浅谈凿岩台车在隧道水平岩层光爆中的应用
１．工程概况
１２３隧道全长１６１５ｍ，最大埋深２７０ｍ，设计纵坡为－３０‰。分进口、出口进行施工，其中出口工区采用全电脑凿岩台车开挖，位于可溶岩段，主要以Ⅲ、Ⅳ级围岩为主，全断面开挖面积分别是１４１.３ｍ²和１４９.５ｍ²。隧址区经过寒武系中统覃家庙组（ε ２ｑ）白云岩夹页岩，下统天河板组、石龙洞组（ε １ｔ＋ｓｌ）白云岩、灰岩夹页岩，强风化带（Ｗ３）属Ⅳ级软石，隧道洞身围岩分布主要为水平产状，隧区地下水主要为第四系孔隙水、构造裂隙水、基岩裂隙水、岩溶水。整体采用光面爆破，但受水平层及地质构造影响，薄层、夹层及裂隙处炮眼残留率低，局部掉块严重，光爆效果一般。
２．火工品及性能资料
３．钻爆设计及优化
隧道开挖光爆参数始终坚持岩变我变，动态调整，直至相对稳定并有较好的光爆效果，全电脑凿岩台车钻杆长５.５ｍ，有效钻孔深度约５.２ｍ，考虑充分利用机械性能，Ⅲ级围岩计划进尺４.０ｍ，锚网喷支护施工，Ⅳ级围岩计划进尺３.６ｍ，需进行立架支护施工，拱架间距为１.２ｍ／榀，，施工过程中分三个阶段进行了调整。
３．１ 钻爆设计的优化过程
第一阶段实施光爆施工采用斜眼掏槽布置炮孔，根据岩石强度情况，Ⅲ级围岩周边眼最小抵抗线Ｗ＝６０ｃｍ，周边眼间距为５０ｃｍ，总计炮眼１９２个，周边眼单孔用药量１.６ｋｇ，总用药量４１５.２ｋｇ；Ⅳ级围岩Ｗ＝６５ｃｍ；周边眼间距为３０ｃｍ（含长短眼），总计炮眼２２４个，周边眼平均单孔用药量０.４５ｋｇ，总用药量３２５.４ｋｇ。爆破后存在问题：周边轮廓线不圆顺，有狼牙齿现象。第二阶段针对第一阶段存在的问题，按多打眼少装药的原则，先后对周边眼间距、最小抵抗线、单孔用药量进行了调整，Ⅲ级围岩周边眼间距由５０ｃｍ调整至４５ｃｍ，单孔用药量减少０.２ｋｇ，总药量降至３９４.２ｋｇ。爆破后存在问题：拱腰轮廓线不圆顺，局部有炸痕。第三段针对第二阶段存在的问题，主要对拱部周边眼间距及用药量进行了调整，调整后Ⅲ级围岩，总计炮眼２０９个，总用药量３７７.４ｋｇ；Ⅳ级围岩总计炮眼２２１个，总用药量３１４.２ｋｇ，基本达到预期效果。
３．２ 调整后适合本隧道不同围岩级别光爆参数
Ⅲ级围岩全断面开挖光爆参数：掏槽眼４８个，眼深（３５０、４５０、５１５）ｃｍ，间距８０ｃｍ，单孔药量２.６ｋｇ，雷管段数１、３、５；辅助眼８２个，眼深４１０ｃｍ，间距９０ｃｍ，单孔药量２ｋｇ，雷管段数７、９、１１、１３；周边眼６８个，眼深４１０ｃｍ，间距４５ｃｍ，单孔药量１ｋｇ；底板眼１１个，眼深３８０ｃｍ，间距１１０ｃｍ，单孔药量２.２ｋｇ；周��眼最小抵抗线Ｗ＝５０ｃｍ，拱部周边眼相对距离Ｅ／Ｗ＝０.８，边墙周边眼相对距离Ｅ／Ｗ＝０.９，装药集中度ｑ＝１９５ｇ／ｍ，单位体积岩体耗药量０.６８ｋｇ／ｍ³、耗雷管量０.４１ｋｇ／ｍ³、炮眼利用率９５％。
Ⅳ级围岩全断面开挖光爆参数：掏槽眼４８个，眼深（４００、４００、４５０）ｃｍ，间距８０ｃｍ，单孔药量２.４ｋｇ，雷管段数１、３、５；辅助眼７４个，眼深３７０ｃｍ，间距１００ｃｍ，单孔药量１.８ｋｇ，雷管段数７、９、１１、１３；周边眼８８个，眼深１５０、３７０ｃｍ，间距５０ｃｍ，单孔药量０.８ｋｇ；底板眼１１个，眼深３８０ｃｍ，间距１１０ｃｍ，单孔药量２.２ｋｇ；周边眼最小抵抗线Ｗ＝６０ｃｍ，拱部周边眼相对距离Ｅ／Ｗ＝０.８３，边墙周边眼相对距离Ｅ／Ｗ＝０.９２，装药集中度ｑ＝１６２ｇ／ｍ，单位体积岩体耗药量０.６１ｋｇ／ｍ³、耗雷管量０.４６ｋｇ／ｍ³、炮眼利用率９５％。
