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预留光爆层工法在大断面隧道安全快速施工中的应用 ① 马春德１，２， 刘泽霖１， 龙 珊１， 郑 静３， 张建秋３， 谢伟斌１ （１．中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 ４１００８３； ２．中南大学 高等研究中心，湖南 长沙 ４１００８３； ３．中交一公局第五工程有限公司，北京 １０００２４） 摘 要 针对长大隧道在围岩条件较差时采用全断面一次爆破掘进时光爆效果差、出现超欠挖严重、隧道成形质量差等问题，以 Ｇ５７５ 线新疆东天山隧道出口段为研究对象，基于现场观测数据，分析了影响隧道光爆效果的因素，提出了预留光爆层施工的方法。 试验结果表明，预留光爆层工法要求合格的钻孔质量、合理的装药结构，同时减少二圈眼药量与优化起爆网络；临时支护台车支护 爆后空区，保证了人员设备安全作业；与普通光爆法相比，预留光爆层方法循环进尺增加了 １２．５％，炮孔利用率增加了 １２．５％，周边 孔炮孔痕迹率增加了 ２８％，平均线性超挖量减少了 ９ ｃｍ，最大单响药量产生的垂向震动速度减少了 １．２ ｃｍ／ ｓ，具有良好的经济性、 可靠性与可行性。 该成果对大断面隧道采用全断面爆破掘进、安全快速施工具有指导意义。 关键词 隧道工程； 大断面隧道； 预留光爆层； 支护； 爆破 中图分类号 Ｕ４５５．４１＋２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-６０９９．２０１９．０６．００６ 文章编号 ０２５３-６０９９（２０１９）０６-００２５-０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｍｏｏｔｈ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ Ｒｅｓｅｒｖｅｄ Ｌａｙｅｒ ｉｎ Ｓａｆｅ ａｎｄ Ｒａｐｉｄ Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｒｇｅ-Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｔｕｎｎｅｌｓ ＭＡ Ｃｈｕｎ-ｄｅ１，２， ＬＩＵ Ｚｅ-ｌｉｎ１， ＬＯＮＧ Ｓｈａｎ１， ＺＨＥＮＧ Ｊｉｎｇ３， ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ-ｑｉｕ３， ＸＩＥ Ｗｅｉ-ｂｉｎ１ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ３．ＣＣＣＣ Ｆｉｒｓｔ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｆｉｆｔｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２４， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｈｅｎ ｆｕｌｌ-ｆａｃｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｐｏｏｒ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅｒｅ ｗｉｌｌ ｅｘｉｓｔ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ， ｓｅｒｉｏｕｓ ｏｖｅｒ-ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｎｄｅｒ-ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｏｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｕｎｎｅｌ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｎ-ｓｉｔｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｉｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅａｓｔ Ｔｉａｎｓｈａｎ Ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｇ５７５ Ｌｉｎｅ ｉｎ Ｘｉｎｊｉａｎｇ， ａｎｄ ａ ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｔｈｅ ｑｕａｌｉｆｉｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ， ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｃｈａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ-ｃｉｒｃｌｅ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｌａｙｅｒ． Ａｎｄ ａ ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｊｕｍｂｏ ｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｍｐｔｙ ａｒｅａ ａｆｔｅｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ， ｔｈｅ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｌａｙｅｒ ｃａｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｆｏｏｔａｇｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １２．５％， ｂｌａｓｔｈｏｌｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １２．５％， ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｔｒａｃｅ ｒａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ２８％， ｌｉｎｅａｒ ｏｖｅｒｃｕｔ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ９ ｃｍ ｏｎ ａｖｅｒａｇｅ， ｖｅｒｔｉｃａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｈａｔ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｉｎｇｌｅ ｓｈｏｔ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １．２ ｃｍ／ ｓ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， ｂｅｉｎｇ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ， ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ， ｃａｎ ｂｅ ｏｆ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｉｎ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓａｆｅ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｒｇｅ-ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌｓ ｕｓｉｎｇ ｆｕｌｌ-ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｕｎｎｅｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ； ｌａｒｇｅ-ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ； ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｌａｙｅｒ； ｓｕｐｐｏｒｔ； ｂｌａｓｔ 随着公路、铁路建设中隧道断面的跨度要求提高， 往往出现大断面或特大断面的长／ 特长隧道，该隧道一 般为工程建设的控制性工程［１-２］。 在围岩破碎或较破 碎地带，为保证隧道安全顺利开挖，大断面隧道不得不 采用中隔壁法（ＣＤ 法）或交叉中隔壁法（ＣＲＤ 法）掘 进［３-４］，导致三臂凿岩台车等大型设备不能进入现场 作业，致使隧道建设周期相对较长。 据此，在现场围岩 条件较好、岩石较完整时，一般采用全断面法施工，辅 以相应的安全手段，一次爆破成型，以实现隧道安全、 快速掘进。 ①收稿日期 ２０１９-０６-０３ 基金项目 新疆维吾尔自治区重大科技专项（２０１８Ａ０３００３-２） 作者简介 马春德（１９７６-），男，辽宁丹东人，副教授，主要从事岩石力学与采矿工程方面的研究工作。 