岩土工程师:工程软弱围岩隧道爆破技术设计探讨

　　1、工程概况

　　新林隧道位于王屋山区，隧道为分离式隧道，全长670m.隧道位于王屋乡新林小学附近，属侵蚀剥蚀底山丘陵区(Ⅱ)。隧道轴线通过处最高海拔约578m，最大相对高差约55m.山体走向呈南北向。新林隧道区内岩石节理裂隙普遍发育，隧道区围岩主要发育产状为90°∠88°、60°∠85°、200°∠28°、183°∠40°的四组节理，节理以平直为主，多闭合，节理密度2～5条/m，局部密集可达7条/m.隧道区段内岩石为砂岩、粉砂质泥岩，抗风化能力较弱。进洞口段自然坡向东倾，地形坡度200～400，为斜坡地形，表面残坡积层较薄，部分缺失，岩性为亚粘土，属V级围岩，下伏基岩为三叠系二马营组砂岩、粉砂质泥岩，强风化层厚约1.5m，围岩稳定性差，BQ<250，属于Ⅴ级围岩。

　　本隧道穿过砂岩强风化、弱风化层，埋置浅，地下水不发育，主要为基岩裂隙水，水量较贫乏。

　　2、软弱围岩隧道爆破开挖方案确定

　　在开挖过程中应根据围岩类别(或级别)选用合理的爆破参数和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、装药结构及堵塞材料，尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏，严格控制超欠挖和爆破震动速度，充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。

　　3、钻爆设计

　　3.1钻爆设计方案

　　总的设计思想是拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破，核心采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破网路。对Ⅴ级和Ⅳ级围岩采用半断面台阶方式爆破，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。

　　根据本项目围岩特点，Ⅳ级围岩为软弱粉砂岩，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。

　　在风化、破碎较严重的地质条件下，宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法，或者预留光面层光面爆破开挖修边。

　　3.2底板眼钻爆要求

　　①将底板眼分成几段分开起爆，这样能减少底板眼同段起爆，共同作用的炸药量，改变了底板眼抵抗线的方向，实际上缩小了底板眼的抵抗线，从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度

　　②起爆顺序：掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。

　　③选择雷管段号时注意三点：第一，合理的段间隔时间;第二，同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量;第三，前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。

　　3.3爆破参数的选择

　　通过对爆破试验确定爆破参数，光面爆破参数

　　对爆破参数选择的注意事项：

　　①软岩隧道采用光面爆破的相对距离(E/W)宜采用表中的最小值。

　　②装药集中度(q)按照2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时应进行换填，换算指标主要是猛度和爆力(平均值)。

　　③采用光面爆破时，爆破振动速度应控制在：中硬岩15 cm/s，软岩5 cm/s.要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1～2倍洞跨处实测得的，它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大，在光线示波器记录得到。光面爆破以后，开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。

　　3.4软弱围岩光面爆破器材的选择

　　①掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。

　　②周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。

　　③起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。

　　3.5周边眼参数选用及钻眼要求周边眼参数的选用周边眼参数经验计算公式：间距：E=(8～12)d(d为炮眼直径)，抵抗线：W=(1.0～1.5)E，cm装药集中度：q=0.04～0.19Kg/m.

　　3.6炮孔设计及施工

　　①炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍，抵抗线为间距的0.7倍。根据经验，不至于使底板越爆越高，底板眼设计下插角度;二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密，确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面，减少爆破负荷。

　　②炮眼深度L.软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10～20%。在软弱围岩中，根据经验，一般宜在1.0～1.5m范围内考虑，新林隧道根据进度及爆破效果，选择炮眼深度为1.5m.

　　③炮眼数目N.在小直径(35cm～42cm)炮眼，开挖断面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2.在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2～0.4的范围内;单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼数目应增加20%左右。

　　④光面爆破单孔装药量的计算。

　　——单孔装药量，g;

　　——光面爆破炮眼装填系数;

　　——炮眼深度;

　　——炸药的密度，g/cm3;

　　——炸药直径，cm;

　　爆破总装药量的计算：(Kg)

　　——开挖断面积，m2;

　　——炮眼深度，m.钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。

　　4、爆破效果

　　在新林隧道软弱围岩(Ⅳ、Ⅴ级)爆破施工中，对钻爆设计进行优化，从直眼掏槽到斜眼掏槽方式及组合斜眼掏槽方式进行优化，爆破效果显著，线性平均超挖13.2cm，炮眼利用率均达到90%～95%，边墙光面爆破炮眼保存率62%，采用预裂爆破可达80%(Ⅳ级围岩)，几乎每茬炮进尺均达1.5m(孔深1.7m)。这一效果极具经济价值。

　　5、结语来源：

　　①软弱围岩隧道爆破施工中，宜采用台阶法施工，对爆钻设计，先现场试验，再不断的总结，不断的完善。

　　②对于水平平行状岩采用预裂爆破效果较好，在倾斜状层状围岩中实施光面爆破效果较好

　　③对于软弱围岩隧道钻爆法施工是一个长期发展的施工方法，可以采用工程类比法和现场试验法相结合选择爆破参数，要不断的总结。

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