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软弱围岩隧道爆破技术设计探讨
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内容提示：文章主要介绍了济邵高速公路新林隧道程地质和水文地质条件，探讨了在软弱围岩地段隧道爆破施工技术，分析了光面爆破设计及安全施工对策，并对钻爆法的设计施工组织为同类工程提供参考。
摘 要：文章主要介绍了济邵高速公路新林隧道程地质和水文地质条件，探讨了在软弱围岩地段隧道爆破施工技术，分析了光面爆破设计及安全施工对策，并对钻爆法的设计施工组织为同类工程提供参考。（参考《建筑中文网》）
关键词：软弱围岩；隧道爆破；设计；施工技术
1工程概况
新林隧道位于王屋山区,隧道为分离式隧道，全长670m。隧道位于王屋乡新林小学附近，属侵蚀剥蚀底山丘陵区（Ⅱ）。隧道轴线通过处最高海拔约578 m，最大相对高差约55m。山体走向呈南北向。新林隧道区内岩石节理裂隙普遍发育，隧道区围岩主要发育产状为90°∠88°、60°∠85°、200°∠28°、183°∠40°的四组节理，节理以平直为主，多闭合，节理密度2～5条/m，局部密集可达7条/m。隧道区段内岩石为砂岩、粉砂质泥岩，抗风化能力较弱。进洞口段自然坡向东倾，地形坡度200～400，为斜坡地形，表面残坡积层较薄，部分缺失，岩性为亚粘土，属V级围岩，下伏基岩为三叠系二马营组砂岩、粉砂质泥岩，强风化层厚约1.5m，围岩稳定性差，BQ＜250，属于Ⅴ级围岩。
本隧道穿过砂岩强风化、弱风化层，埋置浅，地下水不发育，主要为基岩裂隙水，水量较贫乏
2软弱围岩隧道爆破开挖方案确定
在开挖过程中应根据围岩类别（或级别）选用合理的爆破参数和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、装药结构及堵塞材料，尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏，严格控制超欠挖和爆破震动速度，充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
3钻爆设计
3.1钻爆设计方案
总的设计思想是拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破,核心采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破网路。对Ⅴ级和Ⅳ级围岩采用半断面台阶方式爆破，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。
根据本项目围岩特点，Ⅳ级围岩为软弱粉砂岩，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。
在风化、破碎较严重的地质条件下，宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法，或者预留光面层光面爆破开挖修边。
3.2底板眼钻爆要求
①将底板眼分成几段分开起爆，这样能减少底板眼同段起爆，共同作用的炸药量，改变了底板眼抵抗线的方向，实际上缩小了底板眼的抵抗线，从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
②起爆顺序：掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
③选择雷管段号时注意三点：第一，合理的段间隔时间；第二，同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量；第三，前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
3.3爆破参数的选择
通过对爆破试验确定爆破参数，光面爆破参数
对爆破参数选择的注意事项：
①软岩隧道采用光面爆破的相对距离（E/W）宜采用表中的最小值。
②装药集中度（q）按照2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时应进行换填，换算指标主要是猛度和爆力（平均值）。
③采用光面爆破时，爆破振动速度应控制在：中硬岩15 cm/s，软岩5 cm/s。要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1～2倍洞跨处实测得的，它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大，在光线示波器记录得到。光面爆破以后，开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。
3.4软弱围岩光面爆破器材的选择
①掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。
②周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。
③起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。
3.5周边眼参数选用及钻眼要求
周边眼参数的选用
周边眼参数经验计算公式：
间距：E=(8～12)d （d为炮眼直径），cm；
抵抗线：W＝（1.0～1.5）E,cm
装药集中度：q＝0.04～0.19Kg/m.
3.6炮孔设计及施工
①炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍，抵抗线为间距的0.7倍。根据经验，不至于使底板越爆越高，底板眼设计下插角度；二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密，确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面，减少爆破负荷。
②炮眼深度L。软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10～20%。在软弱围岩中，根据经验，一般宜在1.0～1.5m范围内考虑，新林隧道根据进度及爆破效果，选择炮眼深度为1.5m。
③炮眼数目N。在小直径（35cm～42cm）炮眼，开挖断面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2。在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2～0.4的范围内；单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼数目应增加20%左右。
④光面爆破单孔装药量的计算。
——单孔装药量，g；
——光面爆破炮眼装填系数；
——炮眼深度；
——炸药的密度，g/cm3;
——炸药直径，cm；
爆破总装药量的计算： (Kg)
——开挖断面积，m2；
——炮眼深度，m。
钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。
4爆破效果
在新林隧道软弱围岩(Ⅳ、Ⅴ级)爆破施工中，对钻爆设计进行优化，从直眼掏槽到斜眼掏槽方式及组合斜眼掏槽方式进行优化，爆破效果显著，线性平均超挖13.2cm,炮眼利用率均达到90%～95%，边墙光面爆破炮眼保存率62%，采用预裂爆破可达80%（Ⅳ级围岩），几乎每茬炮进尺均达1.5m（孔深1.7m）。这一效果极具经济价值。
5 结语
①软弱围岩隧道爆破施工中，宜采用台阶法施工，对爆钻设计，先现场试验，再不断的总结，不断的完善。
②对于水平平行状岩采用预裂爆破效果较好，在倾斜状层状围岩中实施光面爆破效果较好。
③对于软弱围岩隧道钻爆法施工是一个长期发展的施工方法，可以采用工程类比法和现场试验法相结合选择爆破参数，要不断的总结。
参考文献：
[1]黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]王梦恕.浅埋隧道暗挖法设计——施工问题新探.隧道建设,1992,(2).
