水平緩傾巖層極高地應(yīng)力隧道光面爆破施工控制技術(shù)

水平緩傾巖層極高地應(yīng)力隧道光面爆破施工控制技術(shù)房玉中;汪祥平;褚懷保;張志和;李治國(guó)【摘要】為控制水平緩傾極高地應(yīng)力IV級(jí)圍巖隧道施工中超欠挖問(wèn)題，以達(dá)到隧道開(kāi)挖成型的良好效果,保證企業(yè)贏得利潤(rùn)和減少隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn).以成昆鐵路復(fù)線小相嶺隧道為工程背景,采用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,分析水平緩傾高地應(yīng)力隧道爆破施工存在問(wèn)題,深入研究了影響光面爆破效果的主要因素.以單位耗藥量、周邊眼線裝藥密度、周邊眼間距、最小抵抗線、相對(duì)距離為主要參數(shù)進(jìn)行理論分析，結(jié)合光面爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果得到V級(jí)圍巖最佳爆破參數(shù)，總結(jié)出一套提高隧道爆破炮孔利用率和降低隧道線性超挖光面爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)方法,解決了水平緩傾巖層極高地應(yīng)力隧道施工超挖大、成型差、效益流失嚴(yán)重、安全得不到保證的施工難題,獲得了比較顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益.期刊名稱】《公路交通技術(shù)》年(卷),期】2019(035)001【總頁(yè)數(shù)】8頁(yè)(P97-104)【關(guān)鍵詞】鐵路隧道;光面爆破;水平緩傾巖層;極高地應(yīng)力;參數(shù)優(yōu)化【作者】房玉中;汪祥平;褚懷保;張志和;李治國(guó)【作者單位】中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司,重慶404100;中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司,重慶404100;河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院,河南焦作454003;中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司,重慶404100;中鐵隧道局集團(tuán)有限公司,廣州511455正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】U455自1970年以來(lái)，光面爆破技術(shù)在我國(guó)礦業(yè)、水利、地下工程中得到廣泛的應(yīng)用，至今成為控制開(kāi)挖輪廓線的主要爆破方法之一，目前也是山嶺隧道的主要施工方法。但在水平緩傾巖層極高地應(yīng)力隧道中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大，獲得理想的光爆效果比較困難。光面爆破是一種爆出的新壁面保持平整而不受明顯破壞的控制爆破技術(shù)。其特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線上鉆鑿一排孔距與最小抵抗線相匹配的光爆孔，并采用不耦合裝藥或其他特殊的裝藥結(jié)構(gòu)，在開(kāi)挖主體爆破后，光爆孔內(nèi)的裝藥同時(shí)起爆，從而形成一個(gè)貫穿光爆炮孔且光滑平整的開(kāi)挖面。光面爆破的實(shí)質(zhì)是在隧道設(shè)計(jì)斷面輪廓線上布置間距較小且相互平行的炮眼，裝入低密度、低爆速的炸藥或采用不耦合裝藥，并控制每個(gè)炮眼的裝藥量，然后同時(shí)起爆，使炸藥作用剛好產(chǎn)生沿炮眼連線的貫穿裂縫，讓巖體沿炮眼連線崩落。本文依托成昆鐵路復(fù)線小相嶺隧道進(jìn)口水平緩傾巖層，采用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)隧道進(jìn)口IV級(jí)圍巖光爆參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。