公路隧道开挖掏槽爆破技术及掏槽参数设计.pdf

交通世界TRANSPOWORLD1 工程概况某 公 路 隧 道 左 洞 起 止 里 程 桩 号 为 ZK38+820ZK42+000，设计长度为3 180 m；隧道右洞起止里程桩号为K38+820K42+000，设计长度为3 180 m，为分离式长隧道。斜井进洞口设计高程为255.000 m，设计长度为295.068 m，与右线相接。2 隧道开挖掏槽爆破的主要方式掏槽爆破在隧道开挖施工流程中属于基础环节，经过掏槽爆破后提供充足的自由面，以便炮眼爆破的顺利进行以及岩石的破碎膨胀，为隧道的高效掘进奠定了坚实的基础。影响掏槽效果的因素较多，施工应遵循因地制宜的原则，有针对性地优化掏槽爆破技术，精细控制掏槽参数。掏槽眼爆破仅受一个自由面的影响，爆破条件欠佳，形成符合设计要求的槽腔属于首要工作，否则将导致后续炮眼的爆破效果变差。常规的掏槽方式为即发掏槽，在多个垂直开挖面紧密布设炮眼，装药后协同爆破。随着行业技术的发展，钻爆法和掏槽技术的应用水平提高，斜眼掏槽技术应运而生，为较坚硬岩石的掏槽爆破提供了可靠的技术支持。在钻孔机械适用性日益提升的趋势下，突破了软岩隧道施工难度大的局限性。例如，在液压凿岩台车的配合下优化掏槽形式，由原本的斜眼掏槽调整为各式各样的直眼掏槽。爆破掏槽效果直接关乎隧道施工的质量和效率，需根据工程状况选择适宜的掏槽形式1。3 爆破参数设计3.1 炮眼深度根据具体的爆破位置确定炮眼深度，通过控制爆破振动强度调整炮眼深度，将其控制在2.02.5 m。3.2 掏槽眼布置针对本隧道工程的实际情况，满足掏槽深度的要求，选择在隧道围岩开挖爆破施工中设计2层共4排的楔形掏槽孔，并尽可能保证每一对掏槽孔对称分布。处理好掏槽孔与工作面关系，每一对掏槽孔由浅至深变化，掏槽孔与工作面的夹角（=6080）则由小至大变化，并控制掏槽孔钻孔的偏差，提升爆破施工效果。根据上部台阶的实际位置确定掏槽孔，于上部台阶底部中间位置布置孔距c为0.50.6 m掏槽孔。3.3 周边眼和辅助眼布置根据隧道轮廓线的方向倾斜布置周边眼，并保持周边眼间距为0.60.7 m，距隧道开挖断面边缘距离为0.10.2 m，并应根据围岩岩体的不同硬度调整周边眼和辅助眼的布置作业：1）岩体硬度大时，周边眼底可略超出隧道轮廓线；2）岩体硬度为中等时，周边眼底与轮廓线的距离应保持在0.10.2 m；3）岩体硬度较小时，可不沿隧道轮廓线方向倾斜布置周边眼炮眼，但应确保周边眼底、眼口两处与隧道轮廓线的距离一致。辅助眼布置方向应与隧道开挖面呈90 垂直布置，按照设计图纸布置辅助眼和崩落眼，崩落眼相关参数设计协同辅助眼。参考本隧道爆破施工的设计要求和规范，隧道周边眼间距E设计为0.60.7 m，辅助眼间距b设计为0.70.8 m。3.4 爆破材料1）单位炸药消耗量q，取q=1.22.0 kg/m3。2）下台阶炮孔布置与参数设计，炮孔间距a与炮收稿日期：2022-09-19作者简介：郑雄兴（1981），男，浙江杭州人，高级工程师，从事桥涵设计工作。公路隧道开挖掏槽爆破技术及掏槽参数设计郑雄兴（浙江数智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310013）摘要：结合实际工程，阐述隧道开挖掏槽爆破的主要方式，分析掏槽爆破技术在公路工程中的应用，探讨炮眼深度、掏槽眼布置及爆破材料等一系列掏槽爆破参数设计对公路隧道开挖爆破施工的影响，并进行爆破安全验算。验算结果符合标准，安全性较高，获得较好的开挖掏槽爆破效果。关键词：掏槽爆破；掏槽眼布置；参数设计中图分类号：U455.6文献标识码：B133总651期2023年第21期（7月 下）孔排距b分别取=0.81.0 m、b=0.60.8 m。3）炮孔数量N，按式（1）计算：N=q S/r n（1）式（1）中：q为上台阶每立方米炸药消耗量，q=1.22.0 kg/m3，取 q=1.2 kg/m3；S 为开挖面积，计算约 148m2；r为每米长度炸药的质量，取1 kg；n为炮眼装药系数，即装药深度与炮眼深度的比值，n=0.6。计算得N=296个，设计取N=315个。