凤凰山隧道光面爆破技术范文
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【论文关键词】隧道；光面爆破；技术参数；效果
【论文摘要】凤凰山隧道应用光面爆破技术，有效控制隧道的超欠挖，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制施工成本，取得较理想的爆破效果。文章着重介绍凤凰山隧道光爆参数的选定及爆破效果。
一、工程概况
（一）工程简介
新建黄织铁路凤凰山隧道全长6662m，是本标段控制工程，也是本线的控制工程；隧道Ⅱ级围岩3559m，Ⅲ级围岩906m，Ⅳ级围岩2178m，Ⅴ级围岩10m。
（二）工程地质
隧道通过地带为岩溶中山地貌，山脊与沟谷、岩溶洼地、漏斗相间，第四系土层零星分布，基岩大面积出露。隧道穿越地段按围岩分级划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩。Ⅱ级围岩岩质新鲜、坚硬、裂隙欠发育，岩体为块状结构，围岩稳定。Ⅲ级围岩岩质弱风化，裂隙较发育，多薄层结构，围岩基本稳定。Ⅳ级围岩裂隙发育，岩体为破碎结构，围岩稳定性差，易掉块。
隧道开挖采用钻爆法开挖，为保证开挖轮廓成型质量，岩面平整，减少围岩扰动，增强围岩的自身承载能力，保护围岩不被破坏，减小安全隐患，因此,凤凰山隧道施工中采用光面爆破技术。
（三）施工方案基本情况
1．开挖断面大小。Ⅳ级围岩断面积为52m2，每循环需10小时，进尺2.70m，采用台阶法开挖。Ⅱ、Ⅲ级围岩断面积为42m2，每循环需8小时，进尺2.70m，采用全断面开挖。
2．施工设备配备。凤凰山隧道施工中，采用工字钢、钢管、钢筋等焊接自制成钻孔台架，台架上安装有高压风、钢管、通用闸阀、连接风钻、照明配电盒及照明灯具，可以供15台风钻同时钻眼施工。机械排险后，用装载机将台架抬至工作面，只需5分钟即可就位。就位后，人工在台架的各个区域排险，互不影响，紧接着测量放样，采用15台YT-28式气腿式凿岩机钻孔同时钻眼，钻眼孔径为40mm。
二、光面爆破的优点
1．减少超欠挖，减少炸药用量，减少支护混凝土用量；
2．爆破后岩面平整，岩碴块度均匀较小，利于装碴，为后期铺挂防水板及二次衬砌施工缩短时间；
3．减少支护投入，节约施工成本，增加效益。
三、光面爆破设计
1．光面爆破的起爆顺序。起爆顺序：掏槽炮→扩槽炮→内圈炮→周边炮→底板炮→底角炮。
2．光面爆破参数的确定
（1）周边孔间距E。周边眼通常布置在距开挖断面边缘0.1m至0.2m处,光爆孔的孔底的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3～5°。当爆孔孔径D为40mm时，周边孔间距E=（10～16）D，Ⅱ、Ⅲ级围岩周边眼的间距为0.55m，Ⅳ级围岩约为0.50m比较合适。
（2）光爆层厚度W。光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。断面大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，可以大些；断面小，光爆眼受到的夹制力大，光爆层厚度相对要小些。同时，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。凤凰山隧道光爆层厚度W=0.5m～0.8m，Ⅱ、Ⅲ级围岩W取55cm，Ⅳ级围岩W取60cm。
（3）密集系数K。周边眼密度系数是周边眼间距E与光爆层厚度W的比值，是影响爆破效果的重要因素。
K=E/W（K取值0.8）
（4）孔深L。围岩循环进尺：L=0.5×B×90%=0.5×6.0×90%=2.70m(隧道宽度B=6.0m)。除掏槽眼和底角眼取值3.2m外，其余各眼炮孔深度取3.0m。在实际操作中应视掌子面的凹凸情况，调整各炮眼钻孔长度，使所有炮眼眼底处于同一垂直面上。
