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大断面膨胀岩隧道光面爆破施工技术研究

2024-05-21 60 上传者：管理员

摘要：针对复杂地质条件下膨胀岩大断面隧道光面爆破单位炸药消耗量偏高、爆破超欠挖严重问题，在优化隧道开挖机械结构的基础上，结合隧道光面爆破掏槽理论，设计了合理的掏槽方式，通过分析爆破后隧道成型轮廓、破碎岩石块体大小、爆堆堆积形态、爆破经济指标，得出了膨胀岩大断面隧道光面爆破最优爆破参数，对类似工程施工具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：
光面爆破
大断面
掏槽
膨胀岩
隧道
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1、工程概况

新建济南至莱芜铁路站前工程MMZQ-4标，东北岭隧道起讫里程为DK84+127～DK86+840，隧道全长2 713延米，其中Ⅲ级围岩350m，Ⅳ级围岩1 500m,Ⅴ级围岩786m，隧道最大埋深193m，隧道岩性主要为强风化膨胀岩、膨胀岩，隧道区不良地质为岩溶，涌水、膨胀土、膨胀岩、石膏及有害气体，隧道断面面积132.3m2，采用YT28气腿式凿岩机钻眼光面爆破方法施工，隧道施工存在隧道开挖成型轮廓差，隧道初喷混凝土超耗严重问题。

2、隧道开挖机械选型及优化

2.1开挖机械选型

隧道开挖常用采用YT-28气腿式凿岩机、双/三臂凿岩台车、悬臂掘进机、全断面岩石隧道掘进机（TBM）等，结合隧道施工长度、围岩条件、隧道施工开挖方法，综合分析隧道开挖施工成本投入，确定隧道开挖采用YT-28式气腿式凿岩机。

2.2开挖机械优化

1)YT28气腿式凿岩机连接弯头优化针对YT28气腿式凿岩机钻眼过程中机体不能紧贴边墙，导致钻杆外插角大而造成超挖现象，将连接弯头长度由原来边长的3cm缩短至0.5cm，使凿岩机宽度减小2.5cm。连接弯头改装示意图见图1。

图1连接弯头改装示意

2)YT28气腿式凿岩机注油器优化YT28气腿式凿岩机注油器主要是将油雾化后通过高压风带入油缸，对活塞起到润滑保护作用，在不影响其功能作用的前提下，在注油器和连接弯头之间利用风管进行连接，将分体后的注油器改移并固定至钻爆台架上。注油器改装示意图见图2。

图2注油器改装示意图

通过对YT28气腿式凿岩机结构改装，减小连接弯头、注油器对机身宽度的影响，降低钻杆外插角度，有效提高周边眼钻眼施工精度。

3、爆破参数设计

1）爆破器材

本隧道选用2号岩石乳化炸药，规格为∅32mm药卷，长200mm，药卷质量200g，雷管采用塑料导爆管非电毫秒雷管，脉冲式起爆器起爆。

2）掏槽型式

垂直楔形掏槽具有操作简单，能按岩层的实际变化情况选择掏槽角度，易把岩石抛出，掏槽眼的数量少且炸药耗量低等优点，尤其适用于隧道断面内有软弱夹层、层理、节理和裂隙的情况。结合本隧道围岩地质情况及开挖断面尺寸并考虑隧道循环进尺等因素，设计采用垂直楔形掏槽形式，加之隧道开挖围岩为膨胀岩，为确保爆破后围岩有足够膨胀空间，在隧道中央偏下位置钻设大直径空眼。

3）炮眼直径

炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响。加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善，但炮眼直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量、洞壁平整程度和围岩稳定性，一般隧道的炮眼直径选择在32～50mm之间，根据现场施工机具主要为YT-28风钻，炮眼选用42mm钻孔直径。

4）炮眼深度

炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离，合适的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。根据隧道开挖断面大小及岩性条件，隧道主要采用台阶法开挖，上台阶掏槽眼长度取4.66m。上下台阶每循环计划开挖进尺4m，炮眼利用率按0.9考虑，上、下台阶周边眼、辅助眼炮眼长度取4.5m。

5）炮眼数量

根据隧道断面大小及围岩情况，上台阶掏槽眼取4对，掏槽眼与开挖面夹角75°，上下两对掏槽眼间距80cm，同一平面2个炮眼眼底距离20cm。上台阶炮眼总数取118个，下台阶炮眼总数取50个。上台阶炮眼布置图见图3，下台阶炮眼布置图见图4。

6）炮眼装药量

隧道上台阶断面积87m2，爆破每方岩石炸药消耗量取0.65kg/m3，炸药总量取227kg。隧道下台阶断面积45.3m2，由于上台阶已经开挖，下台阶有2个临空自由面，爆破每方岩石炸药消耗量取0.6kg/m3，炸药总量取103.2kg。

图3上台阶炮眼布置图

图4下台阶炮眼布置图

7）装药方式

掏槽眼、辅助眼采用连续不耦合装药方式，周边眼采用间断不耦合装药方式。

8）堵塞长度

隧道光面爆破周边眼堵塞长度一般取L=(20～30)D(D为不耦合系数），这里取L=30cm。

东北岭隧道台阶法爆破详细参数见表1，主要指标为断面132.3m2，炮眼数168个，每平方炮眼个数为1.27个，单位炸药消耗量为0.62kg/m3。

4、隧道爆破效果分析

1）隧道成型轮廓

爆破后岩面形态可作为分析爆破效果的重要依据，同时岩面形态也可作为下次爆破参数调整的参考（图5）。采用激光隧道断面扫描仪对爆破后轮廓开展测量，隧道周边岩面轮廓爆破损伤较小，掌子面（齐头）平整度较好，周边眼的半孔率达到85%，隧道光面爆破超欠挖量均控制在规范要求范围内。

2）围岩破碎效果

隧道光面爆破理想围岩破碎效果是指爆破后岩块无须进一步处理即可实现现场快速出渣，统计围岩破碎块度大小，破碎围岩最大直径达35cm，无须进行二次破碎即可满足现场机械出渣要求。

表1台阶法爆破参数表

图5激光隧道断面扫描仪测量隧道开挖轮廓

3）爆堆形态效果

隧道爆破后的爆堆直接影响现场出渣效率，通过分析隧道爆破后爆堆抛撒比较集中情况，爆堆的松散程度可满足现场机械快速转运出渣，机械装运阻力较小，基本满足光面爆破指标要求。

4）经济指标分析

本隧道断面132.3m2，炮眼数168个，每平方炮眼个数为1.27个，满足相关规范规定每平方炮眼个数1.2～1.5个的要求。上台阶单位炸药消耗量为0.65kg/m3，下台阶单位炸药消耗量为0.6kg/m3，满足膨胀岩隧道爆破炸药消耗量控制标准值。综上所述：隧道钻眼个数及炸药消耗量均满足规范设计值，可达到节约成本的目的。

5、结论

新建济莱铁路东北岭隧道针对膨胀岩大断面隧道超欠挖严重，隧道爆破效果不理想，单位炸药消耗量偏大的问题，通过合理选择爆破施工参数，并对爆破效果开展工艺性分析，得出了适用于膨胀岩大断面隧道的最优爆破参数，隧道超欠挖量平均控制在10cm，单位炸药消耗量为0.62kg/m3，有效提高了大断面膨胀岩隧道现场爆破效果，降低了工程施工成本。

参考文献:

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文章来源:孙龙华.大断面膨胀岩隧道光面爆破施工技术研究[J].建筑机械化,2024,45(05):113-115.