第 ３９ 卷第 ６ 期 ２０１９ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３９ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１９ ChaoXing 一般利用光面爆破技术来满足隧道轮廓不欠挖、 少超挖的质量要求［５］，以减少对围岩的损伤破坏，进 而充分发挥围岩的自承能力，确保隧道的成形质量与 施工安全［６］。 传统的光面爆破是通过周边孔的轴向、 径向或者轴径向不耦合装药等调整装药参数的手段保 证光爆质量［７-８］，同时，这也在许多工程实际中取得了 良好的光爆效果［９-１１］，但随着掌子面的增大，在采用全 断面钻爆法掘进、导爆管雷管起爆时，周边孔雷管段别 相应较大，高的雷管段别飘零时间增大，造成相邻周边 孔非瞬时起爆，存在一定的起爆时差［１２］，从而出现欠 挖现象。 而大断面采用较多段别的雷管起爆，会对光 爆层造成损伤积累破坏乃至形成贯穿光爆层的裂纹， 进而破坏围岩，改变药包最小抵抗线方向，在光爆孔起 爆时抵抗线方向不一，导致出现局部超挖现象。 本文以新疆 Ｇ５７５ 线东天山隧道出口段为研究对 象，在桩号 ＺＫ１９＋８９０-ＺＫ１９＋９００ 段使用预留光爆层工 法施工。 试验结果证明该工法能大幅度提高隧道成形 质量、增加循环进尺、减小爆破震动和有效减少围岩损 伤，具有良好的经济性、可靠性与可行性，对大断面隧 道采用全断面爆破掘进安全快速施工具有良好的指导 意义。 １ 预留光爆层工法 通过测震仪监测炮孔爆破时距离炮孔中心不同距 离处岩石质点的震动速度，以此建立爆源近区质点峰 值震动速度衰减模型，根据质点峰值震动速度来确定 围岩损伤范围，而后计算得到预留光爆层的厚度。 在 第一个循环掘进施工时减少二圈眼装药量并起爆光爆 孔外所有炮孔，光爆孔与第二个循环一级掏槽孔一起 起爆。 光爆层的雷管段别为 １ 段，很短的漂移时间保 证了任意相邻两孔同时起爆，共同作用形成贯穿裂纹， 加上光爆层具有向下及向外的很大的双自由面，且二 圈眼以内的岩石已经在上一循环爆破，二圈眼作用相 当于减震爆破，使作用于光爆孔周边围岩的单响药量 大大降低，爆生裂纹无法贯通光爆层，围岩损伤破坏程 度低，由此共同保证光面爆破质量。 预留光爆层工法 示意图如图 １ 所示。 图 １ 预留光爆层工法示意 ２ 施工工艺与要点 预留光爆层工法的施工工艺包括光爆层厚度确 定、预留光爆层、防堵孔护孔和爆破光爆层 ４ 步工序。 工序流程如图 ２ 所示。 光爆层厚度由爆破测震仪监测 与计算确定。 每个工程的光爆层厚度不一，当采用不 耦合装药时，一般为 ６０～７０ ｃｍ。 在大断面隧道施工中， 由于支护紧挨着掌子面，为防止支护喷浆堵塞光爆孔， 一般使用防堵孔护孔装置堵塞光爆孔，在装药时取出。 测量放点 顶板支护 钻孔凿岩 预留光爆层厚度确定 周边孔堵塞护孔 下 一 循 环 出渣 清理浮石 二次支护 测量、扫描开挖断面 立钢拱架 装药爆破 初次喷射混凝土 图 ２ 工艺流程 采用预留光爆层工法施工时特别要注意合理布置 二圈眼及光爆孔，保证二圈眼药量能够爆破掉光爆层 内岩石的同时对围岩损伤最小。 所有炮孔采用孔内雷 管反向起爆方式。 光爆孔外插角应严格控制在 ３ ～ ５，防止因外插角过大而造成过量超挖。 光爆孔采用 不耦合装药，采用合理的轴向和径向不耦合系数，导爆 索铺设整个炮孔。 在围岩较破碎时，从安全角度考虑， 不适合采用预留光爆层工法。 ３ 顶板支护 在第一循环爆破结束后，预留光爆层下覆区域为 空区，由于隧道断面大、垂高高，若不采用相应的支护 手段，人员在空区下进行第二循环的打眼及装药作业 将会面临严重的安全隐患。 由于施工循环时间较短，顶板支护优先考虑采用临 时支护的形式。 光爆层缺少洞口方向的侧向约束，若使 ６２矿 冶 工 程第 ３９ 卷 ChaoXing 用锚杆支护，必须要配合钢筋网一同使用，该方法工作 量大，将会延长隧道的施工时间，且工艺相对复杂，不利 于隧道的快速掘进，增加了工作难度。 隧道的临时支护 目的是维护空区的稳定、保证作业人员的安全。 在施工 时选用临时支护台车，能对空区顶板进行全覆盖式面接 触，为空区围岩提供一定的支撑力，防止围岩大面积变 形失稳破坏情况发生，同时支护台车形成的拱形假顶阻 止了块石的掉落，保证了顶板下人员在空区内使用 ＹＧ７６５５ 风钻钻孔凿岩期间和装药期间的安全。 临时支护台车骨架由工字型钢焊接而成，呈三角 结构，稳定性好，台车自下而上分为 １～３ 阶，每阶铺设 钢筋网而非钢板作为作业平台，大大减少了台车的整 体质量。 台车底部安装履带，能很好地适应复杂的作 业环境，减少台车底部压强，使台车骨架均匀受力，台 车的移动由铲运机托举移动。 台车顶部及每阶都安装 有左右对称的前、中、后 ３ 个液压支柱，每个液压支柱 配备有一个小液压支柱支撑连接钢板的液压支柱，大 小液压支柱共同支撑端部钢板，使其与围岩接触并提 供一定的支撑力，整个隧道由 １～３ 阶及顶板共 ８ 块钢 板支撑维稳，对隧道 １ 阶以下不进行支护。 