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摘 要：水平或近水平层状围岩在隧道爆破施工过程中，受到岩石节理、层理及施工方法的影响，隧道超欠挖现象普遍，为后续施工埋下了质量安全隐患。该文结合工程实例，简要阐述水平层状围岩隧道光面爆破控制要点。
关键词：水平层状围岩 光面爆破 控制要点
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0106-02
隧道应用光面爆破技术最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全。在结构完整、节理、裂隙不发育的围岩中光爆质量效果较好，然而在实际施工中围岩往往存在大量的裂隙、节理以及夹层，贵州黔东南地区普遍存在水平或近水平层状围岩，水平方向节理发育，超爆现场时有发生，影响后续施工安全和施工质量，并造成大量的人力、物力、财力的浪费。
1 工程概况
沪昆客专新庄隧道位于贵州省福泉县，隧道起迄里程为D1K622+510～D1K625+
372，全长2862 m，单洞双线隧道，左右线间距为5 m，设计时速350 km/h客运专线。隧道区缓坡地带覆盖有第四系全新统坡洪积层（Q[4]（dl+pl））、志留系中统翁项组（Swx）、奥陶系下统大湾组（O[1]d）、奥陶系下统红花园组（O[1]h）、奥陶系下统桐梓组（O[1]t）、寒武系中上统娄山关群（∈[o]l）。岩性为页岩、泥岩夹砂岩和页岩夹砂岩、灰岩和白云岩夹页岩，岩体完整，属次硬质和硬质岩，为Ⅲ～Ⅳ围岩，裂隙、节理发育，水平分层，洞身采用上下台阶钻爆法开挖。
2 水平层状围岩隧道爆破情况和产生的影响
沪昆客专新庄隧道掌子面围岩为黄褐色白云岩夹砂岩，薄～中层状，水平分布，节理裂隙发育。经现场观察，前期光面爆破效果不佳，隧道拱顶处爆破轮廓呈大面积平板状，存在不同程度超挖现象，拱顶、拱腰多超挖，拱脚边墙多存在欠挖现象。超挖将影响岩体整体受力，破坏了整体稳定性，带来了施工安全隐患；由于超挖部分必须采用同初期支护同等级混凝土进行回填密实，由此造成的损失不可估计，预计平均每延米仅喷射混凝土就增加成本近2000元；如施工方法、回填厚度等存在问题难以保证回填和喷射混凝土施工质量，容易产生质量隐患；同时超挖增加了出渣时间、喷射混凝土时间，加大了循环作业时间，工期难以保证。欠挖需要二次爆破或破碎锤处理，增加了作业时间和经济成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道开挖出现大量的超欠挖，将给施工带来一系列不良后果。
3 水平层状围岩超欠挖原因分析
（1）水平层状围岩一般为沉积岩，沉积岩一般经过风化、搬运、沉积固结的成岩过程，使得围岩中各岩层的弹性模量、松比、抗压强度、抗拉强度、粘性模量等力学参数差异性大，受水平方向层理，岩石节理、裂隙共同作用下，在爆破产生的冲击波震动下，岩石被震松散破碎，整体性遭到破坏，产生严重的超挖现象。
（2）水平层状围岩隧道开挖后，岩体极易沿着拱顶层理面整体脱落，形成平如桌面的平顶现象。平顶现象使得隧道拱顶以“梁”的形式支撑着上覆岩体的重力，当此跨度达到岩石“梁”的极限跨度，拱顶岩层断裂，断裂后又使得上面岩层又形成“梁”式结构，在上部荷载作用下，隧道拱部岩层会不断发生断裂破坏，直至拱部形成应力平衡拱，上部覆岩层重力将由平衡拱传至拱脚，围岩才整体达到应力平衡状态。
4 水平层状围岩光面爆破控制措施
4.1 根据围岩特性优化爆破参数
拱顶：由于层理面近似平行炮眼连心线，爆破应力波的反射拉伸作用使光爆面沿层理、节理等弱面塌落，所以相对较大的间距和相对较小的药量既可以爆破出较好的轮廓线。
拱腰：由于连心线与岩层面斜交，贯通裂缝难以形成，裂缝往往优先沿垂直岩层面方向，爆破后形成台阶状，为保证裂缝向利于轮廓成型方向发展，应减小周边眼间距，同时减小装药量。
边墙：因为岩层面与连心线近似垂直，单个炮眼在竖直方向作用范围有限，应减小周边眼间距，同时适当加大装药量。
该文以新庄隧道水平层状Ⅳa围岩，一次爆破进尺3.6 m进行示例，爆破参数见（表1），炮孔设计见（图1、图2）。
4.2 钻爆施工要点
4.2.1 钻眼
为保证开挖轮廓圆顺，充分利用围岩自承能力，减小围岩振动，确保良好的爆破效果，施钻前由测量人员进行测量放线，司钻人员严格按照炮眼的设计位置、深度和角度进行钻眼。