（5）装药量Q。一是确定炸药单耗量q，炸药单耗量对装药效率、炮孔利用率、开挖壁面的平整程度和围岩的稳定性都有较大的影响。它取决于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素。q取值1.2kg/m3。二是装药集中度Q。光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即
Q=qEW
Q确定为0.11～0.30kg/m。
（6）炮孔数量N。炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增多，周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况；相反，孔数过多将使凿岩工作量增大。
N=0.0012qS/ad2
式中N—炮孔数量，个；q—单位炸药消耗量,取1.2kg/m3；S—开挖断面面积，（Ⅳ级围岩S=52m2，Ⅱ、Ⅲ级围岩S=42m2）a—炮眼装填系数，取0.62；d—炸药直径，硝铵炸药为32mm。Ⅱ、Ⅲ级围岩炮孔数量N=95个，Ⅳ级围岩炮孔数量N=118个。
3．装药结构。周边眼装药采用径向不偶合间隔装药结构，不偶合系数为1.5～2.0。所有爆眼统一装φ32标准药卷，周边眼间隔装药，岩石炸药与乳化炸药混装，周边眼药卷不需绑在竹片上，直接装入，孔口用炮泥堵塞。光面爆破装药过程中，如果只注意控制周边眼用药量而忽视内圈辅助眼的药量控制，很难达到理想的爆破效果。因此，为保证光爆效果，司钻手定岗定位，掏槽眼、底板眼、辅助眼、周边眼（又分拱部、拱墙、边墙）都实行专人负责。
4．起爆方法。隧道爆破从掏槽眼到辅助眼至周边眼，采用多段微差毫杪雷管起爆由里向外起爆，其中周边眼比辅助眼要跳2段，间隔时间为25～100毫秒，且用同一段雷管同时起爆。
四、光面爆破参数的调整
光面爆破是一项能有效控制岩体开挖轮廓减少超欠挖的爆破技术，通过对隧道周边进行正确的钻孔和爆破，可以保留完整的周边轮廓及减少对围岩的扰动。确定合理的光爆参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。
凤凰山隧道钻孔直径为φ40mm，钻孔深度为3m（除掏槽眼和底角眼取值3.2m），爆破中使用2号岩石铵梯炸药和乳化炸药。在施工中分别对周边眼间距为40cm，50cm，55cm，60cm，65cm，70cm、光爆层厚度及炮孔数量等进行多次现场爆破试验，总结出以下爆破技术参数：
1．周边眼间距E：当爆孔孔径D为40mm时，Ⅱ、Ⅲ级围岩周边眼的间距为0.55m，Ⅳ级围岩约为0.50m比较合适。
2．Ⅱ、Ⅲ级围岩光爆层厚度W取55cm，Ⅳ级围岩W取60cm。
3．密集系数K。K取值0.8
4．孔深L。隧道光面爆破，周边眼的深度，取决于钻眼精度。本隧道钻眼深度L取值3.0m，进尺2.70m。
5．装药量Q。经过现场试验和施工经验数据，装药量Q确定为0.20kg/m。
6．炮孔数量N。N=0.0012qS/ad2。考虑到周边眼适当加密,不同围岩级别相应增加8～10个炮孔，Ⅱ、Ⅲ级围岩炮眼总数选取104个，Ⅳ级围岩炮眼总数选取128个。
五、爆破效果
1．周边轮廓基本符合设计要求，爆破后岩石壁面基本平整，起伏度在15cm以内。
2．爆破后岩面保留有半眼孔痕，整体性好的围岩半眼率大于85%。
3．爆破后，在围岩壁面上无粉碎损伤，无明显新生裂隙，对围岩破坏轻微。
4．爆破后围岩稳定，基本无剥落现象，大的危石浮石少。
5．循环进尺理想。当炮眼深度达3.0m时,每循环进尺达到2.7m以上。
6．石碴最大块40cm，碴堆集中，抛距30m。
六、结论
1．爆破设计是隧道开挖的关键技术，在进行爆破设计时应根据隧道断面大小、围岩级别、机械设备等进行综合考虑。
2．对同级围岩，根据其岩石构造、破碎程度等不同情况，选取不同的光爆参数，可获得比较的理想效果。
3．合理选用炸药品种和优化装药结构是保证光爆质量的重要因素。
4．提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的一项重要措施。
5．加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制，为光爆孔提拱良好的爆破条件新晨