香卡隧道爆破参数优化设计与超欠挖控制

香卡隧道爆破参数优化设计与超欠挖控制

赵建崇

中交一公局第六工程有限公司天津300000

摘要：本文以国道569曼德拉至大通公路宁缠垭口至克图段的香卡隧道工程项目为依托，通过对施工现场控制爆破的调查，分析目前爆破施工中产生超欠挖问题的主要原因，从而调整和完善爆破设计参数，提出了超欠挖控制爆破优化方案，并取得了良好效果，达到了合理控制超欠挖的目的。

关键词：隧道；控制爆破；参数优化；超欠挖控制

1.工程概况

国道569曼德拉至大通公路宁缠垭口至克图段的香卡隧道为一座分离式单向行车双线隧道，左、右线隧道长度分别为3024m、3049m，设计时速80km/h，为特长隧道。其中，洞身段围岩主要为中风化近水平层状砂岩，中细粒状结构，节理、裂隙较发育，岩体较破碎，围岩等级为Ⅳ级，采用台阶法施工。

2香卡隧道爆破存在的问题

2.1爆破参数设计

按照前期施工图设计，洞身Ⅳ岩地段采用正台阶法施工，Ⅳ级围岩每循环进尺3.6m。钻眼采用风动凿岩机配合自制简易台车施工，钻眼直径40mm，炸药采用2＃岩石乳化炸药，药卷直径为Ф32mm，长度为23.5cm，每卷质量为0.2kg。爆破器材选用塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。前期现场光面爆破主要参数如下：周边眼间距55cm，最小抵抗线70cm，每孔装药量1.0kg。掏槽眼左右各6个，长度4.5m，装药量2.8kg；辅助眼长度3.8m，装药量1.2～2.2kg（从掏槽眼向周边眼逐渐递减），采用楔形掏槽方式和连续装药结构。炮眼布置见图1（图中右半部分阿拉伯数字代表毫秒延期雷管段别），主要参数见表1。

2.2爆破效果简述

在隧道爆破开挖过程中，通过对现场的观察发现：超挖现象主要集中在隧道拱部位置；欠挖现象则主要集中在拱脚和墙脚处；拱顶几乎无炮眼痕迹保存，拱腰处呈锯齿状，且凹凸不平，断面难以形成拱形轮廓；爆破后岩体极易沿某一光滑节理面整体脱落，由此造成的超挖较为严重；欠挖造成的浮石需要补炮才能清除，严重影响隧道施工功效；典型实测断面如图2所示，隧道拱部超挖现象较为严重，拱顶平均线形超挖量达0.55m，拱腰处最大超挖量能达0.79m。

2.3超欠挖原因分析

2.3.1层状结构对爆炸应力波的影响

近水平岩层的层理、节理对隧道的超挖起着重要作用。岩体节理愈发育，抵抗爆破的能力愈弱，超挖现象就愈严重。在近水平岩层中，水平炮孔的最小抵抗线方向垂直于水平岩层，其爆轰波除直接压缩破碎炮孔附近的岩层外，其应力波还将向外传播。当遇有裂隙、层理面时，应力波就会被该面反射而形成反射拉伸波。又因为岩体抗压能力远大于抗拉能力，于是位于某二水平层理之间的岩体被反射拉伸波“拉下”来，形成超挖现象［1-2］。

2.3.2爆破设计参数不合理

拱部周边眼的装药量偏大且集中，因Ⅳ级围岩较软弱，节理裂隙发育，拱部有较多光滑节理面，如果药量大且集中，极易发生超挖；拱脚处辅助眼的装药量偏少，对近水平层状围岩来说，岩石的夹制作用从拱顶到起拱线逐渐增大，从而导致拱脚处容易发生欠挖［3-4］。

2.3.3测量放样误差较大

因隧道内光线暗，照明条件较差，致使测量人员在放样时误差较大，甚至错误，造成隧道外轮廓线偏离，从而产生超欠挖。

2.3.4钻眼精度不高

由于施工人员操作不熟练，眼位钻得不正确，周边眼间距、钻杆外插角控制不好，钻孔眼底深浅不一，也不在同一平面上，导致超欠挖严重。

2.3.5周边眼装药结构不规范

在实际爆破施工过程中，经常发现施工人员不按设计的装药结构装药，错误地认为只要加大药量就可以提高炮眼利用率，就能得到较好的爆破效果，从而产生超挖，为了使超挖得到控制又盲目地减少装药量，又导致欠挖。

