越深度以泥岩为主，其围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级，其中Ⅳ级围岩占80%。采用台阶法开挖，锚网喷加格栅钢架初期支护，全断面复合式衬砌。

二、光面爆破优点

目前，大断面隧道光面爆破施工有两种方法：一是预留光爆层法；二是一次开挖成型法。根据施工现场围岩实际情况，考虑加快施工速度，该隧道采用一次开挖成型的光面爆破方法。

三、光面爆破方案设计

（一）、爆破参数的选择

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。太岳山隧道主要为III级围岩，上导开挖断面的面积为55m2，采用2号岩石铵梯炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用电雷管和非电毫秒导爆雷管起爆。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

1、光爆层厚度（B）

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。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。太岳山隧道确定光爆层厚度（B）为0.50～0.80。

2、周边眼密集系数

周边眼密集系数是周边眼间距（a）与光爆层厚度（B）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

A=（12～16）d K= a/B

式中，a为周边炮眼间距，cm；

d为炮眼直径，mm。

K值总是小于1当d=38～46mm，a=30～60cm，

B=75～80cm时，K=0.6～0.8。

3、装药量计算：

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，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q=QaB

式中q―装药集中度，kg/m；

Q―单位体积耗药量，g/m3；

A―周边眼间距，m；

B―光爆层厚度，m；

4、装药结构和起爆方式

5、光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼――辅助眼――周边眼――底板眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管。光爆层的光爆眼用用导爆索一次同时起爆。

（二）、出口工区爆破设计

1、出口工区上台阶炮眼布置图

2、出口工区上台阶爆破炮眼药量分配表

序号 炮眼分类 炮眼数（个） 雷管段数（段） 炮眼深度（m） 炮眼装药量

每孔药卷数（卷/孔） 单孔装药量（kg/孔） 合计药量（kg）

3 周边眼 42 11 4 7 1.4 58.8

3、出口工区上台阶爆破主要经济技术指标

序号 项目 单位 数量 备注

2 预计每循环进尺 m 4

3 每循环爆破石方 m3 220

4 炮眼总数 个 125

5 钻孔总数 m 518.7

6 雷管用量 发 125

8 比钻眼数 个/m2 2.27

9 比钻眼量 m/m3 2.36

10 比装药量 kg/m3 0.86

11 单位体积岩体耗雷管数 发/m3 0.57

四、施工方法及工艺

（一）、钻爆机具材料

（二）、光面爆破施工工艺

1、放样布眼

钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

2、钻眼要求

掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距、眼底间距误差不得大于5cm。

辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。

周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破

3、炮眼布置要求

（2）周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

（3）辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。

4、孔口堵塞长度L0

L0=（0.2～0.5）W

一般堵塞长度浅眼不超过20cm，深眼不超过30cm。

5、清孔装药

装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其他眼不小于35cm。周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。

6、连接起爆网络

爆破网络采用微差、非电毫秒雷管起爆，非电毫秒雷管插入药卷内，反向装入眼孔内，导爆管引线连接采用一把抓型式。

网络连好后要有专人负责检查后再用起爆器引爆电雷管起爆。

7、光面爆破施工技术措施

（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

（3）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。

（4）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。

（5）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。

五、光面爆破实施效果与经济效益

（一）、光爆效果

太岳山隧道于2014年1月初全部开挖完毕，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的试验段外，光爆效果良好。

2、岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。

3、减少支护投入，降低工程造价。

4、岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。

（二）、经济效益