中铁二十三局集团第一工程有限公司 山东日照
摘要：本文以云南大瑞铁路杉阳隧道软岩大变形爆破设计为实例，从炮孔布置、装药量控制及网路优化等环节展开优化，总结一套有效减少爆破扰动、降低围岩变形量的爆破参数，为高地应力软岩大变形隧道安全平稳施工提供了技术支持。
关键词：高地应力；软弱围岩；大变形隧道；爆破参数优化
大瑞铁路杉阳隧道已施工数年，其富水、高地温、高地应力的大变形软岩地质条件困扰着施工单位，月进尺一般20～30m。施工中数次出现拱部溜塌甚至塌方现象，已施工初支部位钢架受挤压变形甚至侵限，局部变形量达1m，换拱、套拱严重影响了施工进度。项目组织技术专家深入讨论，从双层拱架加强支护、长锚杆加固、径向注浆、爆破参数优化等技术措施改进。本文讨论平行导洞优化爆破参数以减小爆破对周边围岩的扰动，经一系列改进，总结了一套适应本围岩特性的弱爆破参数，后续变形显著减小，取得了较好的效果。
1工程概况
杉阳隧道位于大理白族自治州永平县博南镇和杉阳镇境内，隧道全长13390m。地表多分布松林或杂木，局部平缓处被垦为旱地。自然坡度15°～50°，局部为陡壁，植被十分发育。隧道测区属中山构造剥蚀地貌，地形起伏大，洞身段最大埋深约1015m。多被第四系土层覆盖，仅沟槽、陡壁、部分山脊处有零星基岩出露。隧道穿越地层主要为砂岩、泥岩，位于澜沧江活动断裂带东侧，区内次级断层较发育，岩层节理、裂隙发育，岩体破碎。
目前平行导洞掌子面开挖揭示岩性为页岩，泥灰岩，黑色，灰褐色，局部夹杂灰白色石英条带，强风化，岩体破碎，呈水平薄片层状结构，层面间胶结差，手可掰碎，遇水软化，掌子面存在掉块、坍塌的风险，掌子面有渗水，属于Ⅴ级围岩。平行导洞设计尺寸为6.9m×6.5m城门洞型，采用台阶法开施工。
工程使用自制台架配合气腿式风钻人工钻孔，Φ42mm“一”字合金钻头，Φ25mm二号岩石乳化炸药，非电毫秒雷管配合电雷管起爆。
2原爆破设计
原爆破设计考虑围岩有一定自稳性，页岩层间有一定粘结力，采用全断面布孔方式。上台阶高度3.5m，采用楔形掏槽，光爆层厚度45cm，光爆孔间距40cm，光爆孔密集系数K=40/45=0.88，符合经验数据范围。掏槽孔深1.8m，设计爆破进尺1.6m，采用1/3/5/7/9段非电毫秒管起爆。炮孔布置图如图1，炮孔深度和装药参数见表1。
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图1上台阶炮孔布置图
表1 爆破参数
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此爆破参数爆破进尺和超欠挖控制效果尚可，打孔数量多，时间较长，抛掷效果明显，掌子面30m外飞渣较多，掌子面后方钢拱架初期支护局部变形较大，喷射混凝土压碎掉块，部分区段收敛值达40cm。监控量测数据见图2。
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图2周边收敛曲线
判断装药量过多，对后续围岩扰动大，导致初期支护后方岩体松散变形、失稳，初期支护背后形成松散漏斗，松散体堆积后对钢拱架形成挤压，导致变形收敛。现场采取了初期支护背后注浆结合周边围岩固结灌浆的补救措施，同时考虑优化爆破参数，以减少围岩扰动。
3爆破设计优化
此段围岩异常破碎，总体上松下密、上软下硬，拱顶部位薄层状页岩层间无粘结，拱脚部位层厚较大，整体呈块状。经现场考察，为有效降低爆破粉尘、减少爆破扰动，计划采用弱爆破结合机械掘进的开挖方式。爆破底部较硬围岩，松动顶部较软围岩，实现挖掘机可以直接开挖。