在作业完 成后，调节液压支柱长度，带动钢板与围岩分离，最后 折叠叠放在台车台阶及顶部。 支护示意见图 ３。 图 ３ 临时支护台车示意 ４ 工程实例 ４．１ 工程概况 新疆东天山隧道位于新疆维吾尔自治区哈密地区， 是 Ｇ５７５ 线中巴里坤至哈密公路项目的控制工程。 为双 洞分离式一级公路隧道，隧道左线起讫桩号 ＺＫ８＋８０９～ ＺＫ２０＋５７３，长 １１ ７６４ ｍ，右线起讫桩号 Ｋ８＋７８３～Ｋ２０＋ ５５８，长 １１ ７７５ ｍ，隧道为圆形隧道，断面面积 ９１．７ ｍ２， 计算行车速度 ８０ ｋｍ／ ｈ。 隧址区为高中山区地貌，围 岩主要为微风化凝灰质砂岩，呈青灰、灰绿色，局部分布 灰绿色辉绿岩、石英闪长岩脉体，岩体整体较完整，致密 坚硬，节理裂隙发育，以层理为主。 围岩自稳能力较好， 局部断裂隙互相切割，易形成楔形体和不稳定块体，开 挖过程中可能发生局部掉块等现象。 地下水主要受大 气降水补给，洞身位于地下水位以下，当渗水压力或水 位变化时，可产生动水压力，易导致边坡基岩崩塌。 ４．２ 工程难点 在采用普通光爆方案施工时，光爆效果差，具体表 现为超挖严重、炮孔痕迹率低、对围岩破坏程度大。 工 程建设宗旨之一为安全第一，支护工作面紧挨着掌子 面，在钻孔时，外插角受支护厚度及支护距离的限制， 致使一般情况下外插角过大，导致超挖量增多；另隧道 采用钻爆法开挖全断面爆破，使用的炸药量多，单段雷 管炸药量大，爆破震动值大。 隧道为双向隧道，左洞与 右洞平行施工，对左右洞之间的隔离墙有多次不同的 震动损伤破坏。 ４．３ 方案实施 确定光爆层厚度后，对掌子面进行炮孔布置及优 化，炮孔布置见图 ４。 特别调整了光爆孔与二圈眼的 间距以及装药结构，光爆孔及二圈眼装药结构见图 ５。 在掌子面上画出相应的钻孔标记后，使用 ＹＧ７６５５ 风 钻钻孔凿岩，成孔直径 ４０ ｍｍ，孔深 ４ ｍ，凿岩过程中 严格控制光爆孔 ３ ～ ５的钻孔倾角及 ５０ ｃｍ 的孔间 距；使用间距 １．２ ｍ 的钢拱架及钢筋网喷射混凝土联 合支护。 图 ４ 炮孔布置 图 ５ 二圈眼、光爆孔装药结构 ４．４ 爆破效果 使用导爆管雷管按图 ４ 所示雷管段别起爆 １～１５ ７２第 ６ 期马春德等 预留光爆层工法在大断面隧道安全快速施工中的应用 ChaoXing 段雷管，而后通过现场测量得到该工法的现场实施情 况及爆破质量。 预留光爆层工法施工平均线性超挖量 １７．１ ｃｍ，比 普通光爆法施工的平均线性超控量（２７．５ ｃｍ）减少了 １０．４ ｃｍ，相对减少了 ３７．８％；无欠挖，断面平整光滑。 超挖量对比见图 ６。 循环次数/次 37 32 27 22 17 12 12345687 超挖量/cm ■ ● ▲ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ●●●●●●●● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 13.4 23.4 17.2 14.6 20 27 34.6 31.2 16.4 20.8 18.1 16.6 20.6 28.1 28.8 26.4 普通光爆法超挖量 最大允许超挖量 预留光爆层法超挖量 图 ６ 超挖量对比 爆破进尺如图 ７ 所示，设计循环进尺 ４．０ ｍ，实际循 环进尺 ３．７６ ｍ，比普通光爆法循环进尺（３．３８ ｍ）增加了 ０．３８ ｍ，炮孔利用率 ９４％，比普通光爆法增加了 １２．５％ （如图 ８ 所示），光爆孔炮孔痕迹率 ９１％，比普通光爆 法增加了 ３１％。 预留光爆层工法作业循环时间为 １９ ｈ，比普通光爆法增加了 ０．５ ｈ；虽然更大的进尺增 加了预留光爆层工法的出渣与支护循环时间，但总体 上爆破效果比普通光爆方法更优，具体爆破结果见表１。 循环次数/次 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 12345687 爆破进尺/m ▲ ▲ ◆ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■●●●●●●●● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲▲▲▲▲▲▲▲ ◆◆◆◆◆◆◆◆ 3.72 3.35 3.42 3.32 3.29 3.38 3.35 3.42 3.5 3.8 3.67 3.82 3.81 3.78 3.72 3.76 预留光爆层法 预留光爆层法均值 90炮孔利用率 普通光爆法 普通光爆法均值 ■ ● 图 ７ 爆破进尺对比 循环次数/次 100 90 80 70 60 50 92 58 63 60 65 59 57 52 62 94 90 88 90 91 89 93 12345687 炮孔痕迹率/ ■ ● ▲ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ● ● ● ● ● ● ● ● ▲▲▲▲▲▲▲▲ 普通光爆法 预留光爆层法 中硬岩炮孔保留率 图 ８ 孔痕迹率对比 表 １ 两种爆破方法的效果对比表 方法 循环 时间 ／ ｈ 循环 进尺 ／ ｍ 炮孔 利用率 ／ ％ 半孔 率 ／ ％ 平均线性 超挖量 ／ ｃｍ 垂向最大 震动速度 ／ （ｃｍｓ -１ ） 普通光爆法１８．