复杂地质情况下小断面隧洞的光面爆破施工技术

复杂地质情况下小断面隧洞的光面爆破施工技术 葛洪岩

摘 要 小断面隧洞的开挖受断面较大，制约了凿岩机具的利用率及开挖爆破进尺，影响生产进度。同时岩石对爆破的夹制作用明显，不利于爆出完整的光面层，影响爆破质量。小断面隧洞对爆破参数的选定及开发方法的选择尤为重要。

关键词 小断面隧洞 光面爆破 爆破参数 开挖方法

Experimental Study on Nocontinuous Uncoupled Charge Pattern of Smooth Blasting under Complicated Geological Condition Ge Hongyan

(The thurd of china)

Abstract A technological measure of noncontinuous uncoupled charge pattern to improve the effect of smooth blasting is presented based on field experiment. And curves of the relationship between the thickness of soft rock layer and the optimum noncontinuous distance are given. Application of this measure could secure the safety of slope.

Key words：Complicated geological condition Smooth blasting Noncontinuous charge Uncoupled charge 1 前言

对于光面爆破来讲，介质的均质越好，其爆破效果也就越好。但是，岩体是一种非均质、

各向异性的不连续介质，除了其本身含有微小裂隙外，由于在复杂的地质变化过程中，会产生许多不同方向、不同规模、不同特性的层理、节理、裂隙和断层，这就直接影响着光面爆破的效果。 尽管许多爆破工作者对于含层理岩体的光爆成缝机理进行过实验研究，并取得了一定的理论成果，但实验和应用还有相当大的距离，因为实验模块的结构面是预 知的，而工程中岩体的结构面是复杂、无规律的，是不可预知的。因此，目前还很难将现有的实验室取得的理论成果直接用于工程实践，解决工程中存在的实际问题。鉴于此，笔者在溪洛渡水电站左岸谷-缆排水平洞爆破开挖工程施工中，针对洞口段山体软夹层多、岩性变化大的地质特点，在光爆施工时，对含软夹层岩体的装药结构进行了试验研究，并与开挖方法相配合，为解决生产难题提供参考依据。 2 工程地质及工程概述

溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县交界的金沙江溪洛渡峡谷内。【左岸进水口及缆机平台谷肩堆积体排水平洞】（以下简称排水平洞）是保证左岸谷肩堆积体长久稳定及电站进水口施工和运行期安全的一条排水洞，总长1137.5m，设置两条施工支洞，开挖断面为城门洞型，开挖断面尺寸为3.7×3.9m（宽×高）。进口段熔结凝灰岩与玄武岩为侵入不整和接触，胶结一般，接触破碎。岩体弱风化，断层不发育，节理发育，少数闭合，含软弱夹层。 3 开挖方法

洞口段开挖采用台阶开挖法掘进，令下半部断面超前上半部断面2.0~3.0m。因洞室断面限 制，如大于3.0m，将给机械出渣造成困难，同时在围岩破碎地段不利于上半部断面的稳定。本工程选用2.5m。本开挖法具备以下优点：

1） 可对上半部断面起到超前地质预报的作用，便于观察岩石的夹层、裂隙及断层等的部位，为周边孔装药提供了很好的地质参考；

2） 为上半部断面的爆破提供了较好的临空面，减小了岩石对爆破的夹制作用，便于光爆层的剥落，提高了爆破质量，同时可增加爆破进尺。

3） 在钻孔时可根据上半部的结构面布置炮孔，使一些断层、节理、裂隙起到控制裂隙扩展方向的导向作用，这样只需少量的炸药既可获得良好的爆破效果。

当然此种方法也存在自身的缺点，在开挖过程中必须要确保上半部断面的稳定，避免出现坍塌事故。一般情况下，在围岩出漏12小时内能保持稳定的，均可采用本方法施工。 4 光面爆破参数 4．1 周边眼间距

周边眼间距a0按炮孔直径选取 a0=（10~20）dp

式中：dp为炮眼直径；mm。

本隧洞的周边眼间距选择参考以下因素：一是隧洞断面较小，且开挖断面曲率较大，岩石对爆破的夹制作用较强，此因素的影响在台阶开挖法中可得到一定减弱；二是岩石为熔结凝灰岩，节理发育。以理论为依据，通过反复试验和综合分析论证，本隧洞IV类围岩可取a0=50cm。 4． 2 最小抵抗线与炮孔密集系数