小相嶺隧道施工初期，由于地質(zhì)條件的影響和光爆參數(shù)選擇不合理，爆破后經(jīng)常出現(xiàn)“門(mén)框形”斷面，造成了較大的超挖和欠挖，不僅造成材料、人工的大量浪費(fèi)，也引起隧道周邊局部的應(yīng)力集中，導(dǎo)致隧道坍塌和掉塊現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響隧道施工進(jìn)度和作業(yè)安全［1］。因此，選擇比較合理的光爆參數(shù)，對(duì)提高開(kāi)挖質(zhì)量和進(jìn)度、降低工程成本、保障作業(yè)安全具有十分重要的意義［2］。工程概況小相嶺隧道全長(zhǎng)21.775km，起訖里程DK345+400~DK367+175，單洞雙線，屬I(mǎi)級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道，是全線（成昆鐵路復(fù)線）重點(diǎn)控制工程，設(shè)有貫通平導(dǎo)1座21579.67m，與正線間距30m，坑底高程較正線軌面高程低3m;2座斜井長(zhǎng)度分別為2425m和3100m,1座橫洞長(zhǎng)340m，均采用無(wú)軌運(yùn)輸。隧道以IV級(jí)圍巖為主，其中皿級(jí)圍巖段7550m,占隧道全長(zhǎng)35%；IV級(jí)圍巖段12200m,占隧道全長(zhǎng)56%；2級(jí)圍巖段2025m,占隧道全長(zhǎng)9%。隧道最大埋深約1350m。從2017年1月起，發(fā)現(xiàn)小相嶺隧道進(jìn)口平導(dǎo)底板出現(xiàn)明顯的隆起和初支掉塊現(xiàn)象，PDK346+210~+450段平導(dǎo)底板均出現(xiàn)裂縫。其中底板最大裂縫寬度約8cm,在PDK346+240處底板隆起最大約28cm,在PDK346+310處拱頂沉降最大數(shù)值約14cm,在PDK346+230處周邊收斂最大值約11cm。根據(jù)平導(dǎo)變形情況,項(xiàng)目委托中科院武漢巖土工程研究所對(duì)平導(dǎo)及相鄰正洞地應(yīng)力及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果，結(jié)合TB10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》以及隧道圍巖強(qiáng)度參數(shù)判斷小相嶺隧道進(jìn)口平導(dǎo)及相鄰正洞施工區(qū)段屬于極高地應(yīng)力區(qū)，在施工期間會(huì)發(fā)生口級(jí)大變形的破壞情況。小相嶺隧道進(jìn)口為砂巖、泥巖、粉砂巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖及煤段地層(T3b)，總體為灰色，底部夾2層各厚0.25m-0.45m的煤層，含大量植物化石碎片，弱風(fēng)化帶，屬V級(jí)軟石。據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域資料和實(shí)測(cè)剖面，T3b地層總厚628.99m，其中砂巖約占75.9%,泥、頁(yè)巖約占24.1%,傾角13°-17°,多數(shù)為15°,屬水平緩傾巖層。水平緩傾高地應(yīng)力隧道爆破施工存在的問(wèn)題鉆爆進(jìn)尺較慢目前,平導(dǎo)工作面圍巖完整性較差且較軟,各工班在鉆爆施工中均采用水平楔型掏槽，眼深均在2.5m~2.6m左右；各循環(huán)爆破后殘眼較深，有的殘眼深達(dá)1.2m左右，較淺的殘眼深也有0.9m左右，炮眼利用率極低，平均爆破進(jìn)尺在1.0m-2.0m,各循環(huán)爆破進(jìn)尺較慢且不穩(wěn)定。光爆質(zhì)量差現(xiàn)場(chǎng)爆破效果如超欠挖控制非常差,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員實(shí)測(cè)時(shí),最嚴(yán)重的超挖1m多,最少的也有20cm，一般都在20cm-40cm之間，光爆效果不理想，超欠挖比較嚴(yán)重。