楊家嶺隧道光面爆破施工技術探析

謝慶豐

（貴州黔辰建設工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

鑒于楊家嶺隧道光面爆破效果獲得質監部門“溫州市歷史上最好”的評定，本文就其光面爆破施工方案、爆破器材選擇、光爆設計、施工控制等加以總結，拋磚引玉，供大家參考并完善，共同促進隧道光面爆破施工質量不斷提高。

1 工程簡介

楊家嶺隧道長3 300m，巖石賦存裂隙水，水量貧乏，水文條件較好，隧道洞口段覆蓋第四系殘坡積層，厚度＜1m，巖體破碎，裂隙發育，呈碎石狀壓碎結構，中等風化，屬Ⅱ、Ⅲ類圍巖[1]；中間段主要為微風化晶玻屑凝灰巖，巖石堅硬，裂隙不發育，巖體結構完整，呈大塊狀砌體結構，屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖，易采用全斷面光面爆破開挖，光面爆破質量對隧道安全、質量、效益、進度都起到了至關重要的作用。

2 鉆爆設計

2.1 鉆爆施工方案

根據楊家嶺隧道地質情況及質量、工期要求，確定對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用全斷面開挖，以Ⅳ類圍巖為例，每循環進尺3.0m，鉆孔深度為3.3～3.4m，鉆爆機具選擇YT—28風動鑿巖機。

2.2 爆破器材的選擇

2.2.1 炸藥的選擇

楊家嶺隧道主要選用2號巖石銨梯炸藥[2]，密度為0.95～1.10g／cm3，爆速＞3200m／s，猛度＞12mm，殉爆距離＞3cm，作功能力＞298ml。這種炸藥的優點是：性能優良、結塊性小、爆破性能穩定、使用安全、猛度小、成本低、（洞內）生成有害氣體少等；缺點是：吸濕性強、抗水性差，受潮后不能充分起爆甚至不起爆。該隧道在有水地段還使用了2號巖石乳化炸藥。

2.2.2 炸藥用量估算

炸藥用量與圍巖類別、開挖方法和炸藥品種有關。為控制楊家嶺隧道超欠挖情況，借鑒其他隧道的施工經驗[3]，平均線形超挖h與單位體積耗藥量q存在線性關系：

根據隧道規范規定超挖控制目標，平均線形超挖h為7～15cm，利用上式得出q的范圍為0.72～1.27kg／m3。 再查閱《工程爆破常用數據手冊》，得出全斷面開挖單位體積耗藥量q＝1.4～1.6，由于開挖斷面較大，故選取q＝1.4；炮眼深度為3.0m，炮眼修正系數為0.8，故理論計算得出單位體積耗藥量q為：

結合楊家嶺隧道鉆孔機具、實際圍巖地質等情況，借鑒貓山隧道施工經驗，采用工程類比法，取單位體積炸藥消耗量為1.0kg／m3。在三次試爆過程中，單位體積炸藥消耗量約為0.948kg／m3（IV類循環進尺為3.0m，每米開挖方量為66.79m3，每循環進尺開挖巖石3×66.79＝200.37（m3），每循環進尺平均消耗炸藥190kg）。

2.3 全斷面光面爆破設計

光面爆破是新奧法施工的三大支柱之一，它是采取特殊的裝藥結構，選擇合理的周邊布孔和準確的穿孔，嚴格控制藥量，合理安排起爆順序和起爆方法進行精確開挖的爆破方法。爆破后巖面平整、規則，并留有清晰的半邊孔，對圍巖的整體性、穩定性損害較小，能保持圍巖自身的穩定性和承載力。以楊家嶺隧道IV類圍巖為例，介紹鉆爆設計參數的選擇和體會。

2.3.1 起爆順序

起爆順序按以下方案進行：

a）段間隔差調配 合理的起爆時差可以避免爆破振動波的疊加，減小振動對圍巖的擾動，從而減小超欠挖，根據對以往隧道爆破資料的統計，段與段間隔25ms時，振動波就不會產生疊加，為了使前一段爆破的巖石離開原位，為下一段爆破創造臨空面，楊家嶺隧道爆破段間隔差控制在50～100ms范圍內；

b）起爆順序 光面爆破從掏槽孔開始，先爆破出一個臨空面，再從截面中心往外一層層進行，最后進行周邊眼爆破；

c）炮眼布置 先布置掏槽孔、周邊孔，然后是底板孔、內圈孔、輔助孔。

3 楊家嶺隧道超欠挖施工控制

在隧道鉆爆開挖中，超欠挖的控制是一大難題，超欠挖控制較好，將對隧道的質量、安全、進度、效益起到顯著的作用。

3.1 造成超欠挖的主要因素和控制措施

對超欠挖影響最大的是鉆孔精度（44.2%），然后依次為爆破技術（20.3%）、施工管理（17.6%）、測量放線（7.6%）、地質條件變化（6.1%） 等，其中前四項的影響占89.7%。因此楊家嶺隧道控制超欠挖的重點是控制鉆孔精度、爆破技術、施工組織管理、測量放線。

