贵州黔东南板岩地质条件下隧道控制爆破钻爆设计

2021-07-31张强

工程技术研究 2021年11期

张强

中交一公局第四工程有限公司，广西南宁 530033

1 工程概况

1.1 工程简介

岑相隧道位于贵州省黔东南榕江县古州镇寨头村段寨蒿河对岸。设计为分离式隧道。隧道洞身穿越地段砂质板岩为主，最大埋深169m，围岩为Ⅳ级、Ⅴ级围岩，无岩爆发生条件，隧址区无大型地表水体，钻探未揭露地下水位，隧址区地质构造相对简单，部分区域穿越沟槽地带，有断层风险。

1.2 工程地质情况

根据地质勘探钻探结果显示，隧址区无地表水通过，总体水文地质条件相对简单，该区域地表层分布少量第四系全新统残坡积成因粉质黏土，其下分布古生界的前震旦系上板溪群清水江组，岩性为变余凝灰岩，掌子面围岩情况如图1所示。其主要岩土工程地质如下。

图1 掌子面围岩情况

（1）强风化变余凝灰岩：变余凝灰质结构，中薄层状构造，黄灰夹深灰色，节理发育，裂面不规则附褐色水锈质。

（2）中风化变余凝灰岩：变余凝灰结构，块状构造，深灰色，裂隙较发育，面粗糙。

（3）强风化砂质板岩：变余粒状结构，层状构造，呈黄灰色，裂隙发育。

2 隧道开挖钻爆设计

2.1 隧道开挖方法

岑相隧道设计为IV级围岩，采用台阶法开挖法，开挖总断面有效面积为92.58m2。其中，上半断面面积为60.58m2；下断面（包括仰拱）开挖面积为32m2。隧道断面图如图2所示。

图2 隧道断面图

上半断面循环进尺参数取值：每循环设计钻孔深度为2.8m，周边眼及二台眼深度为2.9m，辅助眼深度为2.8m，底眼深度为2.8m，炮眼利用率为85%，炮眼直径为42mm。

2.2 钻孔数量

开挖断面大小、炮眼直径、岩性和炸药性能等均会影响炮眼数量布设，炮眼数量应保证能装入设计药量，通常可根据各炮眼平均分配的原则来计算。具体计算公式如下：

式中：N为炮眼数量，没有装药的空眼数不算；q为单位炸药消耗量，取q=0.65～1.0kg/m3；S为开挖断面积，取S=60.58m2；a为装药系数，即炮眼长度除以装药长度，取0.4～0.6；r为每米药卷的炸药质量，取0.78kg/m。

将以上数据代入公式，计算得出炮眼数量为100个。

2.3 掏槽眼形式

掏槽眼采用大断面楔形掏槽，岑相隧道断面楔形掏槽平面图如图3所示。掏槽眼深度取值如下：L1=3.84m、L3=3.44m、L5=3.05m。掏槽眼数量分别为L115个、L38个、L56个。

图3 岑相隧道断面楔形掏槽平面图

最外层掏槽炮眼与开挖面间的夹角a为80°，夹角向内依次为60°、51°，掏槽眼竖向间距均控制在80cm，两排竖向炮眼错开布置，同一平面上炮眼眼底的距离b依次取值20cm、118cm、190cm、133cm，掏槽眼开口长度B为5m，向外依次取值6m、7.52m、9.04m。

2.4 上半断面炮眼布置

上半断面炮眼布置参数：周边眼按50cm间距布设，内圈眼（二台眼）及底眼按80cm间距设置，掏槽眼间距80cm。岑相隧道炮眼布置平面图如图4所示。

图4 岑相隧道炮眼布置平面图

2.5 控制爆破技术要求及参数

首先要保证开挖轮廓尺寸准确，影响控制爆破的主要参数包括爆破层厚、周边眼间距、装药集中度以及周边眼密集系数等。控制爆破参数如表1所示，一般通过计算并结合以往工程类比加以确定，在初步确定参数后，再通过现场爆破实践逐步进行修正改善。一般采取的技术措施如下。

表1 公路隧道光面爆破参数

（1）使用爆速低、猛度低、密度低、传爆性能好、爆炸威力大的装药结构。

（2）采用不耦合装药结构，不耦合系数不小于2，保证传爆稳定性。

（3）爆破时控制好周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，以保证爆破临空面满足要求，周边眼尽量同时起爆。

（4）控制好装药集中度，可采取间隔结构进行装药，并对眼底装药量进行补强，用于克服眼底岩石的挟制作用。

2.6 装药量的计算及分配

爆破效果的好坏与炮眼装药量有直接关系。为达到预期的爆破效果，首先需要计算确定1个循环的理论总药量，再结合各类型炮眼的爆破特性重新进行药量分配，过程中进行修正及调整，直到达到预期的爆破效果。总药量的计算公式如下：

式中：Q为1个爆破循环的总用药量，kg/m3；q为爆破每立方米岩石所需炸药的消耗量，一般取0.65～1.0kg/m3；V为1个循环进尺所爆落的岩石总体积，m3。

炮眼有效长度为2.4m，上半断面开挖面积为60.58m2，每一循环总药量为94kg。按照各个炮孔需求量进行药量分配。由于各炮眼作用不同及受岩石夹制影响，各炮眼装药量也不同，通常按装药系数a进行分配，a值可查表取值。对于掏槽眼，装药系数取0.4～0.6；对于周边眼、辅助及底眼，装药系数取0.4～0.5。

计算每一循环装药量Q的取值及各炮眼炸药量的分配量。上半断面装药参数及综合计算结果如表2所示。