3.香卡隧道超欠挖控制爆破方案与效果

3.1爆破参数优化

根据前期施工中存在的问题，根据不同围岩的工程地质条件，通过现场试验，不断调整和优化爆破参数，制定超欠挖控制爆破方案。

主要爆破参数如下：上台阶开挖面积为62.34m2，每循环进尺3.6m，总耗药168.2kg，炸药单耗量0.75kg/m3；周边眼间距45cm，最小抵抗线55cm，每孔装药量0.8kg，采用不耦合间隔装药结构；掏槽眼左右各6个，长度4.5m，装药量2.8kg；辅助眼长度3.8m，装药量1.2～2.2kg（从掏槽眼向周边眼逐渐递减），采用孔底连续装药结构。其中，掏槽眼布置见图3，总体炮眼布置见图4（图中右半部分阿拉伯数字代表毫秒延期雷管段别），主要参数见表2。

3.2超欠挖控制措施

3.2.1施工工艺

3.2.1.1精确测量放样，控制钻眼精度

在隧道开挖前需准确画出开挖轮廓线，误差控制在5cm之内。隧道轮廓测量画线的精度直接影响着隧道开挖效果，特别是周边眼的精度。严格按设计轮廓放样，同时应考虑预留沉降量和变形量。每次测量放线时应对上次爆破断面进行检查根据爆破效果及时调整参数［7］。

为了减少因钻眼误差而引起的超欠挖，采取了以下措施：长周边眼的外插角根据钻眼深度和规范允许超欠挖进行计算，控制在2°以内，将工人的经济利益与钻孔技术水平结合起来；其次所有炮眼(掏槽眼除外)的眼底位置尽可能控制在同一垂直面上［1］。

3.2.1.2规范周边眼装药结构

间隔装药能够使炸药能量分布均匀［5］，对周边眼采用导爆索分散炮孔内药量，防止能量集中形成爆破漏斗而在炮眼独步造成超挖［6］。周边沿装药结构示意图如图5所示，不偶合系数为1.5～2.0，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于50cm，乳化炸药可通过搓揉使其变为小直径药卷。

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235mm／200g乳化炸药，采用不偶合装药，底板采用集中加强装药。装药参数如表2。

图5周边眼装药结构示意图

3.2.2施工管理

3.2.2.1加强人员培训，提高钻孔精度

为了使超欠挖值限制在最小范围内，必须加强对钻孔人员的培训，使他们熟练掌握钻孔技术，做到按操作细则、设计要求和布置的孔位施钻，确保达到规定的孔位、孔深和倾斜度等。同时要严格工序间的检查和监督，坚持按图验收［8-9］。

3.2.2.2加强钻爆设计的执行力度

加强项目部对施工队的管理与监督，项目部应派专人负责隧道掌子面的钻孔、装药，将钻爆设计的执行情况和超前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。

3.3超欠挖控制爆破效果

通过减小周边眼间距及装药量，采用不耦合间隔装药结构，内圈眼根据掌子面围岩不同部位夹制作用的不同来调整装药量等措施，同时加强光面爆破管理，提高施工技术水平，光面爆破效果得到大幅提高。拱顶处，炮眼痕迹保存率达到40%，边墙达60%；平均线性超挖量小于10cm，最大线性超挖量为19cm。可见，通过调整和完善爆破参数，提高爆破施工技术水平，能在很大程度上提高光面爆破质量，减少超欠挖。爆破参数优化后的隧道典型断面如图6所示。

4.结语

针对香卡隧道钻爆法施工超欠挖存在的问题，调整和完善了炮眼布置及爆破设计参数，并从施工工艺和施工管理方面提出了超欠挖控制措施。施工实践表明，爆破效果良好，超欠挖得到了有效的控制。

参考文献

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［5］吴亮，朱红兵，卢文波．空气间隔装药爆破研究现状与探讨［J］．工程爆破，2009，15(1)：16－19．

［6］宗琦，孟得君。炮孔不同装药结构对爆破能量影响的理论研究［J］．岩石力学与工程学报，2003.22(4):641－645．

［7］刘冬，高文学，刘明高。隧道超欠挖成因及其控制技术［J］．地下空间与工程学报，2007.3(8):1468－1471．

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