摘要：硬圍巖在花崗地層的過渡段，巖性從全風(fēng)化、軟硬不均轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)理發(fā)育的中風(fēng)化狀態(tài)，很難控制隧道鉆爆施工、光面爆破質(zhì)量，經(jīng)常出現(xiàn)硬圍巖超挖的現(xiàn)象。本文淺析硬圍巖的超挖控制。

　　關(guān)鍵詞：硬圍巖,超挖控制

　　我國許多地區(qū)都分布有花崗巖，約占全國面積的10%，花崗巖低層從地表向下，減弱風(fēng)化程度，轉(zhuǎn)變巖體的質(zhì)量。風(fēng)化殼的厚度一般為20-60m，風(fēng)化帶一般都經(jīng)過不超過50m的淺埋隧道。開挖花崗巖的低層隧道，都過村莊地質(zhì)明顯的過渡段。我國大部分隧道大多采用鉆爆法施工，在施工過程中，由于地質(zhì)條件和爆破系數(shù)在不斷的變化，常出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象。如果花崗巖體本身有裂隙、夾層和節(jié)理，則很難控制爆破的效果。本文以承秦高速公路秦皇島段為依托，對光面爆破效果在花崗巖麻巖地層過渡段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對不同地質(zhì)條件的隧道超挖現(xiàn)象、原因、措施進(jìn)行簡單的分析。

　　一 崗巖地層過渡段隧道光面爆破實(shí)例分析

　　首先，工程概述。

　　承秦高速公路秦皇島段槐尖山隧道。其為分離式隧道、凈空為寬×高10.75×5.0m;坡長左洞為-1.42%(1305.7m),右洞-1.50%(1296m);左洞里程為LK183+726.305～LK185+032,長1305.7m;右洞里程為RK183+712～RK185+008，長1296m。巖性主要為花崗片麻巖，隧道區(qū)未見斷層，也沒有發(fā)生過強(qiáng)震，未發(fā)現(xiàn)區(qū)域性構(gòu)造或大的斷層，只是巖脈較發(fā)育，已將裂隙充填，場地具有較好的區(qū)域穩(wěn)定性。圍巖以Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級為主，其中以Ⅲ級為最多。

　　其次，崗巖地層過渡段隧道掌子面地質(zhì)情況

　　在隧道施工過程中，素描了對隨道左右洞掌子面地質(zhì)情況。以左洞為例，其隧道進(jìn)洞口約為15m的范圍，都是第四系粉質(zhì)粘土。全風(fēng)化的托崗巖地層的掘進(jìn)出現(xiàn)大小不一的孤石，隧道斷面的右側(cè)為中風(fēng)化花崗巖。過渡段的出現(xiàn)不同特征的巖體：全風(fēng)化的花崗巖由于巖性較軟，潮濕，開挖的掌子面穩(wěn)定性較差，持續(xù)時(shí)間短。用機(jī)械輾壓隧道底部，其形狀呈砂狀，而且出現(xiàn)孤石。且孤石并無尖銳棱角，內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整。而且由強(qiáng)度較高的中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖組成，力學(xué)特性與周圍地層有較大的差異。軟硬不均段的地質(zhì)情況，主要是上軟下硬，且呈現(xiàn)從左下側(cè)至右上側(cè)傾斜的軟硬邊界。在整個(gè)過程中的全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層及中風(fēng)化層出現(xiàn)軟硬不均的現(xiàn)象。如圖：

　　而中風(fēng)化花崗巖由于水平和梁祝傾斜交叉的結(jié)構(gòu)面，則圍巖的言行均一，切剖巖體的形狀呈現(xiàn)大塊狀。而且節(jié)理發(fā)育在水平方向最為合理，局部的巖體則呈現(xiàn)水平層形狀。圍巖在早期存在泥化央層，使得后期密實(shí)了結(jié)構(gòu)面。如圖： 再次，花崗巖地層過渡段前期隧道爆破效果

　　利用機(jī)械與人工相互結(jié)合的方式對全風(fēng)化花崗巖進(jìn)行開挖，容易控制超挖現(xiàn)象。而主要是由于在孤石在施工過程中出現(xiàn)滑落的問題，容易產(chǎn)生超挖現(xiàn)象。如左洞掌子面ZKl83+722的處隧道施工過程中，Ⅲ級拱頂存在大量的孤石。而且孤石的長度達(dá)到4-5m，形成孤石在滑落后掌子面的高度約為3-4m，前方約有3m的空穴。而且由于孤石滑落，導(dǎo)致隧道輪廓線的超挖現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

　　中風(fēng)化花崗巖段爆破效果為：Ⅳ級圍巖超挖量為隧道周邊線性的40-110m，而且由于超挖現(xiàn)象非常嚴(yán)重，導(dǎo)致輪廓相當(dāng)不規(guī)整。主要是在節(jié)理與輪廓的交界處，出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。在水平向節(jié)理與拱頂出現(xiàn)的門框斷面處也易出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，拱頂處的水平巖層存在裂縫，而且由于大塊表面的爆破的新鮮巖面較少，大多數(shù)都是節(jié)理裂隙表面，破碎巖體周圍超挖現(xiàn)在嚴(yán)重。

　　二 崗巖過渡段爆破機(jī)理分析

　　花崗巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，由于巖層的節(jié)理裂隙在不同風(fēng)化程度上的性質(zhì)差異較大，從而使得巖體的整體性受強(qiáng)風(fēng)化層中軟弱夾層的影響。隧道爆破的效果由于結(jié)構(gòu)面性質(zhì)的不同存在較大的差異，而且爆破應(yīng)力波的傳播主要受巖體結(jié)構(gòu)面的影響。