周边炮孔与最外层主爆孔之间的一圈岩石层称为光爆层。光爆层的厚度就是周边孔的最小

抵抗线。炮眼密集系数m与炮眼间距a0和最小抵抗线w存在以下关系：m= a0/w。一般情况下，周边眼间距a0与光爆层厚度w的比值为 m= a0/w=0.8~1.0

光爆层厚度受隧洞断面大小及围岩情况影响较大，本隧洞断面小，开挖断面曲率大，理论上应减小光爆孔的抵抗线，但采用台阶开挖法后为顶拱光爆层的剥落创造了良好的临空面，最小抵抗线的选取主要依据岩石的性质来确定。本隧洞岩石破碎，节理发育，采用大抵抗线。炮孔密集系数取m=0.8，最小抵抗线取w=60cm。本选取方案可充分使反射拉伸波从最小抵抗线方向折回之前造成贯穿裂缝，隔断反射拉伸波向围岩传播的可能，减小围岩破坏。 4．3 不耦合系数

周边眼装药采用轴向空气间隔不耦合装药。炮眼直径与药包直径的比值称为不耦合系数。本隧洞光爆孔炮眼直径选取42mm，药包直径选取ф25mm。不耦合系数D=1.68。 4．4 线装药密度

周边眼的装药量与岩石性质、最小抵抗线、炸药特性、炮孔间距等因素有关。通常中硬 岩取q=0.2~0.3kg/m，软岩取q=0.07~0.15kg/m。考虑本工程段地质情况为熔结凝灰岩与玄武岩存在相互侵入，岩体具有一定的韧性，且裂隙发育，炮轰气体逸散严重，故线装药密度应适当增大，本工程取q=0.17kg/m。周边眼装药采用ф25mm×160g药卷，为抵抗岩石的夹制作用，炮眼底部装一节ф32mm×200g药卷进行底部加强，以提高炮孔利用率。 4．5 装药结构

周边眼装药采用空气柱间隔装药。针对本段的地质特点，装药过程中合理利用岩体自然结构面，在炮孔穿过断层、裂隙、夹泥层处时，将炸药进行分散化、微量化处理，以减小爆破对弱面的过渡破坏及爆破产生气体的逸散逸现象。 4．6 起爆网络

因岩体破碎，裂隙较发育，为提高爆破质量及稳定围岩，应尽量减小爆破对围岩的扰动。周边光爆孔起爆时以最小的时间差分段同时起爆，先起爆侧墙再起爆顶拱，实行分段起爆。

地板眼爆破的习惯做法是加大药量，放在最后一段同时起爆，以达到翻渣的作用，便于装渣。但是底板眼爆破产生的震动强度较大，从保护围岩的的角度来看，是不合理的。所以本工程改变了传统的做

法，将底板眼分成两段分开起爆。底板眼分段起爆，共同作用的炸药量，改变了底板眼抵抗线的方向，实际上是缩小了底板眼的抵抗线，从而减小底板眼爆破产生的震动强度。本方法提高了围岩的稳定，有利于下一循环的造孔工作。 4．7 起爆时差

两相邻光爆炮孔因雷管误差会导致不能同时起爆，存在起爆时差。我国光面爆破实践证明，两相邻光爆炮孔的起爆时差≤100ms时视为光爆炮孔同时起爆，可获得良好爆破效果，时差越短光爆效果越有保证。本工程中为保证周边炮孔同时起爆，尽量减小起爆时差，周边孔采用导爆索孔内、孔外串联的装药连接方式，导爆索传爆速度为不低于6000m/s，基本达到光爆孔同时起爆的要求。 5 结果

排水平洞采用台阶开挖法后全断面平均每循环进尺2.4m，如不考虑出渣机械的，每循环进尺仍可增加。拱部断面炮眼利用率达到96%以上，拱部半孔率达到92%以上，边墙半孔率达到85%以上，所有炮痕未发现明显裂纹。两相邻光爆孔间壁面光滑平整，平均线性超挖6cm，最大超挖10cm。 6 体会

1） 台阶开挖法的应用，较大程度的提高了爆破质量，加大了单循环开挖进尺，同时为顶拱光爆眼的钻孔及光爆孔装药提供了较有力的依据

2） 要想获得理想的光爆效果，必须根据工程地质条件选择合理的光爆参数和开挖方法，有针对性的采取控制措施。

作者单位：中国水利水电第四工程局

参考文献

[1] 于书翰 杜谟远.隧道施工.北京: 人民交通出版社出版, 1999. [2] 周新国.软弱围岩单线铁路隧道光面爆破. [3] 刘仁旭 汲红旗.公路隧道的光面爆破. [4] 陈晓波.光面爆破参数选择与质量控制措施. [5] 王文龙.钻眼爆破.北京: 煤炭工业出版社,1986.