３．３ 适合本隧道的最优光爆参数
３．３．１ 炮眼布置图
３．３．２ 掏槽方式及炮眼布置图
采用水平楔形掏槽，为提高开挖进尺（计划进尺４ｍ）Ⅲ级围岩采用左右二级复式楔形掏槽，根据围岩情况必要时采用三级复式楔形掏槽或增设中空眼，Ⅳ级围岩计划进尺３.６ｍ，采用一级楔形掏槽，根据围岩情况必要时采用二级复式楔形掏槽或增设中空眼，中空眼采用不小于７６ｍｍ钻头打设。
３．３．３ 周边眼装药结构图
为提高光爆效果周边眼采用不偶合装药，选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的小药卷炸药，拱部设置导爆索。
３．３．４ 起爆联络方式图
爆破联线采用复式网路连接，以保证起爆的可靠性和准确性。孔内非电雷管采用段发为１～１５单数段，各相邻段间间隔时间大于５０ｍｓ，以改善爆破效果和防止地震波叠加而产生较大的地震波。装好雷管后将各段非电毫秒雷管导爆管集束于掌子面中央，用电雷管起爆。为了确保周边眼同时起爆，保证光面爆破效果，将各孔内的导爆索延长至孔外。用一长主干导爆索顺拱部周边眼进行串联，使每个周边眼孔内有两套独立的起爆系统，确保同时起爆，从而取得理想爆破效果。
４．钻眼机具及操作要求
４．１ 钻眼机具
隧道出口工区采用全电脑三臂凿岩台车进行钻眼施工。
４．２ 钻眼操作要求
要想获得好的爆破效果，需要质量较高的成孔，钻眼必须做到开孔位置准确、钻孔角度正确，且钻孔深度与爆破设计图相吻合。钻进时要严格按照预定的位置、规定的角度、深度进行钻进。其具体操作要求如下：
４．２．１ 司钻技术要求
隧道开挖成型的好坏取决于钻眼成孔质量的好坏，针对钻眼爆破设计方案，从钻眼的位置、角度、深度高标准施钻，确保掏槽成功；控制好一个拱顶点、两个起拱点、两个边脚点的施钻。钻眼成孔质量的好坏取决于凿岩台车推进梁定位的精度，在施钻周边眼时，应高度注意推进梁定位，要求操作手在不影响钻机运行（即有足够钻机作业的空间）的条件下，必须尽可能保持推进梁位于设计炮孔的延长线上。
４．２．２ 开眼误差控制
开挖面周边往往呈弧形、斜面等，且掌子面凹凸不平，钻眼时钻头易沿开眼处向其它方向偏移，钻进方向及钻眼间距很难控制。为了控制超挖，杜绝欠挖，应先控制开眼位置与推进梁尾部与岩壁的距离，钻孔定位时操作手应在显示屏上放单孔的位置与角度来调整推进梁的方向，先沿垂直于弧形面或斜面的方向开出一个深３～５ｃｍ的浅孔，再沿该孔以正确的钻进方向钻眼。钻眼要尽量避开在一些较大的裂隙、夹层处开眼，可适当改变爆破设计要求的钻眼位置，根据裂隙、夹层的产状，移开一定的距离，但不能使抵抗线过大，造成爆破效果差或“挤死”现象。如果开眼位置的岩层产状比较复杂，要用低冲击低推进慢慢钻进１０～１５ｃｍ，直至钻出的浅眼易于钻进，易于控制钻进方向为止，切不可图快，随意钻进，造成较大的超挖或欠挖。辅助眼钻眼时，要根据掌子面具体情况，选择易开眼的位置钻眼，可根据围岩的坚硬程度，节理裂隙的发育情况，岩层产状等适当调整炮眼间距，但不要造成抵抗线太大，影响了爆破效果，甚至无法爆下来或爆出大石块，很难装渣。
