大断面水平岩层隧道光爆施工技术探讨

孙学红

摘 要：本文从光面爆破的定义阐述入手，介绍了隧道光面爆破施工技术各关键工艺的常规内容。并结合高家河大断面水平岩层隧道的项目实际情况，研讨了光爆施工技术掏槽及爆破参数的选择。确保了隧道开挖质量，大大加快了掘进速度，提高了施工效率，缩短了工期。

关键词：光面爆破；大断面隧道；周边孔眼

光面爆破在隧道开挖工程上简称为光爆，是沿着设计图纸开挖轮廓线进行的控制性爆破。这种爆破方式的效果不仅仅是破碎隧道开挖范围内的岩石，还有较好的保护了周围岩体，减少炸药的爆炸效应产生的破坏作用，降低开挖面的超欠挖量，使開挖面光滑平整，开挖轮廓容易保证。其原理是周边眼起爆的冲击波径向传播，而且相邻炮眼的冲击相遇产生应力波的叠加衍生切向拉应力，在相邻炮孔之间形成应力加强带。

孔内爆炸气体高速楔入孔壁微细裂隙，加大了裂隙的扩展速度，最终导致相邻炮孔贯穿成缝。光面爆破的优点是能减少超挖、欠挖工程量，开挖面光滑平整，有利于后期的施工作业。而且减少了对围岩的扰动，对保留岩体的破坏作用小。易于确保施工安全，提高工效。

1 光面爆破施工工艺流程及施工要点

光面爆破施工工艺流程：

测量放样—布孔—钻孔—清孔—装药—联结起爆网络—爆破。

1）光爆钻孔的技术要求：钻孔分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。定位：在开挖前方掌子面将各炮孔位置用十字线标定，并确定钻孔先后次序。开口：开口时慢慢推进，并特别注意钻杆的方向与隧道中线的夹角是否符合设计外插角。拔杆：整体性好的石质可中速慢慢拔出；破碎岩石往往拔出困难而且容易卡钎，可以慢速来回推进后拔出。移位：钻好一个炮孔进行第二个炮孔钻进时，要做到“准、直、平、齐”。

钻眼精度应满足下列要求：炮眼深度根据眼口面调整，保证眼底在同一平面上。掏槽眼眼口和眼底间距误差不得大于5cm；周边眼眼口误差不得大于5cm，眼底不得超过开挖断面轮廓线15cm；而且外插角应符合设计要求。

2）清孔：先用炮钩捣出大块石块，再用小直径高压风枪吹出小石屑，保证孔眼干净和装药顺利。

3）装药：装药采用反向装药，先装一支药卷作为底药。一般地段选用2#岩石硝铵炸药。遇水采用乳胶炸药，装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。周边眼采用φ25mm的小直径药卷间隔装药方式，其余炮眼采用φ32mm的药卷连续装药，并采用机制炮泥堵塞。

4）联结起爆网路：隧道内均采用塑料导爆管毫秒雷管微差起爆。起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管要对号入座，连接次数相同。网路联好后，要有专人负责检查。

2 光面爆破的技术要点

1）根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。

2）周边眼的药量沿孔眼要均匀分布。

3）周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索来实现空气间隔装药。

4）采用毫秒微差有序起爆，使光面爆破具有良好的临空面。

5）边孔直径小于等于50mm。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

高家河隧道位于陕西洛川县洛河左岸一山梁，隧道进口对面是黄延高速公路的亚洲第一墩，右侧为包西铁路通道既有线。

隧道起讫里程为：DK606+592～DK607+974，全长1382m，最大埋深约150m，洞内纵坡为3‰和5.5‰的人字坡，隧道包头端206.77m位于半径为R=5004.49m的曲线上，西安端283.41m位于半径为R=5000m的曲线上，其它段位于直线上。隧道洞身围岩主要是页岩夹砂岩，岩层产状近水平，节理发育。

隧道采用先初期支护后二衬的复合式衬砌。Ⅲ类围岩开挖采用全断面开挖锥型掏槽技术。Ⅳ、Ⅴ类围岩均采用三台阶开挖。

3.2 工程重难点分析

施工要求严格控制超欠挖，使开挖断面圆顺，避免方形断面出现。决定采用大断面锥型掏槽光面爆破技术，确保隧道开挖质量。

1）实际情况主要围岩为页岩夹砂岩，产状近水平。水平层理隧道开挖后有沿垂直层理方向的膨胀、应力释放、变形特点。而且水平层理对拱部支撑受力不利，需要对拱部进行结构加强处理。

2）光爆效果差，超挖严重，开挖断面轮廓线差，给将来的二衬施工带来很大不便。施工过程中，进行隧道爆破现状调查，发现平均超挖量16.5cm，最大超挖量22.5cm，炮眼残痕率81.2%，局部欠挖量6.7cm，循环进尺3.18m。合格率60%偏低。

3.3 施工技术研讨

经过对上述5项指标合格率偏低的原因分析，发现掏槽眼的钻设角度大小不一，炮眼净深不等，辅助眼的布设随意性很大，周边眼间距偏大，掏槽及布眼方法很多操作只是一味的靠经验和习惯，具体情况的针对性较差。

基于上述隧道爆破现状调查，项目部订立改善目标如下。总目标：隧道超欠挖符合设计要求，把超挖量压缩到最小，使开挖断面轮廓线圆顺，确保光爆效果良好。具体目标值：拱部超挖值不大于150 mm，边墙超挖值不大于100 mm。平均循环进尺≥3.5m。炮眼残痕率≥90%。

为保证目标值的实现，项目部开展质量控制小组活动，研讨光爆施工技术掏槽及爆破参数的选择，按照岩变我变的思想及时调整爆破参数。本项目采用大断面锥型掏槽技术，从左、右、上三个方向掏槽，掏槽面积21m2，掏槽眼总数48个，掏槽眼倾角与隧道轴线成65°角，掏槽眼净深4.0m，掏槽体积25m3左右。掏槽面积大，夹制力小，成功率高，钻爆时间少、速度快、药量节约。周边眼间距E=40cm，周边眼抵抗线W=60cm，周边眼间隔装药，2#岩石炸药与乳化炸药混装，周边眼炸药无须绑扎在竹片上，可直接装入。。

4 技术效果分析

经过光爆施工技术措施的优化和相应参数的调整，平均超挖量控制在6.5cm，平均进尺3.5m，炮眼利用率提高到92%，均达到并超出了原有设置目标。

循环时间由原来14h/循环缩短为12h/循环，循环进尺由活动前3.0m/循环提高为3.5m/循环，最高日进尺由5m/天增加到7m/天，大大加快了掘进速度，提高了施工效率，缩短了工期。

参考文献：

[1] 王海亮.工程爆破.北京：中国铁道出版社，2012.

[2] 陈亮亮.山岭浅埋隧道爆破地震波传播规律现场试验研究.硕士学位论文，广东工业大学，2011.