孙 明 传

(中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南 郑州　450053)



摩寺迪隧道水平围岩光面爆破施工技术

孙 明 传

(中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南 郑州450053)

简述了摩寺迪隧道的工程概况，分析了该隧道水平围岩失稳的原因，从掏槽眼布置、炮眼个数计算、炮眼布置、爆破参数等方面，阐述了水平围岩光面爆破施工技术，确保了爆破施工的安全性。

隧道，围岩，爆破施工，炮眼

1　工程概况

摩寺迪隧道位于河南安阳境内，地处太行山东部、红旗渠空心坝西南侧，洞身穿越区域山势陡峭、沟谷深切，地表岩体风化剥落严重。进、出口地貌为石英砂岩形成的陡坡，自然坡度大于65°，坡体基岩裸露、植被稀疏。本隧道为分离式双向四车道隧道，建筑限界净宽10.25 m、净高5.0 m。左右线总长682 m，最深埋深55 m、最浅埋深8 m。

洞身围岩为强～中风化石英砂岩、板岩，岩层走向近于水平、倾角趋于垂直，岩体中主要发育2组高角度节理裂隙。第一组走向210°～225°，倾角70°～73°，裂隙宽度5 mm～10 mm，裂隙张开充填黄色黏土，发育密度2条/m～4条/m；第二组走向310°～330°，倾角80°～85°，裂隙宽度5 mm～25 mm，裂隙张开充填黄色黏土，发育密度3条/m～5条/m。

施工后发现由于高倾角节理与岩层走向组成不利组合，岩体被切割成层～块状、形成楔形体；高倾角节理裂隙张开充填黄色黏土，形成软弱结构面。开挖后多次造成拱顶坍塌，给施工带来了很大困难，后重新计算、划分围岩分级，Ⅴ级围岩630 m、Ⅳ级围岩40 m、Ⅲ级围岩12 m。

2　水平围岩失稳原因

在隧道施工中，由于结构面与开挖临空面的相互作用，通常会把隧道通过区域岩体切割成不同形状。这些被切割的岩体在一定的力学条件和岩体构造作用下，岩块系统会发生运动，导致岩体整体失稳。对层状岩石而言，水平围岩最不利于隧道开挖的稳定，因为水平岩层层间结合力差，由于节理和开挖临空面的切割，极易形成不稳定的块体[1]。隧道水平围岩的失稳原因，概括起来主要有以下几种形式。

2.1水平结构面单独作用

水平层理面对隧道围岩的稳定性影响很大，由于层间存在黄土等填充物，会使层间结合力大大降低。随着隧道开挖后的应力重分布，由于岩层水平层理构造的影响，围岩体将会被挤出，从而向隧道临空面产生位移，出现鼓胀、破裂、折断而脱落[2]。

2.2水平结构面与其他结构面共同作用

由于地质的复杂性，大多数情况下，水平岩层隧道同时存在水平层理面和其他的节理面。在这些结构面的共同作用影响下，围岩将会被切割成大小不一的块状。围岩爆破产生临空面后，拱部岩层在重力作用下向下拉，同时还要承受上部岩层的重力，在二者的共同作用下，水平岩层层面将会被拉开。又因为同时存在其他走向的节理面，拱部上方处的岩体将沿水平层理面和软弱节理面成块掉落。

2.3周边围岩“卸载”作用

隧道围岩爆破后，临空面处岩体因为失去支撑会产生向隧道内的位移。水平围岩层间节理粘结力很弱，几乎不能承受拉应力，因而水平层理面将逐渐张开，同时伴随着破裂产生，因此水平围岩的各岩层会逐步分离。随着时间推移，分离开的各岩层在应力重分布作用下，沿软弱结构面移动。

通过对隧道水平围岩失稳原因的概括，发现在隧道水平围岩地段，光面爆破效果的好坏对施工安全起到了控制性的作用。如果超挖过大，会增加隧道施工出渣、锚喷等工序施工用时，延迟了支护时间，这与新奥法原理指导隧道施工原则之一“早支护”相悖，从而使水平围岩发生失稳的概率增大。

3　水平围岩光面爆破施工技术

摩寺迪隧道是在新奥法原理指导下施工的高速公路山岭隧道，新奥法是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法[3]。围岩光面爆破效果的好坏，直接体现在新奥法原理最核心内容充分发挥围岩的自承能力；好的光面爆破将使围岩的自承能力得到极大的发挥，从而使锚喷支护充分发挥其“柔性”支护的作用；光面爆破效果差，对围岩产生了很大的扰动，让锚喷支护承担更多的岩体压力，从而使新奥法施工的精髓失色不少。