技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益低在水平緩傾高地應(yīng)力隧道爆破施工中，超欠挖嚴(yán)重，隧道圍巖產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂隙增大增多、掉塊、空洞，甚至造成塌方，嚴(yán)重影響圍巖穩(wěn)定性，安全隱患大，工人在鉆孔、找頂過(guò)程中容易出現(xiàn)被碎石砸傷等事故。爆破后斷面超挖很大會(huì)引起多裝渣、多運(yùn)渣，給鋪掛防水板等作業(yè)造成一定困難；超挖還要用噴射混凝土進(jìn)行回填，工序時(shí)間延長(zhǎng)，施工進(jìn)度降低，噴射混凝土浪費(fèi)嚴(yán)重，一個(gè)循環(huán)往往有3000元左右成本流失。欠挖則需要清除，從而造成人工、工期和材料的超額消耗，有時(shí)因爆破面不平順刺破防水板，致使工程成本增加。隧道超欠挖對(duì)隧道施工速度、質(zhì)量和成本有著重大影響，導(dǎo)致企業(yè)效益流失嚴(yán)重［3］。為了解決效益流失問(wèn)題，最重要的就是要控制超挖和欠挖，這就需要根據(jù)地層條件采取合理的爆破方法，并不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，使超欠挖量控制在一定的范圍內(nèi)，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，從而降低隧道斷面超欠挖帶來(lái)的各種問(wèn)題，提高隧道工程技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益［4］。光面爆破在水平緩傾高地應(yīng)力隧道施工中的應(yīng)用光面爆破的優(yōu)點(diǎn)光面爆破是先爆除主體開(kāi)挖部位的巖體，然后再起爆布置在設(shè)計(jì)輪廓線上的周邊眼藥包，將光爆層炸除，形成一個(gè)符合設(shè)計(jì)輪廓的開(kāi)挖面。光面爆破最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，提高爆破成型效果，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)及提高巖面圓順度，以保持圍巖的穩(wěn)定，并減少因爆破成型不好造成的應(yīng)力集中，充分發(fā)揮圍巖的自承作用，確保施工安全。同時(shí)，又因?yàn)闇p少了超欠挖，從而減少或避免了二襯背后脫空現(xiàn)象、大量的超挖混凝土回填及可能的二襯厚度不足問(wèn)題，進(jìn)而提高了工程質(zhì)量和工效，加快了施工速度，節(jié)約了成本［4］。水平緩傾巖層極高地應(yīng)力對(duì)爆破的影響巖石性質(zhì)對(duì)爆破的影響主要采用松散系數(shù)這一指標(biāo)來(lái)表征。松散系數(shù)指的是被崩落巖石的體積同它還處在圍巖中時(shí)的體積之比，掌握松散系數(shù)可以根據(jù)掌子面爆破斷面面積及進(jìn)尺，結(jié)合水平緩傾巖層的巖石性質(zhì)，可以提前算出出渣方量，能夠?yàn)槌鲈绍?chē)做出決策，提高施工效益。巖石性質(zhì)對(duì)爆破的影響見(jiàn)表1。表1巖石性質(zhì)對(duì)爆破的影響Table1Influenceofrockpropertiesonblasting巖石性質(zhì)松散系數(shù)巖石性質(zhì)松散系數(shù)砂土、礫石腐殖土砂質(zhì)粘土大塊漂石重壤土~1.21.2~1.31.2~1.251.24~1.30軟泥巖石粘質(zhì)頁(yè)巖，比較軟的巖石中等硬度的巖石硬的及非常硬的巖石1.3~1.371.35~1.451.4~1.61.45~1.8結(jié)構(gòu)面對(duì)爆破的影響在裂隙發(fā)育的水平緩傾巖層中開(kāi)挖隧道，當(dāng)圍巖出現(xiàn)于炮眼方向夾角較小的豎向或水平成層的層理或節(jié)理時(shí)，因巖層結(jié)構(gòu)面的導(dǎo)向作用，將引起鉆孔外插角的變化，使炮孔方向改變，造成隧道超欠挖，降低巖體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。