4.2.2 装药
钻完孔后，用高压风吹孔，将炮眼内的残碴、积水排除干净，并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装药。
4.2.3 堵塞
所有炮装药结束后必须进行堵塞，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药利用率，堵塞材料为砂子和黏土的混合物，堵塞长度不能小于30 cm。
5 水平层状围岩隧道支护参数优化
5.1 超前支护参数优化
根据设计图纸，Ⅳ围岩拱部150°范围施做φ42超前注浆小导管，环向间距50 cm、40 cm。由于拱顶处岩石水平层状分布，节理裂隙较发育，围岩自稳能力差，断裂破碎的岩石从拱顶、拱肩小导管间掉落，小导管经常处于悬空状态。保证设计数量不变，拱顶超前小导管间距根据实际情况适当加密，环向小导管间距调整为30～40 cm，边墙适当加大。
5.2 锚喷支护参数优化
锚杆支护的作用机理，加固作用、悬吊作用、组合梁作用，根据水平层状围岩拱部易发生弯折断裂破坏，而隧道边墙处围岩稳定性较好，在不改变设计数量的情况下，在隧道起拱线处适当加强。
6 水平层状围岩爆破效果
经过现场爆破参数优化和超前支护参数优化后，新庄隧道在不增加投入的情况下，超欠挖现象得到了有效控制，同时加快了施工进度，节省了施工材料。钻爆施工及钻爆效果见（图3、4）。
7 结语
目前新庄隧道已施工完毕，经过爆破参数优化，支护参数优化，加强施工管理、隧道光面爆破效果较好，经济效果显著，为水平层状围岩隧道安全、经济、快速施工提供了保障，并为以后类似隧道围岩施工提供了宝贵经验。
参考文献
[1] 万姜林.隧道超欠挖力学效应的研究[J].西部探矿工程，2000，12（4）：6-10.
[2] 杨延毅.加锚层状岩体的变形破坏过程与加固效果分析模型[J].岩石力学与工程学报，1994，13（4）：309-317.
[3] 刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京.冶金工业出版社，1999.
[5] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
[6] 朱永全，宋香玉.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2007.
关键词：水平层状围岩 光面爆破 控制要点
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0106-02
隧道应用光面爆破技术最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全。在结构完整、节理、裂隙不发育的围岩中光爆质量效果较好，然而在实际施工中围岩往往存在大量的裂隙、节理以及夹层，贵州黔东南地区普遍存在水平或近水平层状围岩，水平方向节理发育，超爆现场时有发生，影响后续施工安全和施工质量，并造成大量的人力、物力、财力的浪费。
1 工程概况
沪昆客专新庄隧道位于贵州省福泉县，隧道起迄里程为D1K622+510～D1K625+
372，全长2862 m，单洞双线隧道，左右线间距为5 m，设计时速350 km/h客运专线。隧道区缓坡地带覆盖有第四系全新统坡洪积层（Q[4]（dl+pl））、志留系中统翁项组（Swx）、奥陶系下统大湾组（O[1]d）、奥陶系下统红花园组（O[1]h）、奥陶系下统桐梓组（O[1]t）、寒武系中上统娄山关群（∈[o]l）。岩性为页岩、泥岩夹砂岩和页岩夹砂岩、灰岩和白云岩夹页岩，岩体完整，属次硬质和硬质岩，为Ⅲ～Ⅳ围岩，裂隙、节理发育，水平分层，洞身采用上下台阶钻爆法开挖。
2 水平层状围岩隧道爆破情况和产生的影响
沪昆客专新庄隧道掌子面围岩为黄褐色白云岩夹砂岩，薄～中层状，水平分布，节理裂隙发育。经现场观察，前期光面爆破效果不佳，隧道拱顶处爆破轮廓呈大面积平板状，存在不同程度超挖现象，拱顶、拱腰多超挖，拱脚边墙多存在欠挖现象。超挖将影响岩体整体受力，破坏了整体稳定性，带来了施工安全隐患；由于超挖部分必须采用同初期支护同等级混凝土进行回填密实，由此造成的损失不可估计，预计平均每延米仅喷射混凝土就增加成本近2000元；如施工方法、回填厚度等存在问题难以保证回填和喷射混凝土施工质量，容易产生质量隐患；同时超挖增加了出渣时间、喷射混凝土时间，加大了循环作业时间，工期难以保证。欠挖需要二次爆破或破碎锤处理，增加了作业时间和经济成本，而且二次爆破易造成超挖。因此，如果隧道开挖出现大量的超欠挖，将给施工带来一系列不良后果。