　　節(jié)理裂隙發(fā)育主要是受應(yīng)力波與結(jié)構(gòu)面的共同影響而產(chǎn)生巖體爆破破碎，應(yīng)力波在傳播，擴(kuò)大了巖體的原生節(jié)理裂隙，產(chǎn)生了新的裂隙。而且由于破碎裂隙的形成，使得爆破時(shí)產(chǎn)生的膨脹氣體被分離。

　　巖體斷裂面的形成主要是因?yàn)樵诠饷姹�破過程中，相鄰炮孔的同時(shí)爆破，而且兩者之間存在節(jié)理結(jié)構(gòu)面，使得均質(zhì)巖體沿跑孔線方向形成斷裂面。節(jié)理與炮孔連線的夾角大小，是為了能夠提高閉合型節(jié)理在光面爆破時(shí)，能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì)的效果。而且節(jié)理面的高度抗剪和較小的泊松比影響著夾角的大小。節(jié)理面抗剪強(qiáng)度越強(qiáng)，泊松比越小，就縮小了其夾角對光面爆破效果的影響范圍。即影響效果隨著節(jié)理面的強(qiáng)度變化而形成反比。而當(dāng)其夾角的角度接近垂直時(shí)，結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度對于光面爆破效果的影響也接近于零，節(jié)理面的輪廓線和夾角之間的關(guān)系可以根據(jù)一列公式來判斷，其主要計(jì)算公式如下：-

　　公式中， 為巖石動態(tài)抗拉強(qiáng)度; 為節(jié)理結(jié)構(gòu)面內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角; 為巖石泊松比; 為爆炸應(yīng)力波產(chǎn)生的徑向應(yīng)力分量和環(huán)向應(yīng)力分量; 為斷裂控制面與節(jié)理結(jié)構(gòu)面法線方向的夾角。

　　如果節(jié)理的上、下導(dǎo)抗的巖石的完整性較好，且節(jié)理面與炮孔聯(lián)系的夾角接近于垂直角度時(shí)，爆破效果與結(jié)構(gòu)面的關(guān)聯(lián)則甚少。如果在節(jié)理面與炮眼的角度較為傾斜時(shí)進(jìn)行爆破，則會讓輪廓線容易出現(xiàn)鋸齒狀斷裂面，在拱頂與輪廓邊界形成門框斷面，從而出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象。

　　三 超挖原因分析及控制措施

　　首先，超挖的原因。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級的圍巖出現(xiàn)超挖現(xiàn)象取決于隧道掌子面圍巖的巖性，當(dāng)巖性均一且完整時(shí)，通過爆破參數(shù)調(diào)整能夠很容易的得到較優(yōu)的爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，確保光面爆破的質(zhì)量。反之，爆破的能量在硬圍巖區(qū)域很難發(fā)揮作用，而且容易造成大量消耗，難以達(dá)到爆破的效果，由此則容易出現(xiàn)超挖的現(xiàn)象。為了控制超挖，主要是根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件和爆破效果，對爆破參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。

　　其次，控制措施。主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：其一，對Ⅱ級全風(fēng)化花崗巖階段，利用機(jī)械與人工相結(jié)合的方式進(jìn)行開挖�？衫�用風(fēng)鎬或鑿巖的器械對孤石進(jìn)行破裂，防止因震動量過度很使得孤石滑落。對于空穴，則采用噴混凝土或澆筑的方式密實(shí)回填，避免圍巖擴(kuò)大松弛面積。對于部分孤石段，則預(yù)留核心土，降低上臺階高度，對開挖進(jìn)尺進(jìn)行嚴(yán)格的控制，而且關(guān)于開挖中暴露的臨空面和時(shí)間盡量減少。另外，要對超前支護(hù)采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施，確保孤石段在施工過程的安全;其二，Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用上、下導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，預(yù)裂爆破。對于軟硬不均的地段的開挖，應(yīng)該盡量多打眼、少裝藥，并且相應(yīng)的減少內(nèi)圈眼的用藥量、周邊距，加大抵抗線，防止爆破震動度過高。對Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用上、下導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，預(yù)裂爆破;其三，Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖，光面爆破。在Ⅱ、Ⅲ級圍巖的中風(fēng)化花崗巖的控制，應(yīng)該避免在節(jié)理處鉆眼，對節(jié)理地面的距離，進(jìn)行適度的調(diào)整，對周邊眼的外插角精度進(jìn)行嚴(yán)格預(yù)測，然后根據(jù)抗拉先距離，減少震動，對其進(jìn)行預(yù)裂爆破。

　　四 結(jié)語

　　槐尖山隧道段中的花崗巖體中，Ⅲ級的硬圍巖最多，風(fēng)化帶相當(dāng)明顯，而出呈現(xiàn)節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道的開挖的地質(zhì)容易出現(xiàn)孤石，而且有著巖體易破碎、軟硬不均的不良地質(zhì)條件，嚴(yán)重影響了隧道光面爆破的質(zhì)量。本文以槐尖山隧道為實(shí)際案例，分析了隧道爆破施工中硬圍巖超挖的現(xiàn)象的原因，以及相應(yīng)的措：Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用上、下導(dǎo)坑進(jìn)行開挖，預(yù)裂爆破，Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖，光面爆破。

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