吴宇
中铁上海工程局集团第五工程有限公司
摘要：针对泥质砂岩地质隧道爆破围岩扰动大、超挖严重，会给后期运营埋下安全隐患和质量缺陷的难题，通过开展光面爆破技术研究，将施工管理与控挖技术相结合，总结了施工工艺参数，形成软弱围岩地质安全控挖技术，现场实施取得了良好的效果，为此类地质隧道工程提供了宝贵的经验借鉴。
关键词：软弱围岩 光面爆破 控挖
1、工程简介
杨家坪隧道位于湖南省吉首市太平镇境内，隧道全长1774.02m。其中Ⅲ级围岩200m,Ⅳ级围岩1169m,Ⅴ级围岩365.02m，为第四系全新统坡残积层粉质黏土，层薄、下伏基岩为白垩系下统东井组（K1d）、泥质砂岩，遇水易软化，岩层斜理发育，较破碎。
软岩地段隧道爆破开挖破损轮廓周围岩体较严重，且该泥岩隧道存有裂隙水渗出，泥岩遇水软化成泥，易丧失围岩自稳能力。不仅过程中危及施工人员人身安全和加大后期隧道安全隐患，还会由于超挖严重，造成资源浪费，增加质量缺陷。经调取类似工程施工资料及多年来隧道施工经验，确定采取光面爆破设计、工艺、管控措施，以确保软岩地段隧道安全、快速掘进施工。
2、隧道光面爆破设计
2.1施工机具、器材选取
（1）凿岩机具的选取
隧道爆破机具采取YT28型气腿式凿岩机，Φ42mm直径的钻头钻孔。钻头为“十”字形硬质合金钢，钻杆规格为中空六棱形，钻杆长度分别3m、5m几种规格。
（2）爆破器材的选取
根据爆破规模及岩石特性，选用2号岩石乳化炸药为主炸药、非电导爆雷管起爆，所需爆破器材见下表：
表2.1-1爆破器材需求列表
.png)
2.2施工方法及炮孔参数
（1）施工参数及方法确定
隧道均处于泥质粉砂岩地段，属于软岩掘进开挖，各级围岩均按照软岩爆破参数选取，隧道施工均采取台阶法施工，台阶参数为：上台阶高为7.53m，轮廓线弧长23.39m。
（2）最大炮孔深度确定
根据相关文件要求，Ⅲ、IV级围岩每循环掘进进尺不超过4m，故Ⅲ级围岩最大炮孔深度取3.5m，V级围岩每循环进尺不超过4榀，故V级围岩最大炮孔深度取2.2m。
2.3爆破设计
（1）周边眼设计
周边眼间距经验公式为E=10d～18d（d为孔径），围岩情况好，取大值，相反，取小值，根据现场实际情况取周边眼间距=45cm。
上台阶周边眼数量：N=L/E=23.39/0.45=51个
周边眼最小抵抗线：w=E/m，软岩取大值W=60cm。
周边眼不耦合系数：D=dk/di=42/20=2.1，符合经验值D=2～2.5的条件。
装药集中度（kg/m）：=0.33×1×0.62×0.82=0.13
单孔药量：QK=q×L=0.13×3.5=0.45kg
根据隧道岩质情况，按表2.3-1《光面爆破参数表》进行选择。施工过程中通过爆破效果检查，结合地质变化情况适当调整，以求达到安全、经济和最佳爆破效果。
表2.3-1光面爆破参数表
.png)
（2）辅助掘进眼设计
辅助掘进眼爆破质量的好坏直接影响光面爆破的效果，辅助掘进眼间距按不小于周边眼的抵抗线考虑。在本断面中，辅助掘进眼间距取a=60～100cm，抵抗线取80cm，掘进眼间距取大值100cm；
辅助掘进眼孔数：
.png)
（3）底板眼设计
底板眼主要对岩石进行二次粉碎和起到翻渣的作用，布置原则一般为孔间距a=0.8～1.5m，软岩取大值a=1.5m。
3、光面爆破施工工艺
3.1测量放样
测量人员使用全站仪，准确标出周边眼及辅助掘进眼位置；每次放线对上次爆破的断面进行检查，对测量数据进行处理，及时调整爆破参数，改进爆破效果。
