丰宁隧道光面爆破应用技术总结

陶 冶

0 引言

隧道开挖施工采用光面爆破的施工工艺能够保证隧道周边围岩的弧形平顺度，提高隧道周边围岩的自拱稳定性;同时，良好的光面爆破开挖效果也可为隧道的初期支护与二次衬砌等各结构层的厚度及厚度的均匀性提供保障，为减少隧道的施工病害和提高隧道的施工安全打下基础。由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低了成本，加快了施工进度。

1 工程概述

张唐铁路丰宁隧道位于承德市丰宁县城东南侧，全长为6 397m，为单洞双线长大隧道，隧道最大埋设409.6m。围岩级别及岩性:Ⅱ级围岩4 063m，二长花岗岩，弱风化，岩体完整，巨块状整体结构;Ⅲ级围岩1 876m，二长花岗岩，花岗闪长岩，弱风化，岩体较完整，节理较发育，呈块状结构;Ⅳ，Ⅴ级围岩458m，二长花岗岩，强～弱风化，节理裂隙发育，呈碎石状结构，岩体较破碎，呈碎石状结构。Ⅲ级围岩占29%，采用台阶法开挖，锚、喷、格栅、网、初期支护、衬砌类型为复合式。

2 光面爆破技术设计

2.1 光面爆破方案的确定

丰宁隧道Ⅲ级围岩段围岩节理较发育，呈块状结构，两台阶法开挖施工。台阶断面积S上=56.94m2;S下=50.97m2;掘进循环进尺3.0m;钻眼采用YT-28凿岩机;炸药采用2号岩石硝铵炸药，采用导爆索非电毫秒导爆雷管起爆。

2.2 光面爆破参数选定

大量的爆破实践证明:不同岩石光面爆破效果通常与岩石最小抵抗线大小有关，在抵抗线(W)一定的条件下，眼距(E)大小直接影响光爆效果。此外，周边眼同时起爆，采用较小的装药集中系数，合理的装药结构也是消除爆震裂缝，保证光面爆破效果的重要条件。

2.2.1 掏槽方式的确定

丰宁隧道设计跨度大、净空高，Ⅲ级围岩段为两台阶法爆破开挖。没有大自由面掏槽爆破是很难实现的。根据以前积累的经验最后确定双楔形掏槽方式是该岩层爆破最佳的掏槽方式，掏槽的岩石在其掘进空间抛出最远，在岩层爆破空间能形成较大的楔形临空面，掏槽效果较好。图1为掏槽眼布置示意图。

图1 掏槽眼布置示意图（单位：cm）

2.2.2 最小抵抗线W(光爆层厚度)

最小抵抗线是影响光爆效果和爆碴块度的主要因素。在丰宁隧道试爆实践中，确定丰宁隧道的最小抵抗线为45cm～80cm。实际施工中，在这个范围内依据围岩实际情况调整光爆层的厚度，取得了较好的爆破效果。

2.2.3 周边眼间距E

Ⅲ级围岩眼距选40cm～50cm比较合适。丰宁隧道节理裂隙较发育，爆破时裂缝方向多变不易形成完整的曲面。爆后通过观察光爆成型情况，根据围岩裂隙发育特点，总结发现周边眼间距在45cm比较合适。

2.2.4 周边眼密集系数K

周边眼密集系数是周边眼间距(E)与光爆层厚度(W)的比值，是影响爆破效果的重要因素。通过实践发现:K=E/W=0.8～1.0时，光爆效果达到了最佳状态。周边眼参数计算式:抵抗线W=(1.0 ～1.25)E;不耦合系数 D=1.25 ～2.0;根据公式取 K=0.8 ～1，E=45cm;则 W=45cm ～55cm。

2.2.5 装药系数和周边眼装药集中度

根据以往爆破积累的经验，掏槽眼平均装药系数取α=0.85，辅助眼平均装药系数取α=0.83，周边眼的平均装药系数取α=0.44，效果比较理想。通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定周边眼装药集中度q=0.9 kg/m～0.15 kg/m。

2.2.6 炮眼眼数及眼深

该隧道岩石爆破选用2号岩石硝铵炸药;台阶断面积S上=56.94m2;S下=50.97m2;则炮眼个数为:

其中，炸药单耗量Q=1.19 kg/m3;每孔装药密度γ=0.78 kg/m;α为装药系数。

进尺L辅助眼=周边眼=底板眼=3.0m，掏槽眼3.2m。

2.2.7 装药结构

周边眼采用空气间隔装药，如下:1)底部1/2普通标准药卷(φ35)起爆;2)小直径药卷(φ25)空气间隔装药。其他炮眼采用连续柱状装药，起爆顺序:掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼爆破顺序，为保证起爆顺序的精确性，毫秒雷管跳段使用。周边眼装药结构示意图见图2。

图2 周边眼装药结构示意图

2.2.8 光面爆破参数的调整

在施工中分别对周边眼间距为40cm～55cm、光爆层厚度及炮孔数量等进行多次现场爆破试验，得出以下爆破技术参数:

1)周边眼间距E=0.45m;2)W=45cm;3)密集系数K=1;4)孔深L=3.0m;5)装药集中度q=0.11 kg/m;6)炮眼数量N:Ⅲ级围岩上台阶炮眼总数选取104个，下台阶炮眼总数选取96个。

2.3 光爆施工控制要点

1)钻孔作业。钻孔时严格按规定作业，力求钻孔方向、位置满足设计要求，准确控制周边眼外插角。掏槽眼:深度、角度设计施工，眼口间距误差和眼底误差不大于5cm。辅助眼:眼口排距、行距误差不大于10cm。周边眼眼口位置误差不大于5cm，眼底误差不得大于断面轮廓线10cm。

2)装药作业。清孔干净，装药符合设计要求，雷管使用准确。当开挖面凹凸较大时，按实际情况调整炮眼深度(相应调整装药量)，力求所有炮眼(除掏槽眼)眼底在同一平面上。所有炮眼装药后，用炮泥进行堵塞，填塞长度不小于30cm。

3)起爆作业。起爆前仔细检查起爆网路;同一开挖断面上，起爆顺序由内向外逐层起爆;延发时间孔内控制。

4)钻爆效果检验。每次掘进爆破后，检查记录光爆效果，炮孔利用率，平均掘进长度，碴体的破碎程度，抛掷距离，围岩的损坏程度等，作为不断优化钻爆设计的依据。

5)控制超欠挖措施。采用一炮一分析，根据爆破震动速度，炮痕保存率、装药量、残眼深度及数量、抛碴距离、堆碴高度、岩碴块度等多方面的测量和数据对比分析，选择合理的钻爆参数，不断优化钻爆设计。

3 光面爆破的效果与经济效益

3.1 光爆效果

丰宁隧道目前Ⅲ级围岩段已经开挖施工完毕，进入到Ⅱ级围岩段，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的试验段外，现已开挖地段光爆效果良好，被列入业主的光爆观摩工点。

1)爆破后半眼眼痕率达95%以上，两茬炮重叠台阶最大尺寸10cm，超过欠挖量仅为4%～7%左右，较非光面爆破的超欠挖量(15%～20%)低很多。

2)碴块小且均匀，利于装碴，节省装运时间。

3)减少支护投入，降低了工程成本。

4)岩面平整，应分布均匀，围岩变形量小，减少安全隐患。

3.2 经济效益

1)节省工序时间:

光爆施工钻眼及装药延长20min，清理危石或补炮缩短30min，初期支护缩短40min，装碴及出碴缩短20min，初支表面平整，便于后续的挂土工布，防水板施工。

2)节省材料:

光面爆破比非光面爆破减少超挖量11%～13%，按现行规范标准平均超挖值150cm，即每延米少开挖约2.8m3，减少同标号喷射混凝土回填量约2.8m3;同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需钢支撑、锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。

4 结语

1)在围岩节理裂隙较发育的Ⅲ级围岩台阶法施工中，光爆参数初选后再现场试验选定，施工中需不断依据爆破效果进行调整，不断的完善。

2)光爆技术与综合地质预报相结合，可以采用工程类比法和现场试验法相结合选择爆破参数，要不断的总结。

3)光爆技术可以降低超挖、欠挖，减轻对围岩的破坏、扰动，减少支护工作量，而且能降低成本，加快施工。

[1]铁路工程技术标准所.铁路工程建设标准汇编——铁路隧道工程施工技术指南[M］.北京:中国铁道出版社，2009:963-1090.

[2]张继春.工程控制爆破[M］.成都:西南交通大学出版社，2001.

[3]王 伟，程 鹏，杨慧琳.西山隧道洞身开挖爆破设计方案[J］.山西建筑，2010，36(29):327-328.