４．２．３ 钻眼角度控制
周边眼钻眼角度严重影响隧道开挖超欠挖，影响经济效益，掏槽眼钻眼角度决定开挖进尺，影响爆破效果，是施工中控制的重中之重。严格按要求进行定位及开眼施工，钻眼过程中，更要谨慎，密切关注钻进方向的变化，如发生严重坍孔或卡钻时，就要停钻，废弃该眼，在别处重新钻眼。掏槽眼角度控制。确定钻眼角度时，需要考虑开眼的位置与台车推进梁尾部离隧道中线的距离的关系。在实际钻眼时，也要考虑掌子面的平整度对钻眼精度的影响，要求操作手在现场根据掌子面的不同平整度，灵活调整钻眼角度。如果岩层层理明显，辅助眼方向应尽量垂直于层理面；如果岩层节理、裂隙发育，炮眼位置应适当避开节理、裂隙，以防起爆后爆生气体大量漏出，影响爆破效果。当由于改变钻眼方向，造成炮眼孔底抵抗线过大时，要适当增加炮眼数量。
４．２．４ 钻眼深度控制
炮眼的深度对于掌子面平整度、开挖进尺起着重要作用。掌子面开挖完成后凹凸不平，操作手在台车定位完成后，先在掌子面多测几个点，取一个相对居中的里程点作为台车钻孔的基准面，再按爆破设计图将各孔钻到设计位置，钻眼时凹处适当浅一些，凸处适当深一些，尽量使眼底在同一个垂直面上，以保证爆破后掌子面的平整度，但掏槽眼眼底要比其它各炮眼稍深２０～３０ｃｍ，这样才能保证爆破后掌子面比较平整，有利于下一个循环钻眼。
４．２．５ 推进梁定位
推进梁尾部与周边岩壁的距离对于控制隧道周边超欠挖起着至关重要的作用，合理的距离往往使周边平顺、圆滑，超欠挖控制在允许范围内。台车在调整台车推进梁与隧道轴线平行呈水平状态后，只移动台车大臂，不调整推进梁，推进梁仍保持与隧道轴线平行、仍呈水平状态。接着移动台车大臂将定顶盘顶在掌子面开眼位置后，调整好外插角后就可开始钻眼。
５．光爆效果
平均线性超挖Ⅲ级围岩由活动前１５ｃｍ降到１１ｃｍ，Ⅳ级围岩由活动前２０ｃｍ降到１５ｃｍ；喷砼超方率平均由８１.３％降到６３.３％，二衬超方率平均由１６.５％降到８％；Ⅲ级围岩通过优化爆破设计及单孔用药量，炸药用量由每循环４０８ｋｇ降至３７８ｋｇ；Ⅳ级硬岩通过采用二级掏槽及加密掏槽层距，爆破进尺由３.２ｍ提升至４.０ｍ。
６．光爆实施有效管理措施
全电脑凿岩台车受机械性能限制，钻孔外插角相较人工大，易形成较大挖；施工操作层对Ⅳ级围岩光爆不重视，不利于超欠挖控制；全电脑凿岩台车钻孔时推进压力大，受围岩节理裂隙及开挖面不平整的影响，钻孔过程中易出现飘杆，形成较大超欠挖；全电脑凿岩台车定位后，在钻孔过程中不稳，形成较大施工误差；三臂凿岩台车施工时各臂施工作业时间相差较大，影响整体施工作业时间；受水平层及节理裂隙影响，开挖轮廓线局部呈锯齿状且总体超挖较大。将孔位作适当调整，尽量将钻孔位置调整到水平层的中部，无法避免时在只钻孔不装药或少装药。
７．下步计划
下步认真贯彻隧道水压聚能管爆破七大关键环节，结合１２３隧道围岩地质情况，制定出与之相匹配的爆破参数，真正实现隧道水压聚能爆破的“三提高一保护”技术特点（提高炸药利用率、工作效率、经济效益，保护人员施工健康），同时减少隧道超欠挖，确保工程质量，实现经济效益，并总结出相应工艺工法在其它工作面全面推广。