光面爆破在隧道施工中应用

黄成智

摘要：随着国家基础建设不断推进，隧道工程建设越来越多，掘进技术也在不断更新和完善，而普通爆破掘进技术在山区隧道施工中还占有很大的比例，使用光面爆破技术进行隧道施工，能够获得较好爆破效果，为隧道施工提供一定安全、进度、质量保障。基于这种认识，本文在阐述光面爆破技术基础上，以白土岩隧道施工为例，对光面爆破技术在隧道施工中应用问题展开探讨，为关注这一话题人员提供一定参考。

关键词：光面爆破：隧道施工；应用

中图分类号：U455.6文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-199-02

前言

在公路铁路的建设中，都需要进行隧道施工。盾构技术在山区隧道施工往往受到拼接场地限制无法或因投入费用高而不被接受，作为普通爆破施工掘进方式容易产生围岩稳定性较大影响引起超欠挖现象，导致工程施工进度、质量、经济效益较大影响。而光面爆破施工技术在减少隧道施工对围岩影响基础上，还能保证隧道成形规整，有利于提高隧道施工进度、质量、经济效益。因此，控制隧道光面爆破施工技术的应用始终是隧道施工热门话题，有必要对光面爆破在隧道施工中应用问题展开探讨，更好促进隧道施工技术进一步发展。

1.光面爆破技术分析

1.1光面爆破机理分析

所谓光面爆破是通过正确控制爆破参数和合理选择施工方法，采用分区分段微差爆破控制方式，确保爆破后轮廓线较好满足设计和规范要求，且临空面平整规则一种控制爆破技术，他是新奥法原理在隧道应用过程进一步应用及提高。隧道应用光面爆破技术掘进与传统掘进技术相比，更能有效控制周边眼爆破作用，减少围岩扰动为基础，更好保证围岩稳定和发挥自承作用。总之，该技术是在确保施工安全基础上，以减少超、欠挖为目标，提高工程质量和进度，更好节约施工成本。

1.2光面爆破参数确定

光面爆破技术进行工程施工过程，需要进行光面爆破参数合理确定，以确保爆破效果。就目前来看，光面爆破参数主要包含了周边眼间距、炮孔深度、装药集中度和最小抵抗线。在具体工程施工中，需要根据工程实际情进行这些参数优化组合。所谓周边眼孔间距，其实就是沿劈裂面炮眼中心距，最小抵抗线则是劈裂面临空面距离，实际上就是光面层厚度。通常情况下，周边眼孔距不大于抵抗线，才能够使相邻两孔在爆破时产生应力波相遇，然后再达到抵抗线边缘，最小抵抗线如果较大，爆破所受阻力也越大。在进行爆破设计时，需要做好抵抗线选择。孔距与抵抗线比值称为炮孔密集系数。从理论上来讲，该系数越小，周边炮眼爆破对围岩破坏就越小，在确定炮孔深度时，通常不小于1.2m。因为炮孔较浅不仅会导致炸药浪费，还.容易对围岩产生影响，而炮孔深度将对掘进循环钻眼工作量、循环时间和出碴工作量等多个因素产生影响，所以通常需要采用3.5m以下炮孔深度，在避免出现过大超欠挖现象同时，保持良好隧道掘进速度。此外，在光面爆破设计中，还要进行装药集中度计算，装药集中度即为线装药密度，是单位长度装药量，与岩体坚硬程度有关。

2.光面爆破施工过程控制

2.1工程概况

在探讨光面爆破在隧道施工中应用问题时，以双永高速公路龙岩段A13合同段白土岩隧道施工为例。该隧道采用分离式双洞布置，左洞长2704米，起迄桩号为ZK213+353～ZK216+057，右洞长2732米，起迄桩号为YK213+363～YK216+095。从整体上来看，左右洞的进出口处均在直线段上。而左洞洞身位于半径为1500米平曲线上，右洞洞身则位于半径为1550米平曲线上。从纵坡情况来看，左洞纵坡为0.507%、-2.40%，右洞纵坡为0.50%、-2.4%。在施工的过程中，为进一步提高工程施工质量，在保证整体安全的条件下，如果采用光面爆破技术进行施工，可以很好提高工程经济效益，综合考虑后，刚工程Ⅲ、Ⅱ级围岩岩质主要为：下伏基岩为三叠系溪尾组钙质粉砂岩局部夹灰岩透体积文宾山组、粉砂岩、泥质粉砂岩、碳质粉砂岩，可采用光面爆破进行施工。

