第８卷第２期 ２０１１年４月 铁道科学与工程学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＶＯＩ．８ Ｎｏ．２ Ａｏｒ２０１ １ 花岗岩地层隧道光面爆破设计参数优化研究 满奕 （贵广铁路责任有限公司，贵州贵阳５５００００） 摘要：以新建贵广铁路两安隧道光面爆破施工为背景，开展系统的光面爆破试验研究。根据隧道断面面积、掌子面岩石 完整性和试钻确定的岩体强度，确定光面爆破设计方案，再经过反复试验，逐步调整优化爆破布孔和装药参数，最终形成光 面爆破设计方案。结果表明：１Ｉ和Ⅲ级花岗岩围岩中，周边眼的间距取为０．５５／／１，装药量宜控制在０．９～１．０ ｋ ｍ 。该方 案对同类工程具有一定的参考价值。 关键词：隧道工程；光面爆破；钻爆设计；花岗岩 中图分类号：Ｕ４５２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—７０２９（２０１１）０２—００６４—０４ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌｓ ｉｎ ｇｒａｎｉｔｅ ｓｔｒａｔｕｍ ＭＡＮ Ｙｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉａｎｇ ｈｎ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗｌｙ ｂｕｉｌｔ Ｇｕｉ—Ｇｕａｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ， ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗａｓ ｃａｍｅｄ ｏｕｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｒｏｃｋ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｈｅａｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｌｏｔｓ ｏｆ ｔｒｉａｌｓ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｏｌｅｓ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｉｎ ｇｒａｄｅ １１ ｏｒ ＩｉＩ ｇｒａｎｉｔｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ，ｓｐａｃｅ ｏｆ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｈｏｌｅｓ ｃａｎ ｂｅ ０．５５ ｍ。 ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ｗｅｉｇｈｔ ｃａｎ ｂｅ ０．９—１．０ ｋｒＪｍ ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｇｒａｍ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ；ｇｒａｎｉｔｅ 新建贵广铁路是我国《中长期铁路网规划》的 重点项目，设计时速为２５０ ｋｍ／ｈ的国家高速铁路 客运专线。因受地形、地质条件限制，隧道占全线 比例高达８５．４２％。其开挖断面面积达１５０ ｍ 以 上，属铁路大断面隧道，施工要求严，建设标准高。 光面爆破是隧道施工中必不可少的施工手段，很多 学者在此方面进行了很多研究¨ 。在施工中也 １．１光面爆破初步设计参数 （１）周边孔问距Ｅ。周边眼通常布置在距开 挖断面边缘０．１～０．２ ｎｌ处，光爆孔的孔底朝隧道 开挖轮廓线方向倾斜３。～５。。当爆孔孔径Ｄ为４０ １花岗岩地层隧道光面爆破初步设计 形成了一系列的施工工艺及施 ＿【措施 。两安 隧道位于广西壮族自治区桂林市和贺州市境内，隧 道全长１２ ６３４ ｎｌ，属特长隧道，围岩为花岗岩，花岗 岩岩块强度为１２０ ＭＰａ以上，Ⅱ和Ⅲ级围岩占 ８３％，施工中，通过优化光爆参数，调整施丁工艺， 取得了良好的光爆效果，保证了工程质最，节约了 工程施丁 成本，加快了工程施工进度。 收稿日期：２０１１一Ｏ１—２０ ｍｍ时，周边孔间距Ｅ取值在（１０—１６）Ｄ之间，Ⅱ 和Ⅲ级围岩周边眼的间距为０．４—０．６ Ｉｎ比较合 适，此处花岗岩隧道Ⅱ级周岩周边眼问距取０．４５ 一ｎ，Ⅲ级围岩周边眼问距取０．５ ｎｌ。 （２）光爆层厚度 。即，｝占ｊ边眼最小抵抗线，它 与开挖的隧道断面有关。断面大，光爆Ｈ艮所受到的 作者简介：满奕（１９７７一），女，山东潍坊人，硕 ，从事铁道工程｛ ：删 研究 第２期 满奕：化岗岩地层隧道光面爆破设计参数优化研究 ６５ 夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大 些；断面小，光爆眼受到的夹制力大，光爆层厚度相 对较小。同时，光爆层厚度与岩石的性质和地质构 造有关，坚硬岩石光爆层－￣ｆ／ｌ，些，松软破碎的岩石光 爆层呵大些。此处取花岗岩隧道光爆层厚度 为 ０．５５ ｍ（对Ⅱ级围岩）和０．６６ ｍ（对Ⅲ级围岩）。 （３）密集系数 。周边眼密度系数是周边眼 间距 与光爆层厚度 的比值，是影响爆破效果 的重要因素。Ｋ＝Ｅ／Ｗ，取０．８左右。 （４）孔深 。