[3]齐景狱.隧道现代爆破技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.
[4] JTJ042-94,公路隧道施工技术规范[S]. 来源: 《建筑中文网》.
关键词：软弱围岩；隧道爆破；设计；施工技术
1工程概况
新林隧道位于王屋山区,隧道为分离式隧道，全长670m。隧道位于王屋乡新林小学附近，属侵蚀剥蚀底山丘陵区（Ⅱ）。隧道轴线通过处最高海拔约578 m，最大相对高差约55m。山体走向呈南北向。新林隧道区内岩石节理裂隙普遍发育，隧道区围岩主要发育产状为90°∠88°、60°∠85°、200°∠28°、183°∠40°的四组节理，节理以平直为主，多闭合，节理密度2～5条/m，局部密集可达7条/m。隧道区段内岩石为砂岩、粉砂质泥岩，抗风化能力较弱。进洞口段自然坡向东倾，地形坡度200～400，为斜坡地形，表面残坡积层较薄，部分缺失，岩性为亚粘土，属V级围岩，下伏基岩为三叠系二马营组砂岩、粉砂质泥岩，强风化层厚约1.5m，围岩稳定性差，BQ＜250，属于Ⅴ级围岩。
本隧道穿过砂岩强风化、弱风化层，埋置浅，地下水不发育，主要为基岩裂隙水，水量较贫乏
2软弱围岩隧道爆破开挖方案确定
在开挖过程中应根据围岩类别（或级别）选用合理的爆破参数和掏槽形式、爆破材料、起爆方式、装药结构及堵塞材料，尽量减小爆破对围岩和邻近洞室的扰动和破坏，严格控制超欠挖和爆破震动速度，充分保护围岩的自承能力。前一洞室爆破对相邻洞室爆破震动速度的影响应控制在5cm/s之内。
3钻爆设计
3.1钻爆设计方案
总的设计思想是拱部采用光面爆破,边墙采用预裂爆破,核心采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破网路。对Ⅴ级和Ⅳ级围岩采用半断面台阶方式爆破，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。
根据本项目围岩特点，Ⅳ级围岩为软弱粉砂岩，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。
在风化、破碎较严重的地质条件下，宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法，或者预留光面层光面爆破开挖修边。
3.2底板眼钻爆要求
①将底板眼分成几段分开起爆，这样能减少底板眼同段起爆，共同作用的炸药量，改变了底板眼抵抗线的方向，实际上缩小了底板眼的抵抗线，从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
②起爆顺序：掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
③选择雷管段号时注意三点：第一，合理的段间隔时间；第二，同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量；第三，前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
3.3爆破参数的选择
通过对爆破试验确定爆破参数，光面爆破参数
对爆破参数选择的注意事项：
①软岩隧道采用光面爆破的相对距离（E/W）宜采用表中的最小值。
②装药集中度（q）按照2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时应进行换填，换算指标主要是猛度和爆力（平均值）。
③采用光面爆破时，爆破振动速度应控制在：中硬岩15 cm/s，软岩5 cm/s。要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1～2倍洞跨处实测得的，它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大，在光线示波器记录得到。光面爆破以后，开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。
3.4软弱围岩光面爆破器材的选择
①掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。
②周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。
③起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。
3.5周边眼参数选用及钻眼要求
周边眼参数的选用
周边眼参数经验计算公式：
间距：E=(8～12)d （d为炮眼直径），cm；
抵抗线：W＝（1.0～1.5）E,cm
装药集中度：q＝0.04～0.19Kg/m.
3.6炮孔设计及施工
①炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍，抵抗线为间距的0.7倍。根据经验，不至于使底板越爆越高，底板眼设计下插角度；二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密，确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面，减少爆破负荷。
②炮眼深度L。软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10～20%。在软弱围岩中，根据经验，一般宜在1.0～1.5m范围内考虑，新林隧道根据进度及爆破效果，选择炮眼深度为1.5m。
③炮眼数目N。在小直径（35cm～42cm）炮眼，开挖断面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2。在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2～0.4的范围内；单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼数目应增加20%左右。
④光面爆破单孔装药量的计算。
——单孔装药量，g；
——光面爆破炮眼装填系数；
——炮眼深度；
——炸药的密度，g/cm3;
——炸药直径，cm；
爆破总装药量的计算： (Kg)
——开挖断面积，m2；
——炮眼深度，m。
钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。
4爆破效果
在新林隧道软弱围岩(Ⅳ、Ⅴ级)爆破施工中，对钻爆设计进行优化，从直眼掏槽到斜眼掏槽方式及组合斜眼掏槽方式进行优化，爆破效果显著，线性平均超挖13.2cm,炮眼利用率均达到90%～95%，边墙光面爆破炮眼保存率62%，采用预裂爆破可达80%（Ⅳ级围岩），几乎每茬炮进尺均达1.5m（孔深1.7m）。这一效果极具经济价值。
5 结语
①软弱围岩隧道爆破施工中，宜采用台阶法施工，对爆钻设计，先现场试验，再不断的总结，不断的完善。
②对于水平平行状岩采用预裂爆破效果较好，在倾斜状层状围岩中实施光面爆破效果较好。
③对于软弱围岩隧道钻爆法施工是一个长期发展的施工方法，可以采用工程类比法和现场试验法相结合选择爆破参数，要不断的总结。
参考文献：
[1]黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]王梦恕.浅埋隧道暗挖法设计——施工问题新探.隧道建设,1992,(2).
[3]齐景狱.隧道现代爆破技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.
[4] JTJ042-94,公路隧道施工技术规范[S]. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/12989.htm
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