水平层状围岩隧道的超欠挖控制

发表时间：2013-01-08T09:16:49.280Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年11月Under供稿 作者： 薛飞虎[导读] 在隧道开挖过程中, 水平岩层的光面爆破一直是一技术难题。薛飞虎（中铁十二局集团第三工程有限公司 山西省太原市 300024）

摘 要: 本文通过重庆北至怀化铁路增建二线新黄家湾隧道的施工，简要介绍了从提高钻孔精度、控制装药参数、规范装药结构和加强施工管理四方面来控制水平层状围岩隧道超欠挖的技术措施。关键词: 隧道 水平层状围岩 超欠挖控制 前 言：

由于近年来爆破施工综合机械化水平的快速提高, 并能根据爆破技术、工艺、地质地形条件和机械装备综合考虑进行爆破优化设计, 隧道爆破技术越来越成熟。尽管如此, 目前在隧道爆破设计与施工方面仍存在一系列亟待解决的问题, 尤其是水平层状软弱围岩的超欠挖问题。

在隧道开挖过程中, 水平岩层的光面爆破一直是一技术难题。如果处理不好, 隧道的拱顶会出现大面积平顶、落石和塌顶等现象, 不仅直接影响隧道的光面爆破效果, 还会影响毛洞的围岩稳定性、初期支护的数量和永久支护的砼工程量, 增加工程投资。以往的隧道施工中, 因为水平岩层引发安全事故且增加工程造价的事例很多, 所以改进与完善水平岩层光面爆破技术对保证隧道施工安全、提高围岩稳定性、节省工程造价及确保支护结构质量等均具有重要的工程意义。 一、水平层状围岩隧道超欠挖控制措施 1.钻爆设计

针对水平层状围岩的工程地质特点及超欠挖影响因素, 为控制超欠挖量, 同时兼顾安全、经济与施工方便, 通过现场钻爆施工的逐步调试, 确定Ⅲ级围岩全断面施工的炮眼布置、间距及起爆顺序和各炮眼的爆破设计参数。 2.提高钻孔精度

隧道轮廓测量放线的精度直接影响隧道开挖效果, 尤其是周边眼的精度。试验中, 在每次测量放线时先对上次爆破断面进行检查, 根据爆破效果及时调整参数。

根据 , 随着外插角 和钻眼深度 的增大, 值也相应增大。考虑到水平岩层中光面爆破的特殊性, 试验中采取以下措施:

( 1) 根据围岩情况, 周边炮眼的开口位置控制在上一循环贴近掌子面工字钢的内翼缘板至开挖轮廓线之间, 即 为负值, 保证不至于因为钻孔原因导致超挖。

( 2) 周边炮眼的外插角根据钻眼深度和规范允许超欠挖量进行计算, 控制在 2o以内, 同时所有炮眼( 掏槽眼除外) 的眼底位置控制在同一垂直面上。

3.控制装药参数

光面爆破理论认为爆破后周边眼连心线上应力波叠加产生的拉应力将超过岩石抗拉强度, 于是沿着周边眼连心线优先形成裂缝, 随后产生的爆生气体的准静态压力进一步使裂缝扩展, 从而形成规整的爆破轮廓。由于药卷爆炸后产生的冲击作用远大于岩石的强度, 因此光面爆破的关键技术在于合理设计各种爆破参数, 使炸药能量分配均匀, 按照预定的方式破岩, 达到爆破轮廓规整、渣堆块度较好、对需保留岩体破坏较小的目的。

在严格控制周边眼爆破参数如钻孔位置、深度、外插角度及装药量等的同时, 为更加有效地控制超欠挖, 应从以下几个方面调整爆破工艺:

( 1) 在拱顶处, 将周边眼位置向设计轮廓线内移, 并且适当增大炮眼间距, 少装药。由于岩体的性质( 如裂隙的多少、节理的方向等) 在一定距离内具有相似性, 如果作用力、作用距离基本相等, 拱顶平均线超挖量应该为一个常数。因而对于相同的岩体, 可以用减少作用力、增大作用距离来减弱爆轰波对需保留岩体的破坏, 达到控制超挖的目的。

