光面爆破技术在铁路隧道施工中的应用

GXF360 2017-06-21

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光面爆破技术在铁路隧道施工中的应用

□ 中铁十六局集团第二工程有限公司马友博

摘要：在铁路隧道工程施工中，光面爆破技术是一种常用的施工技术，具有超欠挖量小、成型后断面规则、对围岩影响小等优点，可以使围岩自身承载力充分发挥出来，降低了材料的消耗量和支护的工作量，降低施工成本。本文以实际工程为例，从光面爆破施工参数的确定，爆破施工两个方面对光面爆破技术在铁路隧道施工中的应用进行了分析，为类似工程提供参考。

关键词：光面爆破施工；炮眼；装药结构

1.工程概况

某铁路隧道工程为双线隧道，隧洞总长度为9438m，隧道中单面连续下坡，坡度分别为12.5‰和20‰，坡长分别为4500m和7550m。隧道进口段DK252+000～DK253+699.42段处在右偏曲线上，左线和右线的曲线半径分别为7995m和8000m。隧道洞身穿越地段按照围岩的等级可以划分为II级、III级、IV级围岩，其中II级围岩岩质坚硬、新鲜，裂隙发育，岩层中后层夹薄层，岩体为块状结构，岩石强度为40～60Mpa。III级围岩为弱风化，裂隙比较发育，裂隙主要为钙膜填充膜。IV级围岩裂隙比较发育，裂隙间距为0.2～0.4m，岩体主要为碎裂结构，围岩稳定性差。设计采用光面爆破技术进行施工。

2.光面爆破施工参数的确定

2.1 周边炮眼间距E的确定

要沿着设计轮廓线均匀布置炮眼，眼口要放到设计轮廓线内。根据岩石抗爆性确定眼底位置。对于质地比较坚硬的岩石可以在轮廓线以外10～15cm的位置布置眼底。中硬岩层要布置在设计轮廓线上，软弱围岩眼底要布置在轮廓线内10～15cm。周边眼距控制在10～18cm。

2.2 周边眼抵抗线W和装药密集度K

周边眼抵抗线又叫做光爆厚度V，和围岩的性质、隧道断面大小、地质结构等有比较大的关系。周边眼抵抗线W和周边眼的间距E有比较大的联系，一般用周边眼密集系数K进行表示。K=E/ W，根据试验证明，当K=2时，爆破作业后开挖断面会出现比较严重的凹凸情况，对围岩造成的损伤比较大。当K=0.8时，开挖面会较为平滑，和设计轮廓线基本一致，因此本隧道工程将光面层的厚度确定为50～63cm。

2.3 确定周边眼的装药量

一般使用线装药密度表示周边眼装药量，合理的装药量不仅可以达到破岩的目的，而且不会对围岩产生过度的破坏[1]。在设计时需要根据抵抗线、孔距、炸药类型、石质、装药结构等确定最终的装药量，具体的爆破参数如表1所示。

表1 光面爆破参数表

围岩级别炮眼间距E抵抗线W密集系数K装药集中度q I～II 55～70cm 60～80cm 0．7～0．9 0．30～0．35kg/m II～III 45～65cm 60～80cm 0．7～0．9 0．2～0．3kg/m III～IV 35～50cm 40～60cm 0．6～0．8 0．07～0．12kg/m

2.4 炮眼数量N

炮眼数量和炮眼的直径、开挖断面、炸药品种、岩石性质等有比较大的联系。炮眼的数量对凿岩工作量有着比较大的影响。如果炮眼数量过多，会导致凿岩工作量变大，增大施工成本。如果炮眼过少，会影响周壁的平整性，导致大块岩石过多。一般情况下，主要使用下述公式对炮眼数量进行计算：

N=qs/xr

在上述公式中，

N—炮眼的数量，不包含空孔眼数；

q—单位炸药消耗量，取值1.2～2.4kg/m3，软岩取最小值，硬岩取最大值；

x—装药量系数（计算装药系数），即装药长度与炮眼全长的比值；

r—每米药卷的炸药质量，单位为kg/m。

2.5 装药结构以及起爆方法

结合工程具体情况，设计用乳化炸药来进行爆破，所有炮眼统一装φ32mm标准卷，周边眼采用小量炸药和导爆索，使用不耦合装药结构进行装药。使用导爆索进行周边眼的起爆，其他的都使用非电毫秒雷管进行起爆。孔口使用粘土、石粉混合物、砂石进行堵塞。

