爆破法在泥岩隧道施工中的应用

爆破法在泥岩隧道施工中的应用

卢雄

宝兰11标五工区，甘肃定西743000

摘要：隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。1970年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为：“以某种用途、在地面下作用任何方法规定形状和尺寸修筑的断面积大于2㎡的洞室”。爆破是利用炸药在空气、水、土石介质或物体中爆炸所产生的压缩、松动、破坏、抛掷及杀伤作用，达到预期目的的一门技术。

关键词：隧道，泥岩，建筑物，爆破

序言

新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。新奥法在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。

1工程概况

宝兰11标五工区位于甘肃省定西市安定区境内，全长6568.85m，起讫里程DK953+789.6～DK960+358.45。其中隧道总长6203.082m，占线路总长的94.4%。

2人员机械配备

3爆破设计

隧道进入泥岩地段，采用弱爆破方法进行掘进施工。根据多次现场试验得出爆破设计如下：

⑴掏槽形式：根据围岩地质情况及开挖断面尺寸，采用二级楔形掏槽。

⑵爆破器材：选用乳化炸药，规格为Ф32药卷，雷管采用1～15段塑料导爆管非电毫秒雷管，电容式非电毫秒雷管激发器起爆。

⑶炮眼直径：选用42mm钻孔直径。

⑷炮眼深度：根据设计资料及相关标准，上台阶进尺不超过2榀钢架间距，除掏槽眼外，其余眼均采用2.3m，掏槽眼为2.5m；

⑸炮眼数目:单位面积钻眼数为1.5～4.5个/㎡。具体根据下式计算：N=qS/（rη）

式中：

q—单位炸药单耗量，单位kg/m3；本隧采用上台阶0.60，中、下台阶、隧底下断面0.55；

S—开挖断面积，本隧上台阶为24.4㎡，中台阶55.0㎡，下台阶42.46㎡，隧底16.2㎡；

r—每米长度乳化炸药r=0.6kg/m；

η—炮眼装药系数，取η=0.6；

经计算，上台阶N=41，中台阶N=84,下台阶N=64，隧底N=25，

⑹上断面炮眼布置：

a、布置掏槽眼：采用二级楔形掏槽，详见图1；掏槽眼间距80cm；

b、布置周边眼：周边眼参数经验计算式如下：

间距：E=（10～12）d（d为炮眼直径），风化泥岩采用45cm

抵抗线：W=（1.0～1.5）E，60cm

装药集中度：q=0.04～0.19Kg/m，取0.15kg/m。

c、底板眼：底板眼均匀布置间距采用100cm；

d、内圈眼：通常内圈眼比掘进眼密一些，比周边眼稀一些，内圈眼间距为周边眼间距的1.5～2倍，故内圈眼间距采用70cm；

以上具体详见图1。

⑺中台阶炮眼布置

a、布置周边眼：周边眼间距：45cm

b、掘进眼：交错均匀布置采用100cm；

c、布置底板眼：均匀布置采用100cm；具体详见图1。

⑻下台阶、隧底炮眼布置

a、布置周边眼：周边眼间距：45cm

b、掘进眼：均匀布置采用100cm；具体详见图1。

⑼根据炮眼布置，得各台阶炮眼数目。

上台阶：N=52个；中台阶：N=73个；下台阶：N=56个；隧底：N=32个

⑽一次爆破总装药量的计算：

依据此式：Q=K*S*L（Kg）

式中：

K—单位炸药消耗量，Kg/m³，本隧采用上台阶0.60，中、下台阶、隧底下断面0.55；

S—开挖断面积，上台阶为24.4㎡，中台阶55.0㎡，下台阶42.46㎡，隧底16.2㎡；

L—炮眼深度，掏槽眼采用2.5m，其他眼采用2.3m；

Q—次爆破总装药量，Kg；

根据上式可计算出上台阶总装药量为34Kg，中台阶为70Kg，下台阶为54kg，隧底为21kg；

⑾单眼装药量的计算：

周边眼：Qk=1/4*3.1415926*di2*β*L*P0

式中Qk——单孔装药量，g

di——炸药直径，cm，2.5cm；

β——光面爆破填充系数，本隧采用0.2;