3 水平层状围岩超欠挖原因分析
（1）水平层状围岩一般为沉积岩，沉积岩一般经过风化、搬运、沉积固结的成岩过程，使得围岩中各岩层的弹性模量、松比、抗压强度、抗拉强度、粘性模量等力学参数差异性大，受水平方向层理，岩石节理、裂隙共同作用下，在爆破产生的冲击波震动下，岩石被震松散破碎，整体性遭到破坏，产生严重的超挖现象。
（2）水平层状围岩隧道开挖后，岩体极易沿着拱顶层理面整体脱落，形成平如桌面的平顶现象。平顶现象使得隧道拱顶以“梁”的形式支撑着上覆岩体的重力，当此跨度达到岩石“梁”的极限跨度，拱顶岩层断裂，断裂后又使得上面岩层又形成“梁”式结构，在上部荷载作用下，隧道拱部岩层会不断发生断裂破坏，直至拱部形成应力平衡拱，上部覆岩层重力将由平衡拱传至拱脚，围岩才整体达到应力平衡状态。
4 水平层状围岩光面爆破控制措施
4.1 根据围岩特性优化爆破参数
拱顶：由于层理面近似平行炮眼连心线，爆破应力波的反射拉伸作用使光爆面沿层理、节理等弱面塌落，所以相对较大的间距和相对较小的药量既可以爆破出较好的轮廓线。
拱腰：由于连心线与岩层面斜交，贯通裂缝难以形成，裂缝往往优先沿垂直岩层面方向，爆破后形成台阶状，为保证裂缝向利于轮廓成型方向发展，应减小周边眼间距，同时减小装药量。
边墙：因为岩层面与连心线近似垂直，单个炮眼在竖直方向作用范围有限，应减小周边眼间距，同时适当加大装药量。
该文以新庄隧道水平层状Ⅳa围岩，一次爆破进尺3.6 m进行示例，爆破参数见（表1），炮孔设计见（图1、图2）。
4.2 钻爆施工要点
4.2.1 钻眼
为保证开挖轮廓圆顺，充分利用围岩自承能力，减小围岩振动，确保良好的爆破效果，施钻前由测量人员进行测量放线，司钻人员严格按照炮眼的设计位置、深度和角度进行钻眼。
4.2.2 装药
钻完孔后，用高压风吹孔，将炮眼内的残碴、积水排除干净，并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装药。
4.2.3 堵塞
所有炮装药结束后必须进行堵塞，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药利用率，堵塞材料为砂子和黏土的混合物，堵塞长度不能小于30 cm。
5 水平层状围岩隧道支护参数优化
5.1 超前支护参数优化
根据设计图纸，Ⅳ围岩拱部150°范围施做φ42超前注浆小导管，环向间距50 cm、40 cm。由于拱顶处岩石水平层状分布，节理裂隙较发育，围岩自稳能力差，断裂破碎的岩石从拱顶、拱肩小导管间掉落，小导管经常处于悬空状态。保证设计数量不变，拱顶超前小导管间距根据实际情况适当加密，环向小导管间距调整为30～40 cm，边墙适当加大。
5.2 锚喷支护参数优化
锚杆支护的作用机理，加固作用、悬吊作用、组合梁作用，根据水平层状围岩拱部易发生弯折断裂破坏，而隧道边墙处围岩稳定性较好，在不改变设计数量的情况下，在隧道起拱线处适当加强。
6 水平层状围岩爆破效果
经过现场爆破参数优化和超前支护参数优化后，新庄隧道在不增加投入的情况下，超欠挖现象得到了有效控制，同时加快了施工进度，节省了施工材料。钻爆施工及钻爆效果见（图3、4）。
7 结语
目前新庄隧道已施工完毕，经过爆破参数优化，支护参数优化，加强施工管理、隧道光面爆破效果较好，经济效果显著，为水平层状围岩隧道安全、经济、快速施工提供了保障，并为以后类似隧道围岩施工提供了宝贵经验。
参考文献
[1] 万姜林.隧道超欠挖力学效应的研究[J].西部探矿工程，2000，12（4）：6-10.
[2] 杨延毅.加锚层状岩体的变形破坏过程与加固效果分析模型[J].岩石力学与工程学报，1994，13（4）：309-317.
[3] 刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京.冶金工业出版社，1999.
[5] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
[6] 朱永全，宋香玉.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2007.