５３．３８８４６０２７．５５．７ 预留光爆层法１９．０３．７６９４９１１７．１４．５ 在距离掌子面 ５０ ｍ 处使用 ＮＵＢＯＸ８０１６ 爆破震 动仪测量爆破震动，测量结果如图 ９ 所示。 由图 ９ 可 见，２ 种方法的最大震动分别为 ４．４５４ ｃｍ／ ｓ 和 ４．１９５ ｃｍ／ ｓ，与普通光爆法震动结果相比，预留光爆层工法 震动降低了 ５．８１％。 震动速度/cm s-1 1.04962.3043.5584-0.2048 4.8988 3.5640 2.2292 0.8944 -0.4404 a b 时间/s 震动速度/cm s-1 1.03682.27843.52-0.2048 4.6130 3.3573 2.1016 0.8460 -0.4096 时间/s 图 ９ 爆破震动对比 （ａ） 普通光爆法； （ｂ） 预留光爆层工法 ５ 结 论 １） 使用支护台车对隧道空区顶板进行封闭性支 护，在钻孔凿岩工序开始之前到装药起爆前这段时间 内围岩得到一定的支撑，配合后期的钢拱架与混凝土 的初期支护，在整个循环作业时间内很好地保证了人 员设备的安全，维护了隧道稳定。 ２） 预留光爆层工法爆破效果好。 ９３％的炮孔痕 迹率，１３ ｃｍ 以内的平均线性超挖量，无欠挖。 隧道周 边断面平整度较好，隧道整体成形质量好，同时半孔壁 上无爆破裂隙，很好地维持了隧道自身稳定。 与普通 光爆法相比，减少了过量超挖带来的支护费用，经济效 果好；也缩短了初支工序时长，时间效益好。 ３） 尽管预留光爆层工法优点众多，但仍存在一定 的限制性。 只有在岩石完整条件较好时，光爆层才能 完整地预留下来，且此时的顶板支护可采用台车支护， 安全性较好。 围岩破碎时，建议采用 ＣＤ 法或 ＣＲＤ 法 施工，对破碎围岩段采用喷锚支护或悬挂钢筋网联合 支护。 ４） 预留光爆层工法是一种能有效控制隧道超欠 挖、保证光面爆破效果的钻爆法施工方法，对隧道的超 （下转第 ３４ 页） ８２矿 冶 工 程第 ３９ 卷 ChaoXing 在地压灾害显现区域发生前后，微震活动频次与 能级明显升高；采取局部加强支护、附近采场减小开采 强度后，区域内微震活动频次与能级明显降低。 而且， 根据现场反馈，弱岩爆现象不再显现，可见地压灾害得 到有效改善。 再与微震活动性分析中的时间、空间、定量地震学 参数趋势特征相拟合，特别是地压灾害发生时间区间 的分布，可以得出时间序列上活跃期（累积释放能量 与频次高于平均值的活跃期）、空间上低震中集中度 指标、定量地震学参数上低 ｂ 值和 ＣＵＦＩＴ 值急剧积累 至高值区后呈下降趋势是地压灾害发生的预警前兆。 ４ 结 论 １） 经过现状调查、设备选择、台网设计、施工与安 装工作，在阿舍勒铜矿深部建立了一套 ３２ 通道微震监 测系统，并采用定位精度反演与现场试验的方法进行 了校准，监测精度达到 ８～１３ ｍ，满足监测要求。 ２） 在监测数据基础上，通过波形识别区分了微震 信号与其他信号，建立了二期深部工程有效微震事件库。 ３） 统计与分析了监测区域内时间、空间以及定量 地震学参数的趋势特征，结合现场地压灾害实例，总结 了地压灾害监测预测前兆时间序列上的活跃期、空间 上的低震中集中度指标、定量地震学参数上的低 ｂ 值 和 ＣＵＦＩＴ 值急剧积累至高值区后下降。 参考文献 ［１］ 谢和平，高 峰，鞠 杨． 深部岩体力学研究与探索［Ｊ］． 岩石力 学与工程学报， ２０１５，３４（１１）２１６１-２１７８． ［２］ 李夕兵，周 健，王少锋，等． 深部固体资源开采评述与探索［Ｊ］． 中国有色金属学报， ２０１７，２７（６）１２３６-１２６２． ［３］ 胡建华，习智琴，周科平． 深部采空区尺寸效应的危险度正态云辨 识模型［Ｊ］． 中国安全科学学报， ２０１６，２６（１０）７０-７５． ［４］ 覃 敏，刘 畅． 阿舍勒铜矿深部岩爆倾向性综合分析应用研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（６）３９-４５． ［５］ 曲效成，姜福兴，于正兴，等． 基于当量钻屑法的冲击地压监测预 警技术研究及应用［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２０１１，３０（１１） ２３４６-２３５１． ［６］ 邓红卫，崔秀敬，高 峰，等． 