L——炮眼深度，cm，采用230cm；

P0——炸药密度,g/cm3,炸药密度为1.24

据上式可计算出周边眼的单孔装药改为300g。

⑿其余炮眼单孔装药量：q=K*a*W*L*λ

式中：

q—单孔装药量，Kg；

K—单位炸药消耗量，Kg/m3，软质泥岩为0.52-0.6，本隧采用上台阶0.60，中、下台阶、隧底下断面0.55；

L—炮眼深度，m，周边眼和辅助眼采用2.3m；

W—抵抗线，W=（1.0～1.5）a，取0.6m；

a—炮眼间距，根据示意图1，取值；

λ—炮眼所在部位系数，掏槽眼取2,掘进眼取1.0，底板眼上台阶取1.5，中下取0.8，内圈眼光面取0.5；

据上式可计算如下：

上台阶：掏槽眼装药改为1400g；

底板眼装药改为1200g；

内圈眼装药改为260g；

中台阶：掘进眼装药改为750g；

底板眼装药改为600g；

内圈眼装药改为260g；

下台阶：掘进眼装药改为750g；

底板眼装药改为380g；

内圈眼装药改为260g；

隧底：掘进眼装药改为750g；

⑿装药结构设计：周边眼采用小直径光爆炸药间隔装药结构，掏槽眼采用集中装药，其余炮眼均采用连续装药结构，详见图2。

⒀起爆顺序设计：由于上下断面爆破形式的不同，起爆顺序也有所不同。上台阶：掏槽眼→底板眼→内圈眼→周边眼。中台阶：掘进眼→周边眼→底板眼。下台阶：掘进眼→底板眼。

4爆破施工试验阶段

隧道施工采用三台阶钻爆施工，爆破施工控制超欠挖及开挖进尺，超欠挖通过钻设炮眼的位置、炮眼间距、炮眼角度及药量控制；根据多次摸索，第三节里炮眼布置间距、炮眼打设角度及药量为控制超欠挖最适宜的参数。隧道开挖进尺严格遵守业主及规范标准，每循环进尺不大于两榀拱架间距，泥岩隧道钢架间距为1m/榀，开挖进尺不得大于2m，爆破开挖炮眼深度不大于2.5m，有效爆破深度为2.3m左右，符合现场施工要求及规范标准。

隧道自进入泥岩阶段，通过对爆破施工的试验，总结出第三节所述各项参数，爆破试验共三次。

第一次试验：周边眼间距50cm，其余各项技术参数按第三节内公式计算定出，实施后现场揭示围岩爆破周边仍有锯齿状，局部欠挖，机械清顶困难，总结为周边眼间距过大。

第二次试验：周边眼间距40cm，其余各项技术参数按第三节内公式计算定出，实施后现场揭示围岩爆破后周边出现凹坑，超挖较为严重，增加了工程量，延长了施工时间，总结为周边眼间距过小。

第三次试验：周边眼间距45cm，其余各项技术参数按第三节内公式计算定出，现场爆破实施后，周边较为整齐，机械简单清顶后即可进行初期支护施工，超欠挖控制较好，试验成功。

5泥岩爆破施工的优点

通过爆破开挖施工，在泥岩地质中采用爆破施工有两大优点；第一：泥岩属较硬质岩体，人工配合机械开挖施工进度缓慢，人工配合机械开挖日平均掘进1.5m，月完成掘进小于50m，通过采用爆破施工，可以加快施工进度，以较少的人力物力完成施工要求，确保资源利用最大化，爆破施工日平均掘进4m，月完成掘进可达120m，大大提高了掘进速度，满足了施工进度要求。第二：采用爆破施工成功控制超欠挖，以合理的爆破参数在施工中将超欠挖控制在最小范围内，节约成本；通过泥岩爆破施工，总结施工经验，使得爆破施工技术得以提升，丰富隧道施工技术，保证施工安全质量及工期要求。

6结束语

黄土遇水湿陷，经过风化及挤压最终形成泥岩，通过爆破施工在泥岩地质隧道中的成功应用，形成一套在泥岩地质中的隧道掘进技术，从而提高黄土隧道施工技术，为铁路、公路及各种地下穿越工程施工中提供技术指导。

参考文献：

[1]陈明辉，翁敦理.地铁暗挖隧道二次衬砌施工质量控制浅析[J].现代隧道技术.2012（02）

[2]许春永.光面爆破技术在宝塔山隧道施工中的应用[J].科技致富向导.2010（12）