3.5 掏槽眼起爆时间间隔掏槽设计是公路隧道爆破施工的第一步，若没有控制好掏槽眼与辅助眼的间隔，容易导致起爆时间间隔过短，影响爆破效果。结合掏槽爆破施工经验，楔形掏槽内部各对楔形掏槽眼之间的延期时间为100 ms。本隧道工程爆破施工中掏槽眼与辅助眼、各段辅助眼、辅助眼与周边眼的起爆时间分别为 75110 ms、50110 ms、5110 ms。3.6 炮眼装药量计算1）上部台阶炮眼装药量计算：Q=r n L（2）式（2）中：r为每米长度炸药量，r=1.0 kg；n为炮眼装药系数，n=0.6；L为眼深，取2.0 m。2）下部台阶炮眼装药量计算：Q=a b q L（3）取 a=0.8、b=0.7、q=0.8 kg、L=2.0，则 Q=0.89 kg。最终取底部炮眼Q=1.0 kg，周边眼Q=0.7 kg，其他炮眼Q=0.9 kg。4 起爆网络设计4.1 隧道明挖部位爆破起爆网路设计本标段爆破施工单次起爆的排数不超过3排，爆破施工应逐排按孔实施顺序起爆施工。在隧道明挖部位爆破起爆网路设计中，爆破孔内和孔外均布置电导爆管雷管，孔内使用的非电导爆管雷管的型号具体为ms-3、ms-4、ms-5、ms-6、ms-7、ms-8、ms-9、ms-10、ms-11、ms-12，孔外使用ms-5非电导爆管雷管，达到延期效果。4.2 隧道洞身部位起爆网路设计隧道洞身部位爆破施工应按照“槽眼辅助眼崩落眼周边眼底眼”的顺序实施，采用簇联的方式连接隧道洞身部位起爆网路。一般情况下，隧道口至进洞50 m段起爆网路的敷设与爆破效果会影响整个隧道工程爆破施工的质量，同时容易产生大量飞石，影响周围建筑物的安全。针对本隧道工程中贵宾隧道出口位置至进洞50 m段复杂的爆破环境，技术人员应做好起爆网路设计，控制爆破振动，测算出最佳齐发炮孔数量和最大单响药量，保证齐发炮孔数量不低于5个，最大单响药量不超过5 kg。4.2.1 级和级围岩隧道起爆网路设计级和级围岩隧道爆破施工中，采用簇联的方式连接级和级围岩隧道起爆网路，遵循“由上而下”的爆破原则，选择专用发爆器逐排开展起爆作业，级和级围岩上部台阶孔内均选择毫秒非电导爆管雷管。其中掏槽眼采用ms-1、ms-3，辅助眼采用ms-5，崩落眼采用 ms-7、ms-8、ms-9，周边眼采用 ms-10、ms-11、ms-12、ms-13。4.2.2 级围岩隧道起爆网路设计级围岩隧道爆破施工中，采用簇联的方式连接整个起爆网路，选择专用发爆器逐排实施爆破，隧道孔内均选择毫秒非电导爆管雷管，其中掏槽眼采用ms-1，辅助眼采用ms-5，崩落眼采用ms-6、ms-7、ms-8、ms-9、ms-10，周边眼采用 ms-11，底眼采用 ms-12。考虑本标段隧道工程爆破环境的复杂性，在贵宾隧道出口位置至进洞50 m段布置5个以上的齐发炮孔，孔外采用ms-5非电导爆管雷管来实现接力2。5 爆破安全验算5.1 隧道洞口明挖部位爆破有害效应分析5.1.1 爆破有害效应分析隧道开挖和爆破施工中产生的爆破振动和个别飞石会威胁周围建筑物的安全，影响重点设施的保护效果。5.1.2 爆破振动控制以国家标准爆破安全规程（GB 67222014）1为技术指导，确定本标段爆破施工最大允许安全振速为 1.0 cm/s，并根据最大允许安全振速计算最大单响药量：Qmax=R3()VK3 a（4）式（4）中：Q为最大单响药量；R为传播距离；V为爆破振动速度；K、a为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件等有关的参数和衰减指数，K=150250、a=1.51.8。本工程设计K取170、a取1.6、V=2.5 cm/s。爆破区域距离最近保护物的距离R约为58 m，经计算，Qmax=12.8 kg。最大单响药量的取值参见表1。表1 最大单响药量的取值参照表爆区与被保护建筑物的距离/m58最大允许安全振速/（cm/s）1.0最大单响药量/kg12.8对照最大单响药量的取值参照表确定该标段隧道爆破使用最大允许单响药量为12.8 kg。经测算，在实际的爆破施工中单响药量为 2.8 kg，远远小于 5.7 kg，符合标准，安全性较高。