爆破時(shí)，巖塊受到震動(dòng)破壞，在自重作用下，易分離剝落，同時(shí)由于爆破氣體的氣楔作用，裂隙將擴(kuò)展或加寬，巖體之間的粘聚力減小，當(dāng)周邊塊體為正三角形或梯形不穩(wěn)定塊體時(shí)，容易形成掉塊，形成隧道的超挖。臨空面對(duì)爆破的影響炮孔不能太淺，即炮眼深度不能小于相鄰炮孔之間的距離，一般相鄰炮孔之間間距在80cm左右，即眼深應(yīng)不小于80cm，否則眼底炸藥最小抵抗線將會(huì)指向隧道掌子面，而非相鄰炮孔，從而產(chǎn)生沖炮。另外，分岔隧道施工或橫通道向已貫通的隧道施工時(shí)(有二襯時(shí)應(yīng)更慎)，已貫通的隧道或已施工的二襯與空氣的接觸面相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)面，橫通道爆破將會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的破壞作用。層理對(duì)爆破的影響薄層狀結(jié)構(gòu)或中厚層狀結(jié)構(gòu)其層厚＜0.5m，節(jié)理裂隙極為發(fā)育時(shí)，隧道爆破易掉塊或產(chǎn)生中小型塌方。層理對(duì)鉆孔外插角的影響是非常顯著的。有關(guān)研究資料［13］表明：水平層狀圍巖中布設(shè)炮孔，當(dāng)炮孔落在層面或節(jié)理面上，受構(gòu)造應(yīng)力作用，常常會(huì)引起鉆孔外插角的變化。因?yàn)楫?dāng)圍巖出現(xiàn)于炮孔方向夾角較小的層理或節(jié)理時(shí)，鉆孔時(shí)裂隙面處的應(yīng)力強(qiáng)度比圍巖應(yīng)力強(qiáng)度相對(duì)要低，裂隙面對(duì)鉆桿具有導(dǎo)向作用，引起鉆桿外插角的變化，使炮孔方向改變，從而造成超欠挖。節(jié)理裂隙對(duì)爆破的影響巖體內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度、頻率、產(chǎn)狀、張開(kāi)性及分組數(shù)直接影響爆破塊度及爆破方量，但對(duì)爆破效果起主導(dǎo)作用的僅是1~2組，當(dāng)巖體內(nèi)某幾組節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)，爆破后將沿原裂隙解體，大塊率較高，此時(shí)增加藥量不會(huì)減少大塊反而會(huì)產(chǎn)生飛石。結(jié)構(gòu)面對(duì)深孔爆破的影響當(dāng)巖體中存在發(fā)育較大的結(jié)構(gòu)面且?guī)r性較軟時(shí)，如風(fēng)化巖中常發(fā)育泥化夾層面，先爆前排藥包會(huì)對(duì)后排巖體產(chǎn)生擾動(dòng)，易使周邊巖體沿裂隙面產(chǎn)生較大的位移錯(cuò)位，若前排與后排藥包延時(shí)較大，則會(huì)產(chǎn)生部分藥柱未爆現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)面對(duì)鉆孔施工的影響當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)面左右?guī)r體差異性較大時(shí)，且結(jié)構(gòu)面傾角較大時(shí)易導(dǎo)致鉆孔偏斜，并且在硬巖中鉆孔直徑較小而軟巖中鉆孔較大，在提鉆過(guò)程中會(huì)卡鉆。同理，在裂隙發(fā)育的巖層或有空洞的巖層中亦容易卡鉆［5-7］。高地應(yīng)力對(duì)爆破的影響高地應(yīng)力軟弱圍巖中爆破，主要有2個(gè)方面的影響：一是使巖石的力學(xué)性能劣化，使巖石的強(qiáng)度和彈性模量降低；二是在圍巖內(nèi)產(chǎn)生裂紋或使圍巖中原有裂紋擴(kuò)展等，從而影響巖體的完整性。以上2個(gè)方面都將降低巖體基本質(zhì)量指標(biāo)，從而影響圍巖的穩(wěn)定性，更容易發(fā)生軟弱圍巖大變形。水平緩傾巖層極高地應(yīng)力爆破應(yīng)對(duì)措施爆破設(shè)計(jì)控制周邊眼布置：周邊眼沿開(kāi)挖輪廓線布置，其間距E根據(jù)炮眼直徑、巖石軟硬程度和圍巖完整情況確定，一般取眼孔直徑的10~15倍作為參考數(shù)值，圍巖硬度適中、完整性好則間距E取大值，反之取小值。