循环进尺：Ｌ＝０．３ Ｘ Ｂ Ｘ ９０％＝ ０．３×１３．６２×９０％＝３．６８ ｍ（隧道宽度Ｂ＝１３．６２ ｍ）。除掏槽眼和底角眼取值４．５～４．７ ｍ外，其余 各眼炮孔深度取３．５～３．７ Ｉｌｌ。在实际操作中应视 掌子面的凹凸情况，调整各炮眼钻孔长度，使所有 炮眼眼底处于同一垂直面上。 （５）装药集中度Ｑ。首先确定炸药单耗量ｑ， 炸药单耗量对装药效率、炮孔利用率、开挖壁面的 平整程度和围岩的稳定性都有较大的影响，它取决 于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素， 此处ｑ取值０．８～１．２ ｋｇ／ｍ 。根据炸药单耗量ｑ、 周边眼间距Ｅ与光爆层厚度 可求得装药集中度 Ｑ。Ｑ＝ｑＥＷ，取０．２０～０．３０ ｋｇ／ｌＩｌ。 ７ （６）炮孑Ｌ数量Ⅳ。炮孔数量取决于掘进断面 积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增 ５ ８ ８ 多，周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况；相反， 孔数过多将使凿岩工作量增大。 ５ Ｎ＝０．Ｏ０１２ｑＳ／（ａｄ ） 式中：Ｎ为炮孑Ｌ数量；ｑ为单位炸药消耗量；Ｓ为开 ＂ 挖断面面积（对Ⅱ级围岩，Ｓ＝１１６．９ Ｉｌｌ ；对Ⅲ级围 岩，Ｓ＝１１９．７ ｍ ）；ａ为炮眼装填系数，取０．６２；ｄ 为药卷直径，对硝铵炸药，药卷直径为３２ｒａｍ。可 求得Ⅱ级围岩炮孔数量Ｎ＝２２８，ＩＩ级围岩炮孔数 量Ｎ＝２００。 （７）装药结构。周边眼装药采用径向不耦合 间隔装药结构，不耦合系数为１．５～２．０。所有爆 眼统一装 ３２标准药卷，周边眼问隔装药，岩石炸 药与乳化炸药混装，周边眼药卷不需绑在竹片上， 直接装入，孔口用炮泥堵塞。光面爆破装药过程 中，如果只注意控制周边眼用药量而忽视内圈辅助 眼的药量控制，很难达到理想的爆破效果。因此， 为保证光爆效果，司钻手定岗定位，掏槽眼、底板 眼、辅助眼、周边眼（又分拱部、拱墙、边墙３部分） 都实行专人负责。 （８）起爆方法。隧道爆破从掏槽眼到辅助眼 至周边眼，采用多段微差毫秒雷管由里向外起爆， 其中周边眼比辅助眼要跳２段，间隔时间为２５～ １００ ｍｓ，且用同一段雷管同时起爆。 １．２光面爆破初步设计 依据以上参数，确定了光面爆破初步设计。Ⅱ 级围岩光爆设计参数见表１，炮孔布置如图１所 示；Ｉｌｉ级围岩光爆设计参数见表２，，炮孑Ｌ布置如图２ 所示，光面爆破装药结构如图３昕示。 表１ Ｕ级围岩钻爆参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｇｒａｄｅ １Ｉ ｓｕｒ— ｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ 爆眼类别 参数名称 钻孔深度／ｍ 问（孔）距／ｍ 炮眼数量／个 炮眼装填系数／％ 光爆层厚度／ｍ 周边眼装药线密度 ／（ｋｇ・ｌｆｌ ） 炸药单耗／（ｋｇ・ｍ。） 蚰 表２Ⅲ级围岩钻爆参数 Ｔａｂｌｅ ２ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｇｒａｄｅ ｍ ｓｕｒ— ） ） ｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ 参 加 ； ３ Ｏ ㈨ ６ ６ ３ ０ ∞ 图１ 两安隧道Ⅱ级围岩光面：曝破设计 Ｆｉｇ．１ Ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｉａｎｇ＂ａｎ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｇｒａｄｅ ｌＩ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ８第２期 满奕：花岗岩地层隧道光面爆破设计参数优化研究 ６７ ２００９年６月创下单月掘进３８５ Ｉｎ的纪录。此外， 施工成本也得到了有效节约，开挖爆破炸药量节约 ８％～２０％，喷射混凝土损失量减少２０％左右。 图５两安隧道花岗岩光面爆破效果 Ｆｉｇ．５ Ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｇｒａｎｉｔｅ ｓｔｒａｔｕｍ ｏｆ Ｌｉａｎｇｈｎ ｔｕｎｎｅｌ ４结论 （１）对硬岩隧道开挖，必须反复试验，逐步优 化调整各项爆破参数，才能最终确定光面爆破设计 方案并取得良好的爆破效果。 （２）花岗岩Ⅱ和Ⅲ级围岩宜采用二级复式楔 形掏槽方式，周边眼的间距宜取为０．５５ Ｉｎ，装药量 应控制在０．９～１．０ ｋｇ／Ｉｎ。。 （３）在优化确定爆破设计后，施工中必须严格 控制炮眼的位置深度、角度、间距等。同时必须保 证炮眼堵塞质量，周边眼的堵塞长度不宜小于 ２００ ｍｍ 参考文献： ［１］盛新民．新编爆破工程经典实例大全［Ｍ］．北京：中 国建筑工业出版社，２００７． ＳＨＥＮＧ Ｘｉｎ—ｍｉｎ．Ｎｅｗ ｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｉｎ ｂｌａｓ— ｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２００７． ［２］Ｃｈｕｎｇ Ｓ Ｈ，Ｔｉｄｍａｎ Ｊ Ｐ．Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ｃａｓｔ ｂｌａｓ— ｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ，Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９８９，３（３）：１５１—１５３． ［３］Ｎａｉｄｕ Ｈ Ｇ，Ｓｉｎｇｈａｌ Ｒ Ｋ．Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｗｉｔｈ ｃａｓｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ Ｃａｎａｄｉａｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｆ Ｊ １．ｈａｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ，Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９８９，３（１）：５１ —５８． ［４］Ｓｕｎｕ Ｍ Ｚ，Ｒｅｅｄ Ｓ Ｍ，Ｓｉｎｇｈ Ｒ Ｓ．Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｏｃｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｎｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ，Ｒｅｃｌａｍａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９８８，２（４）：２０９—２１５． ［５］齐景狱，刘正雄，张儒林，等．隧道爆破现代技术 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，ｌＯ９５． ＱＩ Ｊｉｎ—ｙｕ，ＬＩＵ Ｚｈｅｎｇ—ｘｉｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｒｕ—ｌｉｎ，ｅｔ ａ１． Ｍｏｄｅｒｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，１９９５． ［６］董文锋．现代矿山爆破技术实用手册［Ｍ］．北京：北 京商业书店，２００９． ＤＯＮＧ Ｗｅｎ—ｆｅｎｇ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍａｎｕａｌ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ ｍｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｃｏｍ— ｍｅｒｅｅ Ｂｏｏｋｓｔｏｒｅ，２００９． ［７］王金华．最新爆破设计施工控制新技术评价应用与爆 破作业安全技术标准实务全书［Ｍ］．北京：中国科学 技术出版社，２００５． ＷＡＮＧ Ｊｉｎ—ｈｕａ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅＷ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉ— ｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｅｈｎｏｌｏｇ） Ｐｒｅｓｓ，２００５． ［８］闻广厚．现代水利水电工程爆破新技术与现场安全管 理及强制性标准规范实务全书［Ｍ］．北京：当代中国 出版社，２００４． ＷＥＮ Ｇｕａｎｇ—ｈｏｕ．Ｎｅｗ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｅｌｍｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｏｄｅｒｎ ｗａ— ｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｔｅ ｓａｆｅｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｂｌｉｇｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｏｎ— ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｉｎａ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，２００４． ［９］闻广厚，金景全．现代建筑工程爆破新技术与现场安 全管理及强制性标准规范实务全书［Ｍ］．北京：中国 知识出版社，２０１０． ＷＥＮ Ｇｕａｎｇ—ｈｏｕ，ＪＩＮ Ｊｉｎｇ—ｑｕａｎ．Ｎｅｗ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏ— ｇｙ ｉｎ ｍｏｄｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｔｅ ｓａｆｅｔｙ ｍａｎ— ａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｂｌｉｇｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｐｒｅｓｓ，２０１０．