残矿回采地压安全预警系统的构建方 法与应用研究［Ｊ］． 中国安全科学学报， ２０１０，２０（１０）１２９-１３４． ［７］ 贺 虎，窦林名，巩思园，等． 冲击矿压的声发射监测技术研究［Ｊ］． 岩土力学， ２０１１，３２（４）１２６２-１２６８． ［８］ 文 兴，余习敏，郭晓强． 基于声发射技术的采场地压监测实践［Ｊ］． 采矿技术， ２０１３，１３（６）５２-５４． ［９］ 李庶林，尹贤刚，郑文达，等． 凡口铅锌矿多通道微震监测系统及 其应用研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２００５，２４（１２）２０４８- ２０５３． ［１０］ 唐礼忠，潘长良，杨承祥，等． 冬瓜山铜矿微震监测系统及其应用 研究［Ｊ］． 金属矿山， ２００６（１０）４１-４５． ［１１］ 唐绍辉，潘 懿，黄英华，等． 深井矿山地压灾害微震监测技术应 用研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２００９，２８（Ｓ２）３５９７-３６０３． ［１２］ 牟宗龙，窦林名，巩思园，等． 矿井 ＳＯＳ 微震监测网络优化设计 及震源定位误差数值分析［Ｊ］． 煤矿开采， ２００９，１４（３）８-１２． ［１３］ Ｓｌａｗｏｍｉｒ Ｊｅｒｚｙ Ｇｉｂｏｗｉｃｚ， Ａｎｄｒｚｅｊ Ｋｉｊｋｏ． 矿山地震学引论［Ｍ］． 修 济刚 译． 北京地震出版社， １９９８． ［１４］ 蔡 武． 断层型冲击矿压的动静载叠加诱发原理及其监测预警 研究［Ｄ］． 徐州中国矿业大学矿业工程学院， ２０１５． ［１５］ 李 铁，倪建明，李忠凯． 采动岩体强矿震破裂机制反演及其防 治对策［Ｊ］． 采矿与安全工程学报， ２０１６，３３（６）１１０４-１１０９． ［１６］ 郭晓强，唐绍辉，文 兴． 基于微震的采空区稳定性分级研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（２）６-１１． 引用本文 郭晓强，皇甫风成，王 果，等． 阿舍勒铜矿微震监测系统建 设与应用研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１９，３９（６）２９-３４． （上接第 ２８ 页） 欠挖及成形控制、围岩损伤保护和工程质量都有良好 的效果，具有良好的推广价值。 参考文献 ［１］ 洪开荣． 我国隧道及地下工程近两年的发展与展望［Ｊ］． 隧道建 设， ２０１７（２）１２３-１３４． ［２］ 乔春江，陈卫忠，郭小红，等． 西藏扎墨公路嘎隆拉特长隧道建设 技术［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２０１２，３１（９）１９０８-１９２０． ［３］ 蒋 坤，夏才初，卞跃威． 节理岩体中双向八车道小净距隧道施工 方案优化分析［Ｊ］． 岩土力学， ２０１２，３３（３）８４１-８４７． ［４］ 石 熊，张家生，刘宝琛． 大断面浅埋偏压隧道 ＣＲＤ 法施工工序 研究［Ｊ］． 现代隧道技术， ２０１５，５２（３）１９３-１９９． ［５］ 王 伟，李小春． 不耦合装药下爆炸应力波传播规律的试验研究［Ｊ］． 岩土力学， ２０１０，３１（６）１７２３-１７２８． ［６］ 王秀英，王 滕，李孔明，等． 预切槽法开挖隧道地层变形及预筑 拱受力试验［Ｊ］． 中国公路学报， ２０１７，３０（７）１０１-１０９． ［７］ 宗 琦，陆鹏举，罗 强． 光面爆破空气垫层装药轴向不耦合系数 理论研究［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２００５（６）１０４７-１０５１． ［８］ 戴 俊． 深埋岩石隧洞的周边控制爆破方法与参数确定［Ｊ］． 爆 炸与冲击， ２００４（６）４９３-４９８． ［９］ 刘俊轩，栾龙发，张智宇，等． 全断面光面爆破技术在坚硬岩巷掘 进中的应用［Ｊ］． 爆破， ２０１４，３１（３）８０-８４． ［１０］ 汪学清，单仁亮，黄宝龙． 光面爆破技术在破碎的软岩巷道掘进 中的应用研究［Ｊ］． 爆破， ２００８（３）１２-１６． ［１１］ 陈明辉，翁敦理． 光面爆破技术在城市地铁隧道施工中的应用［Ｊ］． 现代隧道技术， ２０１２，４９（２）１３２-１３６． ［１２］ 戴 俊，杨永琦． 光面爆破相邻炮孔存在起爆时差的炮孔间距计 算［Ｊ］． 爆炸与冲击， ２００３（３）２５３-２５８． 引用本文 马春德，刘泽霖，龙 珊，等． 预留光爆层工法在大断面隧道 安全快速施工中的应用［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１９，３９（６）２５-２８． ４３矿 冶 工 程第 ３９ 卷 ChaoXing