( 2) 在拱腰位置, 减小周边眼间距并将其位置适当内移( 当作超挖保护层) , 确保裂隙向着有利于轮廓成型的方向发展; 同时减小装药量,因为过大的爆破冲击作用可能顺夹层深入围岩深处, 造成层间松动, 产生掉块, 并利用空孔导向来控制水平层理对断面形成的影响。

( 3) 在边墙位置, 应保证周边眼间距大于层间厚度, 因为单个炮眼在竖直方向的作用范围有限, 要求周边眼的间距 适当减小, 并保证最小抵抗线 , 同时在每个周边眼之间加个浅眼, 其钻孔深度约为周边眼深度的一半, 否则易产生欠挖。

( 4) 减小二圈眼药量。实际施工中清除危石时经常发生岩石掉块, 推测围岩受到较大的扰动。由于夹层的抗压、抗剪强度都很差, 胶结作用很弱, 二圈眼距离轮廓线很近, 过大的装药量可能使光面爆破层发生超爆甚至围岩松动。因此, 减小二圈眼药量是十分必要的。 4.规范装药结构

光面爆破孔采用 32 mm 的药卷间隔装药, 所有炮眼均以炮泥堵塞, 堵塞长度不小于 20 cm。采用不耦合装药结构, 不耦合系数为 1. 5~2. 0, 乳化炸药可通过搓揉使其变为小直径药卷。采用间隔装药时装药结构如图 1 所示。

图 1 装药结构示意图

从该隧道前期爆破效果分析, 每循环进尺 2 m,靠近掌子面 1 m 处超挖量明显大于后 1 m 处, 其主要原因在于围岩破碎, 装药过于集中,炮孔内炸药主要靠冲击波对岩体做抛掷功, 反射拉伸波所起作用甚微。对周边眼采用导爆索分散炮孔内药量, 可防止能量集中形成爆破漏斗而在炮眼底部造成超挖。装药原则是眼底加强装药, 中部间隔装药, 孔口少量装药, 导爆索贯通整个炮孔。拱部、边墙采用25 mm / ( 150 g)乳化炸药, 采用不耦合装药; 底板采用集中加强装药, 将药卷在竹片条上按规定距离布设后绑扎结实, 将导爆索夹在竹片条与药卷中间, 之后将竹片条送入孔中, 再用黄泥堵塞孔口约 30 cm。

5.加强施工管理

为了将超欠挖值在最小范围内, 必须加强对司钻人员的培训, 使他们熟练掌握钻孔技术, 做到按操作细则、设计要求和布置孔位准确施钻, 确保达到规定的孔位、孔深和倾斜度等。同时严格工序间的检查和监督, 坚持按图验收, 不合格的坚决重打,以提高总体劳动成效和管理水平。

加强施工队的管理与监督, 同时派专人负责隧道掌子面钻孔、装药, 将钻爆设计的执行情况和超欠挖的控制效果与施工队的经济利益挂钩, 实行奖优罚差的措施。

二、提高爆破效果的一点建议及体会

1.为确保光面爆破的效果，合理的光面爆破设计是前提，其中关键的是周边眼间距要布置好，装药量要根据现场情况及时调整，并进行严格的施工管理。

2.准确的测量放线和精确的钻眼是保证光面爆破效果的必要条件。

3.当岩层层理明显时，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，以防影响爆破效果和卡钻。 4.不均质岩体对爆破作用的影响是十分明显的，其爆破参数要根据两种岩体的特性加以考虑。 5.根据每次爆破完后的效果，及时分析原因并修正爆破参数，从而不断地提高爆破效果。 三、结 语

该文提出了水平层状围岩全断面法施工的钻爆设计参数及控制水平层状砂岩隧道超欠挖的技术措施。通过有效控制超欠挖, 减少了因大量超挖所引起的出渣量和衬砌回填量增加所带来的费用增加, 减少了因开挖控制不好造成的材料和时间上的浪费, 经济效果明显。与此同时, 采用光面爆破技术, 降低了对围岩的扰动, 更充分地发挥了围岩的自承能力, 给锚喷支护施工提供了更好的施工环境, 施工安全也得到有效保障。