中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037
摘要：传统隧道开挖方法有钻爆法和盾构法，钻爆法对地质条件适应性较强且成本低，既适宜坚硬岩石隧道也适宜破碎岩体隧道，是隧道开挖最常用的施工方法。高寒地区埋深大，地层条件复杂，爆破方案的设计是隧道建设安全质量、成本控制的关键工艺.爆破形成的临空面，可有效地减少对围岩的扰动，保证爆破效果。通过分析研究该隧道围岩情况及爆破过程规律，总结出适合该隧道的爆破设计方案。
关键词：复杂地质条件;隧道掘进;爆破施工技术。
1工程概况
某隧道位于X省某县境内，是一条深埋特长隧道，左线单洞总长8865m，右线单洞总长8855m，最大埋深1400m。A段洞身和斜井围岩全部为Ⅳ级和Ⅴ级组成，本标段负责隧道左线V级和IV级设计围岩比例为53.9%和46．1%;右线V级和IV级设计围岩比例为52.89%和47.2%。岩层近直立，总体走向为S-N走向，岩层主要以板岩为主夹千枚岩、碳质千枚岩，局部含变质细砂岩，薄～中厚层状构造，板岩、砂岩较坚硬，受构造挤压影响强烈，岩层较破碎，节理发育，千枚岩是软岩，遇水易泥化，岩层间无结合力，整体呈碎裂质片体结构。地下水发育，呈点滴或线流状，局部呈股状，拱顶稳定性极差。
工程地处高海拔严寒缺氧地区，环境恶劣，对施工效率影响非常大。隧道穿过米亚罗断层等多个断层破碎带，围岩稳定性差，施工风险高，爆破参数选取难度大，确保不良地质地段的快速安全施工属于本标段施工的难点。
2施工方法简介
根据现场围岩情况，本标段施工为Ⅴ级围岩加强段，采用三台阶预留核心土开挖法施工，开挖配备YT28风钻钻孔，开挖前进行掌子面开挖轮廓线的放样。首先进行上部预留核心土开挖→初期支护施工→中部左右侧错开2～3m开挖→边墙支护→下部左右侧错开2～3m开挖→边墙支护。开挖时喷－锚－网－钢－喷支护紧跟。采用小型挖掘机配合重型自卸汽车出渣。具体开挖尺寸见图1。
3钻爆设计方案
3.1爆破参数设计
该隧道采用三台阶七步法开挖方案，全断面单延米开挖体积约85.94m3，其中周边眼为不耦合间隔装药，装药满度系数为15%，其他眼装药满度系数为75%～80%。其中上台阶与中台阶、中台阶与下台阶两侧连接处各设置1导向作用的孔，上台阶左中右掏槽眼各设置两个导向孔，作为最初临空面。
3.1.1周边眼的设计
(1)确定装药不耦合系数B，并计算炸药的直径按照施工经验，确定装药不耦合系数为1.3。采用钻头直径42mm的风动气推式凿岩机，钻孔直径42mm，计算出炸药直径为dt=dk/B=42&pide;1.3≈32mm式中：dt为炸药直径，mm;dk为钻孔直径;B为不耦合系数。
(2)确定周边眼间距E和最小抵抗线W取千枚岩坚固系数为2，板岩坚固系数为6，该隧道开挖面总体为板岩夹千枚岩或者千枚岩夹板岩，取坚固系数4～6，从表4中可以取岩石破坏屈服系数为0.56。
周边眼间距根据施工经验采用不耦合装药方式，取E=50cm。最小抵抗线W=1.25E=62.5cm。
(3)确定周边眼的装药量
周边眼的单孔装药量，采用不耦合装药方式，根据实际经验采用一节半炸药三段间隔装填，取装药集中系数为0.15kg/m，周边眼单孔装药量为qz=ηL(Ql/l)=0.15×2×(0.2&pide;0．2)=0.3kg。式中：Ql为单个药卷的重量，kg;l为单个药卷的长度，m。
(4)周边眼的数量
N=LE+1=2400&pide;50+1=49个，去掉周边四个导向空孔为4个，周边眼装药总量为49×0.3=14.7kg。
3.2上台阶掏槽眼的设计
在上台阶的开挖过程中本着充分合理利用毫秒差爆破形成的临空面对隧道进行爆破掘进。此外掏槽眼设置在距离上台阶核心土的上、左、右方10cm处，在设计中三个掏槽眼中存在一个较深的孔，其目的是把掏槽眼1段的爆破碎石送出槽外，为下一级爆破提供新的临空面，为保证爆破效果，保证不补炮，同时使得预留核心土可以比较易于清理，在适当位置增加辅助眼。
3.3上台阶底板眼的设计
计算底板眼的装药量，按照工程经验取装药系数0.76。q=βL(Ql/l)=0.76×2×1=1.52kg单孔需要炸药卷数n=1.52&pide;0.2=7．6≈8(卷)根据实际情况取底板眼间距如图所示均匀布置。
3.4上台阶辅助眼的设置
辅助眼的爆破时间在掏槽眼之后，其目的是为了进一步扩大掏槽眼为之后的爆破充分制造临空面，从而保证爆破的效果。其布置原则为整体性较好的硬岩布眼宜密，而破碎、节理发育的岩层布眼宜疏。
3.5中下台阶炮眼的设计
中下台阶炮眼设计原则为在合理利用临空面的基础上，逐级确定爆破顺序，根据现场三台阶实际开挖情况，适当采用小角度倾斜孔，孔位布置如图2所示。
4爆破网路
起爆方式采用1～13段非电毫秒延时雷管，利用圈(排)间的毫秒差延时起爆，上台阶起爆顺序由里(掏槽眼部位)向外(周边眼)逐圈进行起爆，中下台阶起爆顺序由靠近临空面到周边眼逐渐延伸进行起爆。周边眼用伸出孔外大于空间距20cm的红线以“T”型方式双向顺次绑扎连接牢固，连接点在各孔口处;其余炮孔均采用孔内延时起爆，每个炮孔内装一个导爆管雷管，采用“捆联”的方式连接整个起爆网络，每捆导爆管控制在15～20根内，而每捆导爆管再用2发1段非电导爆管反向搭接，最后再用“捆连”方式进行连接进行起爆，孔口堵塞炮泥后，用电火花起爆器来引爆非电导爆管从而起爆雷管直至整个网络如图3。
4结论
通过实践证明采用低密度、低爆速乳化炸药在V级围岩爆破施工中效果显著。具体结论如下：
(1)完成了复杂围岩条件下的隧道爆破开挖。
通过现场试验及实时调整爆破参数可有效控制超挖量，把超挖量控制在10cm以内，有效节省了喷浆时间和喷浆量。
(2)通过对爆破方式及孔位的优化减少了钻孔数量，节省了打钻的时间。同时减少围岩损伤，光面爆破效果好，围岩相对较稳定，掉块现象明显减轻。
(3)使用红线引爆雷管，采用顺接搭接和“T”型打结的方式，降低甚至消除了哑炮。
(4)采用导火索集中反接方式，消除了导线不引燃的现象。
(5)对掏槽眼的设计进行优化，能合理利用临空面，达到最大限度的爆破岩层，增大了炸药压力的利用率。
(6)对比原爆破参数和优化后的爆破方案参数计算，采用周边孔不耦合的炸药装填方式，使得原来每次单循环炸药用量224.4kg减少到了每次120.3kg，平均每个周边孔可以节省1kg乳化炸药，从原来的每个孔5～7节炸药减少到1.5节，大大降低炸药成本。
参考文献：
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