通过摩寺迪隧道Ⅴ级水平围岩段上台阶光面爆破施工技术的经验总结，归纳出几点硬质水平围岩光面爆破施工技术的心得。爆破设计遵循以下两个施工技术要求：1)掏槽眼布置采取水平楔形掏槽；2)开挖方法为预留核心土、石法，减小开挖断面，降低爆破对岩体的扰动。

3.1掏槽眼布置

开始爆破设计采用垂直楔形掏槽布置，由于围岩为水平围岩，不宜采取垂直楔形掏槽，优化后掏槽眼布置为水平楔形掏槽，掏槽眼布置示意如图1，图2所示。

3.2炮眼个数计算[4]

炸药采用2号岩石乳化粉状炸药，药卷直径32 mm，根据式(1)计算炮眼个数：

(1)

其中，N为炮孔数量；q为单位炸药消耗量，kg/m；S为掘进面积，m2；τ为装药系数；γ为每米药卷的炸药质量。

3.3炮眼布置

3)装药量计算复核。按装药量计算公式Q=q×l×S×η计算一个爆破循环理论总用炸药量，则一爆破循环理论总用炸药量Q=1.2×1.4×35.78×0.85=51.09 kg。

按装药系数计算单孔装药量及总装药量，根据前期爆破效果，调整后各炮眼装药系数，取掏槽眼装药系数τ=0.5、周边眼装药系数τ=0.4、辅助眼装药系数τ=0.4。

根据公式Q′=qLτ计算单孔装药量(Q′为单孔装药量；L为炮眼深度；τ为各炮眼装药系数)。

掏槽眼装药量=0.78×1.6×0.5×12=7.488 kg，周边眼装药量=0.78×1.4×0.4×62=27.08 kg，辅助眼装药量=0.78×1.4×0.4×36=15.72 kg，总装药量Q=7.488+27.08+15.72=50.28 kg。

可见后者计算出装药量略小于前者，但相差不大，施工时采用后者计算进行装药。

4)爆破参数。经过反复调整优化，爆破参数如表1所示。

表1　爆破参数

炮眼布置如图3所示。

由于采取了合理的爆破设计，摩寺迪隧道水平围岩光面爆破得到了极大的提高和改善，确保了施工安全，加快了施工进度。施工最高峰时候，Ⅴ级围岩段双洞月进尺合计约100 m。

4　结语

经过不断的改进爆破参数和广大作业人员的艰辛努力，摩寺迪隧道现已安全顺利贯通。通过近2年的施工，总结了几点在高倾角水平层理硬岩中进行光面爆破施工的心得，望能给相似工程提供一定借鉴。

1)在水平围岩爆破设计时，掏槽宜采用水平楔形掏槽，以能够创造出更多的爆破临空面。2)开挖台阶高度不宜过高，以减少爆破对围岩的扰动，从而充分发挥围岩自身的承载能力，使超前预支护措施和锚喷支护体系能发挥应有的设计功能。3)在进行装药分配时，应根据每一段围岩确定相应的装药系数，掏槽眼系数比周边眼和辅助眼系数大0.1～0.2。

[1]汶文钊.横山隧道水平岩层稳定性分析及施工措施[J].铁道标准设计，2009(S1)：133-135.

[2]栗斌.冒天山隧道水平岩层稳定性分析及施工措施[J].铁道建筑技术，2010(3)：49-52.

[3]朱永全，宋玉香.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[4]王海亮.工程爆破[M].北京：中国铁道出版社，2008.

Blasting construction technologies of horizontal surrounding rock glaze of Mosidi tunnel

Sun Mingchuan

(China Railway Daqiao Bureau Group 1st Engineering Co., Ltd, Zhengzhou 450053, China)

The article briefly describes Mosidi tunnel engineering conditions, analyzes its horizontal surrounding rock instability causes, and illustrates blasting construction technologies of horizontal surrounding rock glaze from aspects of breaking-in-hole distribution, blasthole numbers calculation, blasthole distribution and blasting parameters. As a result, it guarantees the blasting construction safety.

tunnel, surrounding rock, blasting construction, blasthole

1009-6825(2016)25-0175-02

2016-06-23

孙明传(1986- )，男，助理工程师

U455.6

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