隧道光面爆破技术研究

周建军

（中铁六局太原铁路建设有限公司，山西 太原 030013）

近年来，在高速发展的铁路建设中，在多山地区的隧道工程施工就变成一个重要的组成部分，而且隧道工程相对桥梁、路基、站场工程来说有它的特殊性：一般地质条件都比较复杂而且很难预测，完工后隐患不易察觉，这就必须在施工过程中控制好每道工序，严把质量关。因此，如何科学地根据现场隧道地质条件，确定详细爆破施工方案、合理设计隧道开挖的爆破参数，对提高工程质量以及线路贯通运营后的安全具有重要意义。

1 新柏崖头隧道工程概况

隧道位于山西省太原市剥蚀侵蚀中山区，地势陡峻，植被较好，地面标高888～1 260 m以上，相对高差约370 m，隧道出、入口处均位于石灰岩层，隧址处工程地质条件较好。隧道起止里程为DK21+435.00～DK22+745.00,为全长1 310 m的单线电气化铁路隧道。隧道最大埋深约347 m，隧道进口端位于R=2 000 m的缓和曲线上，出口端位于直线上，隧道设置人字坡，坡率依次分别是 9.8‰，3.0‰，-3.4‰。

2 光面爆破的特点

光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断面开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，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，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。

3 光面爆破方案的确定

目前，铁路隧道光面爆破施工有两种方法：一种是预留光爆层法；一种是全断面一次性开挖法。

根据施工现场洞口DK21+435~DK21+450段为Ⅳ级围岩的实际情况，为了不破坏洞口围岩的稳定性，同时考虑爆破飞石的影响，开挖采用台阶法施工，进洞后的Ⅱ、Ⅲ级围岩均采用全断面一次性开挖法。

由于新柏崖头隧道Ⅱ级围岩占隧道全长95%以上，以下主要以Ⅱ级围岩为主阐述全断面光面爆破施工。

新柏崖头隧道选用的是2号岩石乳化炸药，由于其不含任何单位炸药和有毒物质，爆速值高、炮烟少、药物形态较硬、不黏手、抗水性强，且在有效期内指标变化幅度远较同类产品稍小，具有良好的爆炸性能。

图1 全断面法开挖炮眼布置示意图

图2 掘进炮眼布置及掏槽眼剖面示意图

4 爆破方案设计

4.1 爆破参数选择

光面爆破受多种因素影响，包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，现场围岩地质结构千变万化，爆破参数进行现场设计动态调整。以同一类围岩经试爆取得的技术参数作为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能地使药沿药眼长均匀地分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

4.1.1 光爆层厚度（B）

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制大，光爆层厚度可以小些，光爆层的厚度与岩石的性质和构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。

4.1.2 周边眼密集系数

周边眼密集系数K是周边眼间距（E）与光爆层厚度（B）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

K=E/B

为了加快施工进度，新柏崖头隧道采取减少打眼的数量,周边眼间距大一些，但在炮眼密集系数不变的情况下，最小抵抗线也要增大，由此导致周边眼装药量的增加，造成炮眼周边局部岩石扰动过大，影响围岩的稳定。鉴于隧道开挖断面约45 m2，跨度不大，光爆孔所受岩石夹制作用较大。中硬岩光爆孔间距E取52 cm，最小抵抗线W取60 cm，光爆孔密集系数K取0.87。

4.1.3 装药量计算

光面爆破装药量的计算，只要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法取得或从同类工程中选取。

q=QaB

式中：q：装药量集中度，kg/m；

Q：单位体积耗药量，Kg/m3；

A：周边眼间距，m；

B：光爆层厚度，m。

通过现场试验和施工经验数据，用计算法校核，确定q=0.15～0.25 kg/m。

4.1.4 装药结构和起爆方式

光面爆破采用不耦合装药，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。根据隧道围岩性质和经验，新柏崖头隧道不耦合系数取1.25，即炮眼直径40 mm，装32 mm的药卷。

4.1.5 光面爆破的分区起爆顺序

顺序为：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。采用多段微差起爆（由内向外）。主爆区使用非电毫秒雷管，顺序为：光爆层的光爆眼用导爆索一次同时起爆。

4.2 装药量分布及光面爆破参数表

见表1。

表1 单线Ⅱ级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配表

5 结束语

通过中铁六局太原铁建承建的新柏崖头隧道的过程施工控制，总结出了隧道开挖作为隧道施工的龙头、质量、进度、安全、效益等无不与之密切相关，开挖符合要求，支护才有一个顺利的保证基础。

实际施工爆破方案的实施与理论爆破方案计算出的爆破参数有较大的差异。如何通过理论研究进一步验证该工程中实施的爆破方案是否为最优控制爆破方案，将是下一步继续研究的内容。

[1]铁路隧道工程施工技术指南TZ204-2008中国铁道出版社出版发行15113.2828.

[2]江新锡.隧道（上、下册）中国铁道出版社ISBN978-7-113-01992-1/TU.432.