严格按照爆破设计钻孔图进行钻孔，对周边眼位的钻孔做重点控制，使误差在3cm以内；外插角小于3°，减少两循环之间的台阶；在掌子面凹凸不平的地方，调整钻孔深度，确保炮眼底面在一个平面上。
3.2钻眼
光面爆破钻孔主要控制辅助掘进眼及周边眼，辅助掘进眼钻孔按照平行于隧道中轴线控制；周边眼起孔于开挖线位置，钻孔完毕后，眼底外插距开挖线≯10cm。
（1）开孔：根据爆破设计及中线水平，选好开孔位置，刨去浮石，调整支架角度，使支架与开眼处岩面保持垂直。操作时，先供水后供风。先开半风，为防止钻杆打滑，钻进3～5cm后再调整支架，保持设计规定的角度，开全风，加大推力。
（2）钻进：钻进中应充分发挥气腿作用，以加快钻进速度，减轻体力劳动：
一条线：钎子、风钻、气腿必须在同一垂直面上，从后面看是“一条线”，这样使钻机不会左右摇摆；
中心钻：掌握好风钻的进气量，控制风钻摆动幅度，使钻杆始终在炮眼中心位置旋转；
靠边站：一人操纵一台风钻，人要站在钻机的侧后方，使风钻贴在身边，稳住风钻，不使风钻左右摇摆；
（3）拨钎：钻孔满足设计深度后，应及时拨钎转移。在整体性较好的岩石中，可停风拨钎，停机时应先关水后关风。在破碎岩石中，为克服阻力，钻机应带风转动拨钎。
3.3炸药制作
周边眼利用切制好的PVC管作为定位管道，每根炸药30cm，切成4段，每段长度7.5cm，药卷间距60cm，每根炸药直径32mm，装药过程中，用手挤压药卷，减小药卷直径为20mm～25mm间，导爆索连接至底管，并用胶带绑扎，导爆索串联所有药卷伸出孔外75cm以便导爆线路连接；剩余炮眼均装整条30cm药卷，辅助掘进眼、底板眼每孔7条。
3.4装药
周边眼装药用3.5m长φ32的PVC管耦合分段装药，每孔装药450g，分成6段，每7cm一段，用导爆索（红线）连接。炮孔堵塞采用纸盒充分泡水后进行堵塞，堵塞长度30cm。在装药时，炸药外露部分（PVC管缺口）必须对应隧道中轴线。
.png)
图3.4-1装药图片
3.5连线
周边眼利用导爆索串联，连接接头采用T型连接（每个接头可向两侧传爆），导爆索接头设置在孔口位置，禁止伸入孔内，并且要求导爆索紧贴岩面；每循环光爆掌子面拱脚、拱腰及拱顶放置11段、13段或15段雷管引爆，雷管可插入周边眼中任意一根药卷内，与周边眼、辅助掘进眼及底板眼捆绑起爆。掏槽眼、辅助掘进眼及底板眼按常规爆破连接方式连接成型。
3.6起爆、爆破后检查
爆破必须由专人统一指挥，起爆前人员、设备、料具照明、电器设施，均应撤离爆破作业区。按起爆准备、起爆、解除爆破警戒三个阶段发出警报信号。
爆破、通风15分钟后方可进入爆破面检查，检查有无瞎炮及可疑现象，瞎炮未经处理，不得进入下道工序作业，每班必须有责任心强、经验丰富的专职人员进行找顶撬帮工作，使用的工具应轻便，并有监护人。
未使用的爆破器材及时退库，处理瞎炮收集的、不宜使用的炸药、雷管、传爆线等爆破器材退库后，另行按有关要求集中处理。
4、光面爆破成果
4.1超欠挖效果
超欠挖得到有效地控制，在使用光面爆破后，平均超挖由40cm左右降低至20cm左右，C25喷射混凝土超方量由51方左右降低至22方左右。
表4.1-1隧道超欠挖数据对比表
.png)
4.2光面爆破效果
自光面爆破实施后，残眼率高达90%以上，爆破排险后，轮廓清晰、凹凸有致，平均超挖控制在20cm左右，节约喷锚混凝土及工序时间，以达到减亏、创效的目的。
5、光面爆破成本分析
5.1经济效益
周边眼爆破采用光面爆破每循环进尺（3m）爆破物品需增加成本569.3元，喷射混凝土节约31m3，C25喷射混凝土生产成本731.6元/m3，成本减少22679.6元。