3.1炮孔布置优化
根据掌子面围岩上松下密、上软下硬的特点，提出仅下部打孔爆破的思路。
掏槽孔优化：考虑围岩情况，适当减小掏槽孔间距，以保证掏槽效果，为后续爆孔提供有效临空面。
光爆孔优化：根据掌子面围岩情况，拱顶部位不再布孔，利用超前小导管保证开挖轮廓，靠下部爆孔爆破震动，形成松散体，以利于开挖。和拱脚相接部位考虑布置3～4个空孔，不装药，以保证没有超前小导管部位的轮廓控制。
底板孔优化：底板孔间距不变，仅施工边墙部位4个孔，中间位置不再布孔，以减少炮孔数量，减少扰动。如有部分核心土区域未能松动也不影响钢拱架架设，待下台阶施工时一并开挖。
3.2装药量优化
总体目标是减少用药量，降低对围岩的扰动。根据到场专业技术人员经验，经过几个循环减药量试验，实现了装药量优化的既定目标。
掏槽孔优化：适当减小掏槽孔间距，钻孔深度1.8m，反向装药3支药卷，掏槽效果满足爆破要求。
辅助孔优化：装药量减少至2支药卷。
光爆孔优化：装药量减少至1支药卷，并根据掌子面情况调整。如掌子面部分突出，左右侧里程差超过1m时，浅孔一侧的光爆孔深度在1m左右，则考虑装半支药卷。
底板孔优化：中间6个底板孔装3支药卷，底角孔装4支药卷，以保证底板孔抬起效果，避免底角欠挖补炮而影响施工进度。优化后爆破参数见表2。
表2优化爆破参数
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3.3起爆网路优化
总体目标是减少同时爆破炸药量，降低对围岩的扰动。根据到场专业技术人员经验，提出采用左右两侧隔段爆破或孔外分段的思路，实现单次爆破炸药量最少化，以最大限度降低对后边围岩的扰动。
起爆顺序为两排掏槽孔同时起爆，后续左右侧辅助孔、左右侧外圈孔、左右侧光爆孔、底板孔依次起爆。同时起爆药量最大3.6kg，较原设计最大9kg有了大幅度降低。光爆孔和外圈孔隔开段位，外圈孔用5段，光爆孔用9段，适当延长光爆孔的爆破时间，有利于围岩稳定。
装药完成后，根据毫秒管外露情况，整理成2组把线，左侧把线连接1段非电毫秒管，再同右侧把线并联到一枚电雷管，通过起爆器引爆。优化炮孔布置和网路图见图3。
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图3优化炮孔布置和网路图
4优化后爆破效果
4.1现场爆破效果
在未爆破振动监测装置的情况下，现场爆破振动感受明显降低。掌子面抛渣距离基本小于10m，起到了松动爆破的效果。后续用挖掘机可以实现掌子面掘进，超欠挖得到了有效控制。
4.2围岩扰动影响
经过一周的试验，采用优化后参数爆破的平行导洞掌子面后方收敛变形明显减小，由原来7天可发展到40cm，现在基本在5～15cm。后续将继续观察，记录变形稳定时间和最终变形量。优化爆破参数后典型监控量测数据见图4。
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图4优化爆破参数后典型周边收敛曲线
5结束语
经技术专家优化总结而成的爆破参数，适用于当前围岩，掌子面轮廓得以有效控制，后方收敛变形较之前有了大幅度减小，火工品消耗也显著减少，有利于杉阳隧道出口安全、平稳可控的推进。
参考文献
[1]实用爆破技术.肖汉甫，吴立，陈刚等.武汉：中国地质大学出版社，2009.7
[2]非电毫秒雷管孔内外延期实现地下深孔多排分段微差起爆，张玺，中国矿山工程，1985