起爆时先进行掏槽眼的起爆，然后进行辅助眼的起爆，最后进行周边眼的起爆。按照从里向外的顺序分层进行起爆，然后进行侧壁眼、底板眼、压顶眼的起爆。在炮孔中安装ms雷管控制起爆顺序；要保证起爆网络可以严格按照设计要求的起爆顺序连接起来，确保所有的药卷都可以严格按照设计的间隔时间和起爆顺序进行起爆。本工程在进行起爆时设计使用导爆管起爆系统进行起爆。

3.爆破施工

3.1 钻眼

在进行爆破作业之前，要严格按照设计要求进行钻眼操作。钻眼之前要给出开挖断面的水平和中线，并利用5寸台阶尺寸法将开挖轮廓线确定出来。根据设计要求将钻眼的位置标出，检查达到要求后才能进行钻眼施工。工程设计使用湿式钻孔法进行钻眼施工，在进行钻孔之前先对作业面进行清理，严格按照设计要求进行掏槽眼和辅助眼的施工，眼底间距误差和眼口间距误差控制在5cm以内。辅助眼眼口的行距误差和排距误差要控制在10cm以内。在设计断面的轮廓线上布置周边眼，周边眼的间距误差保持在5cm内。外斜率不能超过孔深的3%～5%，眼底能超过开挖轮廓线10cm。内圈炮眼和周边眼的排距误差保持在5cm内。除了掏槽眼以外，其他所有炮眼眼底要保持在同一垂直面上。钻眼完成后要对其进行检查，达标后才可以进行装药爆破。

3.2 清孔装药

在进行装药之前要先清理干净炮眼中的石粉和泥浆，检查达标后才可以进行装药。进行装药时要将装药量控制好，采用分组、分片根据炮眼设计中确定的装药量从上至下进行。本工程使用低爆破、低密度、低猛度、高爆力的2号小药卷岩石硝铵炸药进行爆破。周边眼使用间隔装药结构，并使用导爆索束装药结构。将单段的最大装药量控制好，并根据每次爆破的震速对最大段装药量进行调整。当围岩比较软的时候，除了要将周边眼的用药量控制好以外，还需要将邻近周边眼内圈炮眼的药量控制好。炸药装入到炮眼后，使用炮泥对炮眼进行堵塞，根据炮眼直径确定堵塞的长度，一般来说炮眼的堵塞长度要控制在200mm以上。使用预裂爆破时要从药包的顶端开始进行堵塞，不能只对眼口进行堵塞。堵塞物使用砂子和粘土的混合物完成1：3的配比制作堵塞物。

3.3 起爆网络连接

起爆网络使用复式网络进行连接，要求起爆网络可以保证所有的药卷都可以按照设计的间隔时间和起爆顺序进行起爆。导爆杆起爆法使用的连接方法要正确合理。每束簇联要控制在15根导爆管以内。为了保证所有的起爆管都可以准时起爆。在进行施工时使用双雷管起爆。使用即发雷管作为联结雷管，要保证联结的牢固性。使用绝缘胶布将引爆雷管捆绑在距离一根导爆管自由端15cm的位置，联结好网络后，安排人员进行检查后起爆。进行起爆时所有的人员都要撤离到安全区域。

3.4 浅孔爆破盲炮的处理

当发现有盲炮时，要立即进行汇报和处理。如果不能及时处理，需要在盲炮四周布置相应的标识，并采取安全措施。在危险区域的边界布置警戒线，危险区域内不允许进行其他类型的作用。对起爆线路进行检查且确定线路完好后即可重新进行起爆[2]。如果起爆线被炸断，可以在距离炮孔30cm左右的位置打平行眼进行爆破。可以使用竹制、木制或其他不会发出火星的材料制作成的工具掏出炮眼内的填塞物，然后使用聚能药包进行引爆。在安全距离外使用远距离喷管将炮孔中的炸药和填塞物吹出。