5.2进度效益
按照每循环3m进尺计算，装药、爆破节约时间0.5h，掌子面排险、出渣节约1h；喷射混凝土节省时间节约时间为2.5h；综合统计得：每循环总节约时间为4h。
6、存在问题及对策措施
在进行光面爆破施工时，都必须注意整个作业的工艺流程，只有严格按《爆破安全规程》的要求和工作程序执行，才能取得良好的爆破效果，并达到预期的目的。隧道洞身掘进采用光面爆破过程中，遇到问题及措施如下：
（1）炮眼布置：作业人员未按爆破设计进行炮眼布置，按照常规辅助掘进眼至周边眼距离小于周边眼间距布置（间距为45cm），担心周边眼药量过小、周边眼下围岩爆破不下来。
措施：安排接受过培训，并具有隧道施工经验的技术员跟班作业，亲自动手放样周边眼及辅助掘进眼点位、标出轮廓线，要求班组必须按照布置图打眼。
（2）钻孔施工：作业人员未按照操作程序，钎子、风钻、气腿不在同一垂直面上，起孔风压未控制，导致炮孔外插角过大，影响光爆效果。
措施：每次光爆前组织操作人员进行现场培训，钻眼过程中，每个台架上安排一名技术人员，盯控钻机操作手规范作业，保证钻机钎子、风钻、气腿在同一垂直面上，并起孔时控制半风，进尺3cm～5cm后全风钻进，全程跟班两个循环控制操作手钻孔习惯。
（3）药卷制作：周边眼药卷利用φ32PVC管定位，采取不耦合装药方式，操作人员制作药卷存在侥幸心理，定位管制作不按爆破设计间距割孔，药卷未用手进行按压以减小药卷直径。
措施：要求技术人员对制作成型的定位PVC管进行抽查，量取间距误差大于3cm判定不合格，要求重新制作，在装入药卷过程中，全程盯控，未对药卷进行等分及未按压入管的药卷，返工重新制作，局部增加工人工作量，矫正其侥幸心理，现场交底制作药卷便捷方式。
（4）堵孔连线：堵孔采用泡软的纸箱，撕碎成团顶入孔内，此道工序施工时，随意性过大，未按要求堵孔密实；导爆索连线未采用T型（两端传爆）连接。
措施：针对此问题，组织专家讲授理论和进行现场实践，讲述堵孔工序针对光爆效果重要性及T型连接两端传爆理论知识，现场实际操作演示便捷性，矫正工人传统繁琐习惯，让工人从心理上接受。
（5）非光爆效果：爆破后，无轮廊线形，凹凸感明显，甚至出现局部掉块现象。
措施：一是召开现场会对光爆效果进行点评，查找问题原因，提振操作人员信心；二是针对当次光爆进行详细分析，查出问题原因，针对问题重新调整爆破参数。
7、体会
光面爆破在完整、坚硬的III级围岩中能达到控挖效果，在IV、V级泥质粉砂岩中同样可以达到控挖效果，爆破后，围岩轮廓圆顺、稳定，为施工安全提供屏障；在实施光爆过程中，技术问题频现易解决，最主要问题存在于工艺标准的落实，如何能长期坚持、如何提高（施工、技术）人员的积极性方面值得思考。
参考文献：
【1】刘向荣，浅谈宝塔山隧道光面爆破施工作业原理.山西交通科技，2011.
【2】《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）
【3】《铁路隧道工程施工机械配置技术规程》（Q∕CR9226-2015）
【4】《喷射混凝土应用技术规程》(JGJT372-2016)
【5】刘士信庄松，软弱围岩隧道光面爆破技术浅析.中国高新技术企业，2012.
【6】新建张家界至吉首至怀化铁路站前工程设计图纸及相关资料
作者简介
吴宇，男，高级工程师，1977年5月出生，2001年毕业于武汉化工学院土木工程专业，学士学位，主要研究方向为路桥隧施工技术等。