3.1.1 鉆孔精度控制

在鉆爆施工中，周邊眼的外插角、鉆孔定位、鉆孔深度對控制超欠挖影響很大。楊家嶺隧道周邊眼的外插角根據超欠挖要求及因風鉆外觀尺寸限制，無法貼近巖石側面，選定為1.70，周邊孔外斜率為3cm／m，最大不超過4.5cm／m，以確?？椎撞怀鲩_挖輪廓線10cm，最大不超過15cm；周邊眼和掏槽眼的孔位精度要求較高，施工誤差控制在3cm以內，最小抵抗線誤差控制在5cm以內，通過實踐，總結出一套可行的鉆孔方法。

鉆眼前由測量人員定出隧道中心線、拱腳，用坐標法標定周邊眼位置；按標定的周邊眼位置進行鉆孔，首先選好開口位置，敲掉浮石，根據斷面方向確定支架的角度，使鉆桿與開口處斷面垂直，當開孔5cm深左右時調整鉆孔的角度，同時根據眼口位置處巖石的平整程度調整炮眼深度，以保證除掏槽眼外，其余炮眼底均落在同一平面上（掏槽眼比其他炮眼深10cm）；鉆桿、風鉆、支架必須在同一垂直面上，并掌握好進氣量，使鉆架穩定，鉆桿在炮眼中心位置旋轉。鉆周邊眼時還必須做到“準、直、平、齊”的標準。

3.1.2 爆破技術的控制

技術人員根據圍巖的變化，對鉆爆參數及時進行修正。特別是對單位體積耗藥量、周邊眼裝藥集中度、周邊眼間距、最小抵抗線等參數進行修改設計。

3.1.3 施工管理水平對超欠挖的影響

在鉆爆作業中必須詳細進行人員組織、作業安排、技術交底，并加強質量檢查及信息反饋，以減小超欠挖數量，將其控制在目標值內。

3.1.4 測量放線的控制

由于周邊眼間距E＝50cm，楊家嶺隧道開挖輪廓放樣是“五寸弧坐標”放樣。每次全斷面鉆孔前，逐一測定周邊眼位置，其他炮眼根據設計圖，由周邊眼位置定出。斷面畫眼完成后，為確保其精度，應在已畫的孔位內抽查幾個，保證其準確性。

3.2 加強斷面檢測及信息反饋

開挖質量包括兩個方面：

a）開挖斷面的平整度、炮眼利用率、殘留率、錯臺情況（采用目測、儀器測量結合的方法進行評定）；

b）超欠挖的控制（測出隧道開挖的實際輪廓線，并與設計輪廓線比較，得出超欠挖部位和數量，及時指導下一步的施工）。

楊家嶺隧道選擇了三種檢測超欠挖的方法：a）“圓心、半徑、鉛垂線”法；b）坐標法；c）以臺車內模為參照物檢測超欠挖偏差。

4 爆破效果

楊家嶺隧道K53＋000～K53＋518段Ⅳ、Ⅴ類圍巖光面爆破效果較好，主要表現在：爆破后圍巖穩定，無大塊巖體剝落和坍塌；斷面平整，錯臺不大于10cm；平均線形超挖不大于10cm，最大超挖15cm；局部欠挖不大于7cm；炮孔利用率93%以上，炮孔殘留率85%以上。

同時根據二襯混凝土實際用量與設計用量比較，平均每延米多用混凝土1.71m3，換算后平均線形超挖8cm，低于規范要求的超挖10cm誤差，從另外的角度證明了光面爆破效果較好。

5 結論

5.1 鉆孔精度對超欠挖影響最大（44.2%），然后依次為爆破技術（20.3%）、施工管理（17.6%）、測量放線（7.6%）、地質條件變化（6.1%）等，前四項因數的影響占89.7%。施工中理論應與實際相結合，根據不同圍巖地質條件及時調整鉆爆參數，隧道光面爆破效果良好，超欠挖控制符合隧道規范要求。

5.2 “導爆索-繼爆管微差起爆法”，在相同的鉆爆參數情況下，光面爆破質量比“非電塑料毫秒延期雷管”的光面爆破質量好，但其缺點是成本較高、單獨使用時難以在爆破前判斷網路的可靠性。

5.3 楊家嶺隧道光面爆破也存在一些不足，例如受鉆機外觀尺寸和路線左轉的影響，在開挖右側邊墻時，不得不將周邊眼位置水平縮進2～3cm，造成右側邊墻局部超欠挖偏大（仍在規范允許的范圍內）。

[1]JTJ 042—94，公路隧道施工技術規范[S].

[2]楊文淵.工程爆破常用數據手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]鄧江.貓山公路隧道工程技術[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]賈仁輝.隧道工程[M].重慶：重慶大學出版社，2001.