光爆層厚度W(即周邊眼的抵抗線)應(yīng)比周邊眼間距E稍大，其值一般符合E/W=0.6~0.8。光面爆破周邊眼裝藥量控制在能爆落光面層，又不造成圍巖過(guò)度破壞，按經(jīng)驗(yàn)周邊眼裝藥量一般為0.10kg/m~0.4kg/m，采用間隔裝藥。光面爆破參數(shù)是隨圍巖情況、斷面尺寸、形狀、圍巖爆破性能和炸藥品種等變化而變化的，一般采取先進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，然后再在爆破試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)爆破實(shí)踐中逐步修正改善，光面爆破設(shè)計(jì)參數(shù)參考數(shù)值見(jiàn)表2。光面爆破施工控制施工工藝流程施工工藝流程見(jiàn)圖1。施工準(zhǔn)備找頂清渣：從上而下,先外后內(nèi)清除頂部危石、松渣,保證施工安全。測(cè)量放線：沿開(kāi)挖斷面準(zhǔn)確畫(huà)出隧道開(kāi)挖輪廓線。爆破準(zhǔn)備：用竹片、導(dǎo)爆索按設(shè)計(jì)要求加工周邊眼光面爆破藥卷。表2光面爆破設(shè)計(jì)參數(shù)Table2Designparametersofsmoothblasting圍巖條件炮眼間距E/mm光爆層厚度W/mm臨近系數(shù)K=E/W線裝藥密度/(kg?m-1)整體穩(wěn)定性好，中硬到堅(jiān)硬450~600600~7000.75~0.80.20~0.4整體穩(wěn)定一般或欠佳，中硬到堅(jiān)硬400~500600~7000.7~0.750.15~0.25節(jié)理、裂隙很發(fā)育，有破碎帶，巖體松軟350-450500~6000.65~0.70.10~0.15圖1施工工藝流程Fig.1Constructionprocess鉆眼質(zhì)量周邊眼在設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線上布置，允許沿輪廓線調(diào)整，誤差不大于3cm;眼孔方向允許按3%~5%斜率外插，眼底不得超出開(kāi)挖輪廓線12cm。⑵內(nèi)圈眼至周邊眼之間的距離(即周邊眼的抵抗線W)誤差不大于5cm;口、皿級(jí)圍巖內(nèi)圈眼與周邊眼采取相同斜率外插。掌子面凹凸不平時(shí)，調(diào)整眼孔深度，力求使周邊眼與其他炮眼的眼底落在同一豎直面內(nèi)。禁止在層(節(jié))理面鉆孔，可視條件差的情況下五不鉆(不畫(huà)線、殘孔、夾層、破碎帶、石縫)。夾層、破碎帶(必要時(shí)可按空眼不裝藥)、石縫可作為掏槽位設(shè)計(jì)。裝藥、起爆清潔眼孔，將炸藥均勻布置在眼孔內(nèi)，并用炮泥充分堵塞周邊眼眼口。為克服眼底巖石挾制作用，在眼孔底部加強(qiáng)裝藥量。周邊眼孔采用間隔、正向裝藥結(jié)構(gòu)，具體情況見(jiàn)圖2。為保證炸藥在孔內(nèi)分布均勻，將炸藥卷按等間距綁扎在竹片上，并且藥卷之間用導(dǎo)爆索串聯(lián),以確保每卷炸藥均能完全爆轟。圖2周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意Fig.2Peripheralholechargestructure內(nèi)圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆，順序不能顛倒，否則爆破效果大受影響，甚至完全失敗。炮眼起爆順序?yàn)椋禾筒垩圯o助眼內(nèi)圈眼周邊眼底板眼。為了保證內(nèi)外圈先后起爆順序，實(shí)際使用中，常跳段選用毫秒雷管。但應(yīng)注意，在深孔爆破時(shí)，要將掏槽眼與輔助眼之間的時(shí)差稍加大，以保證掏槽眼在此時(shí)差內(nèi)將石渣拋出槽口，為后爆輔助眼提供有效的臨空面。同圈眼必須同時(shí)起爆，尤其掏槽眼和周邊眼，以保證同圈眼的共同作用效果。⑹為保證爆破能量充分被利用，所有炮眼要求用長(zhǎng)度30cm的炮泥堵塞。光面爆破優(yōu)化及綜合效益項(xiàng)目成立了光面爆破領(lǐng)導(dǎo)小組及技術(shù)攻關(guān)小組，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖及巖性特點(diǎn)，不斷進(jìn)行光面爆破試驗(yàn)和光面爆破參數(shù)優(yōu)化。