134交通世界TRANSPOWORLD5.1.3 爆破冲击波本标段隧道工程爆破类型为浅孔控制爆破，炮孔的堵塞长度较长，爆破冲击波较小。因而，空气冲击波对爆破施工的影响较小，可不纳入考虑范围。5.1.4 爆破飞石控制在露天台阶爆破施工中常常会产生个别飞石，飞石飞散距离选择瑞典德汤尼克研究基金会的经验公式作为计算公式：RF=()1516 d（5）式（5）中：RF为飞石的飞散距离；d为炮孔直径，取d=4 cm。计算得RF=6064 m。本标段隧道爆破施工应严格按照项目要求和安全技术规程开展，规范进行装药堵塞，并采取相应的爆破防护措施，如爆破范围与周围建筑物之间架设防护网、覆盖爆破岩体等，防止个别飞石飞出，对周围建筑物及水库等重点保护设施产生不利影响。5.2 隧道洞身部位爆破有害效应分析5.2.1 爆破有害效应分析隧道洞身爆破施工应分阶段开展，具体分为隧道洞口至洞身50 m段和隧洞洞内深部两段。这两段爆破有害效应存在一定差异，在本标段隧道开挖施工中表现为隧道洞口至洞身50 m段需要分析爆破振动、飞石等有效效应，而隧道洞内深部段需要重点考量爆破振动，其他有害效应可忽略不计。5.2.2 爆破振动控制按照 爆破安全规程（GB 67222021）控制爆破振动，防止超出砖混结构民房最大允许振动速度。结合隧道工程爆破施工的特殊性，洞身开挖工作面需要的炸药量较大，而爆破施工中底板主要分布在洞口前部和侧部位置，其海拔要稍高于附近底板的海拔，因此在一定程度上降低了爆破地震波传递速度。本标段隧道爆破施工最大允许振速为1.0 cm/s，最大允许振速的数值会对最大段药量的计算结果产生影响。最大段药量的计算公式见式（4）。爆破区域距离最近保护物的距离R约为30 m，经计算：Qmax=9.9 kg。最大单响药量的取值参见表2。表2 最大单响药量的取值参照表爆区与被保护建筑物的距离/m50最大允许安全振速/（cm/s）1.2最大单响药量/kg11.65.2.3 贵宾隧道进、出口单响药量控制根据地质勘察报告，可确定贵宾隧道进、出口段围岩等级为级，为保证爆破效果，提升爆破施工的安全性，在贵宾隧道口至进洞50 m段掏槽孔齐发炮孔数量应控制在8个以内，且其他齐发炮孔的数量应控制在10个以内，最大单响药量为8 kg。5.2.4 爆破冲击波选择 爆破安全规程（GB 67222021）为技术指导，隧道掏槽爆破施工产生的空气冲击波较大，空气冲击波超压值计算公式为：P=1.48()Q3R1.55（6）式（6）中：P为空气冲击波超压值，单位105Pa；Q为一次爆破的炸药当量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大段药量；根据设计，进洞口最大段药量为5.0kg；R为装药至保护对象的距离，按25 m计算。Q=9.0kg，代入式（6）后计算得：P=0.0236105Pa经测算，本标段隧道爆破施工带来的空气冲击波超压值为0.0236105Pa标准值0.02105Pa。因此，在爆破施工时应在装药堵塞过程中落实技术指导规程，并采取覆盖炮孔等相应的防护措施3。5.2.5 爆破飞石控制按式（5）计算爆破飞石距离，得Rf=6064 m。爆破飞石的控制是整个隧道掘进爆破施工中的重点内容，其防护措施为：选择在隧道洞口开挖工作面810 m处，架设高度为隧道洞口高度1.2倍，宽度为隧道洞口宽度1.21.5倍的防护排架；采用胶帘、安全网等材料覆盖掏槽孔及爆破体。根据爆破现场施工的实际需要选择防护措施，且可以综合应用几种防护措施，避免飞石威胁附近建筑物的安全，影响水库等重点保护设施。6 结束语掏槽参数的设计水平会对整个隧道爆破施工产生巨大影响，因此，提升掏槽参数设计水平，实施爆破安全验算的重要性不言而喻。本文分三部分对掏槽爆破技术在公路隧道工程中的应用进行分析，希望研究内容能够为同类工程提供参考。参考文献：1 中国工程爆破协会.爆破安全规程：GB 67222014S.北京：中国标准出版社，2015.2 张业伟.隧道开挖施工的爆破振动监测与控制技术探讨J.工程建设与设计，2022（9）：186-188.3 王军章.探究复杂条件下隧道爆破施工技术方案J.工程建设与设计，2022（8）：123-125.135