1） 光面爆破試驗(yàn)和爆破參數(shù)優(yōu)化影響光面爆破效果因素是多方面的，主要包括單位耗藥量q1、周邊眼的線裝藥密度q2、周邊眼間距E、最小抵抗線W、相對(duì)距離E/W（又稱周邊眼密集系數(shù)）、地質(zhì)條件、炸藥性能、施工設(shè)備、測(cè)量放樣的精度、鉆孔外插角、掏槽方式、起爆方法、填塞質(zhì)量等因素。經(jīng)驗(yàn)表明：在地質(zhì)條件變化不大的情況下，光爆參數(shù)往往對(duì)爆破效果產(chǎn)生較大的影響，即選擇合適的q1、q2、E、W、E/W對(duì)提高開(kāi)挖質(zhì)量起著決定性的作用，其他因素的影響通過(guò)加強(qiáng)施工技術(shù)與管理，提高工人的施工作業(yè)水平都可以得到一定的控制。小相嶺隧道進(jìn)口屬水平緩傾極高地應(yīng)力巖層，層厚很小，只有幾cm到幾十cm；豎向節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體被切割成大大小小的塊體，巖體的整體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差。進(jìn)口平導(dǎo)級(jí)圍巖初始爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖3和表3、表4。爆破以后，一方面開(kāi)挖面上的巖體受到炸藥爆炸作用的擠壓和破壞，層理之間的粘聚力減小，當(dāng)隧道周邊拱部巖體的自重應(yīng)力大于與其上部巖層的粘聚力，且呈不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)將分層剝落，造成隧道開(kāi)挖成形不好，甚至形成塌方,同時(shí)由于爆破氣體的氣楔作用，將促使開(kāi)挖面上的豎向節(jié)理和裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，各層理結(jié)構(gòu)面上的摩擦阻力大幅減少；另一方面，破裂面不沿隧道周邊上炮孔貫穿，而沿炮孔周?chē)膶永砹验_(kāi)，造成光面爆破效果不佳。因此依據(jù)地質(zhì)條件選擇q1、q2、E、W、E/W，主要通過(guò)嚴(yán)格控制整個(gè)斷面的裝藥量q1,盡量減小爆破對(duì)周邊巖層的震動(dòng)和破壞，保持圍巖原有的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，使各個(gè)層面之間的粘聚力不致下降太多；另外，要讓q1、q2與E、W、E/W相適應(yīng)，即內(nèi)圈孔、周邊孔的炸藥用量剛好使周邊孔沿其連心線裂開(kāi)，而不致于引起周邊巖體的破碎和順層剝落。據(jù)上分析，小相嶺隧道水平緩傾高地應(yīng)力段，q1、q2、E、W、E/W對(duì)光爆效果的影響巨大，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化具有十分重要的意義［8-11］。現(xiàn)場(chǎng)采用四因子三水平正交試驗(yàn)，共進(jìn)行了12組循環(huán)試驗(yàn)，確定了進(jìn)口平導(dǎo)IV級(jí)圍巖最佳爆破參數(shù)為：q1=0.70kg/m3,q2=0.19kg/m3,E=40cm,W=60cm,E/W=0.67，利用以上最佳參數(shù)，在進(jìn)口平導(dǎo)PDK347+410~PDK347+438.9進(jìn)行了一周12組循環(huán)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)12組試驗(yàn)數(shù)據(jù)(其中有3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)失效，正式只有9組正交試驗(yàn)數(shù)據(jù))獲得了比較滿意的試驗(yàn)結(jié)果，隧道成型光滑平順，炮眼利用率和炮痕保存率都較高，超欠挖率也較小，具體數(shù)值及效果圖見(jiàn)表5~表7和圖4［12-13］。單位：cm圖3初步設(shè)計(jì)的炮孔布置Fig.3Blastingholelayoutofpreliminarydesign表3初步設(shè)計(jì)的主要爆破參數(shù)Table3Mainblastingparametersofpreliminarydesign序號(hào)部位炮眼分類(lèi)炮眼數(shù)/個(gè)雷管段數(shù)炮眼深度/m裝藥結(jié)構(gòu)單孔裝藥量/kg合計(jì)藥量/kg12345上臺(tái)階掏槽眼擴(kuò)槽眼輔助眼周邊眼底板眼661127915911132.82.62.42.42.4連續(xù)間隔連續(xù)1.46.41.060.88.80.25.41.09小計(jì)5935.6678910下臺(tái)階輔助眼周邊眼底版眼77712815911132.42.42.42.42.4連續(xù)間隔連續(xù)0.85.60.85.60.85.60.22.41.08小計(jì)4127.2合計(jì)10062.8表4初步設(shè)計(jì)的主要爆破參數(shù)匯總Table4Summaryonmainblastingparametersofpreliminarydesign爆破部位孔數(shù)/個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)尺/m斷面面積/m2合計(jì)裝藥量/kg炸藥單耗/(kg?m-3)上臺(tái)階下臺(tái)階全斷面59411002.418.5635.60.8016.1527.20.7034.7162.80.75表5正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析Table5Dataandresultsanalysisoforthogonaltest試驗(yàn)循環(huán)號(hào)因素取值q1q2EW試驗(yàn)結(jié)果1234h/cmn/%10.650.1835509.380.220.650.1940608.871.330.650.2045659.270.140.70.1845659.380.150.70.1940607.883.660.70.20355010.669.570.750.1845608.970.680.750.1935659.559.890.750.2040509.473.6表6—周12組循環(huán)開(kāi)挖效果的統(tǒng)計(jì)平均值Table6Statisticalaverageofcyclicexcavationeffectson12groupsdatainaweek平均線性超挖/cm炮痕保存率n/%平均循環(huán)進(jìn)尺/m炮眼利用率k/%超欠挖概率P/%9.273.22.4192.57.5表7光面爆破效果以及效益比較Table7Smoothblastingeffectandbenefitcomparison位置里程開(kāi)挖效果比較效益比較平均線性超挖/cm炮痕保存率n/%炮眼利用率k/%超欠挖概率P/%圍巖穩(wěn)定情況節(jié)約成本/(元/m)28.9m累計(jì)節(jié)約成本/萬(wàn)元以前施工段PDK347+374~PDK347+40025.2508221掉塊頻繁試驗(yàn)段施工PDK347+410~PDK347+438.99.273.292.57.5基本無(wú)掉塊15004.3優(yōu)化前優(yōu)化后圖4光爆效果圖Fig.4Effectofsmoothblasting綜合效益通過(guò)對(duì)成昆鐵路水平緩傾巖層極高地應(yīng)力隧道進(jìn)口平導(dǎo)進(jìn)行光爆效果因素的分析，提出了—套系統(tǒng)的優(yōu)化光爆參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，在試驗(yàn)段使用過(guò)程中，較好地保護(hù)了原有圍巖的穩(wěn)定性，超欠挖得到有效控制，光面爆破效果評(píng)價(jià)的各種指標(biāo)都有所提高，加快了隧道施工速度，降低了工程成本，提升了企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。確保了圍巖穩(wěn)定。試驗(yàn)段顯示，通過(guò)合理調(diào)整爆破方法和爆破參數(shù)，圍巖穩(wěn)定性得到顯著提高，幾乎沒(méi)有掉塊，巖石微裂隙、微裂紋等缺陷顯著減少，圍巖應(yīng)力集中現(xiàn)象降低［14-16］。光面爆破評(píng)價(jià)指標(biāo)得到提高。由表7可以看出，試驗(yàn)段表明炮痕保存率、炮眼利用率、超欠挖概率都得到明顯提高。經(jīng)濟(jì)效益顯著。按平導(dǎo)每m節(jié)約1500元，推廣到總長(zhǎng)21579.67m，可節(jié)約經(jīng)費(fèi)3236.95萬(wàn)元；如果推廣至正洞，初步估計(jì)按每m節(jié)約4000元，正洞全長(zhǎng)21775m，可節(jié)約8710萬(wàn)元，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4結(jié)束語(yǔ)本文以成昆鐵路小相嶺隧道進(jìn)口水平緩傾極高地應(yīng)力隧道IV級(jí)圍巖為研究對(duì)象，對(duì)影響光面爆破效果的主要因素進(jìn)行分析，得到以下認(rèn)識(shí)：水平緩傾巖層性質(zhì)對(duì)爆破效果有顯著影響，對(duì)于巖層性質(zhì)進(jìn)行研究，尤其是研究裂隙構(gòu)造和節(jié)理等對(duì)爆破的影響，如果能夠掌握和利用水平緩傾巖層的鉆眼技術(shù)，對(duì)于提高隧道光爆效果有顯著的作用。本文對(duì)水平緩傾極高地應(yīng)力隧道V級(jí)光爆參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，平均線性超挖控制在9.2cm以下，比原來(lái)減少16cm，相當(dāng)于每延米減少開(kāi)挖3m3左右，節(jié)約開(kāi)挖費(fèi)用和混凝土回填費(fèi)用1500元左右，28.9m平導(dǎo)試驗(yàn)段降低隧道造價(jià)達(dá)4.3萬(wàn)元，如推廣至全線，能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。加大激勵(lì)機(jī)制和加強(qiáng)考核評(píng)價(jià)。無(wú)論是技術(shù)人員還是一線打鉆、裝藥、連線、起爆等人員，只要能控制好超欠挖，隧道輪廓成型好，給予一定獎(jiǎng)勵(lì)，提高技術(shù)人員和一線人員的積極性，否則超欠挖損失的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激勵(lì)的費(fèi)用；另外，項(xiàng)目要完善考核機(jī)構(gòu)和考核標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)主管生產(chǎn)經(jīng)理、技術(shù)人員、一線工作人員按照考核標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)考核，確保鉆爆各項(xiàng)工作服務(wù)到位、監(jiān)督控制到位、管理執(zhí)行到位。保持隊(duì)伍穩(wěn)定。長(zhǎng)大隧道尤其是復(fù)雜地質(zhì)隧道的施工，一般都在5年左右，要盡可能將鉆爆技術(shù)精、管理水平高的人員留住并且用好，充分發(fā)揮他們的積極性、能動(dòng)性、創(chuàng)造性，對(duì)于確保隧道施工質(zhì)量、提高企業(yè)效益具有重要作用。參考文獻(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)】陳志敏，歐爾峰，馬麗娜?隧道及地下工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.CHENZhimin，OUErfeng，MALina.Tunnelandundergroundengineering[M].Beijing：TsinghuaUniversityPress，2014.鞏中江，柴敬堯，楊長(zhǎng)庚?鐵路隧道光面爆破施工技術(shù)與管理實(shí)例J].隧道建設(shè)(中英文)，2017，37(12)：1593-1599.GONGZho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