2.2隧道施工爆破设计

在进行隧道施工的光面爆破设计时，由于地址条件差异存在，所以还需要根据现场施工进行有关爆破设计参数逐步调整。这一过程中，尤其需要注重掏槽眼形式、最小抵抗线、装药结构和装药量等设计参数调整。如果缺乏试验基础条件，还需要遵循密布、浅孔和弱爆循环渐进原则进行爆破设计，并且结合实际爆破效果进行参数及时调整，以便取得较好光面爆破效果。

隧道施工光面爆破设计需结合施工现场机械配备情况和现场场地情况进行，设计前需要进行光爆层厚度确定。开挖到断面较小情况下，光爆层厚度一般较小，而白土岩隧道光爆层厚度在0.50-0.75之间。掏槽形式选择将对光面爆破效果和开挖循环进尺产生决定性影响，需要在考虑施工进度、质量、安全和效益等多方面因素的基础上进行掏槽形式的选择。考虑到掏槽形式由开挖断面大小、地质条件、机具条件和开挖技术要求等多方面因素决定性问题，该工程选用单“V”型掏槽眼进行施工，该种掏槽眼需要比其它掏槽形式的炮眼深度增加15～20cm，装药量也需要增加15%～20%。为做好隧道施工减震，严格按照“弱爆、密布”等原则进行掏槽眼布置。其次，在周边炮眼设计方面，可以沿着设计开挖轮廓线进行周边炮眼布置。同时，需要以3%-5%斜率外插，并且根据不同炮眼深度进行斜率适当调整，以免周边炮眼的眼底超出开挖断面轮廓线10cm。在设计周边炮眼的过程中，隧道开挖面不够整齐部位，需要进行炮眼深度和装药量调整，并且使所有炮眼眼底处在同一垂直面。在周边炮眼表面，需要进行长度不超过20cm炮泥的堵塞。起爆时周边炮眼需要一次同时起爆。再者，最大装药量设计上，根据现场试验和施工检验，通过计算得到周边炮眼装药集中度为0.15-0.25kg/m。由于光面爆破不需要进行耦合装药，选择按照计算出的装药集中度进行均匀装药，为进行底部炮眼阻力克服，我们选择在炮眼底部放置半个标准药卷。

2.3隧道光面爆破施工

隧道光面爆破施工过程中，依次完成钻眼、装药、联线起爆和爆破效果检查等工序。首先，施工队伍需要按照爆破设计进行钻眼作业。在钻眼之前，施工队伍需要进行开挖断面中线和水平规划，然后利用台阶尺寸法进行开挖轮廓线确定。在此基础上，施工队伍可以根据之前设计进行炮眼位置标出，然后在检查标出位置符合设计要求后钻眼。钻眼过程中，可以使用湿式钻孔法，钻孔前将作业面清洗干净，按照设计要求，需要做好掏槽深度、角度控制，并且确保掏槽眼口间距误差不超出5cm。在进行辅助眼施工时，需要按照设计要求做好辅助眼深度和角度控制，并且确保眼口行距和排距误差不超出lOcm。需要注意的是，周边眼开眼位置需要在断面轮廓线上，外斜率不超出孔深3%-5%，间距误差不超出5cm，眼底不超出轮廓线10cm。而除了掏槽眼，断面上所有炮眼眼底需要在一个垂直面上。

钻眼完成后，在检查合格后进行装药，装药之前，将炮眼内的石粉和泥浆清理干净，装药的过程中需要做好装药量控制。具体来讲，就是需要使用符合产品标准和质量要求的爆破材料。如下表1所示，为该工程施工使用爆破材料。从装药方式上来看，周边炮眼使用是小直径药卷间隔装药方式，其余炮眼使用是连续装药方式。从爆破材料选择上来看，掏槽眼使用非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼使用小直径岩石硝铵炸药，该种炸药具有低爆速、传爆性好、低密度和高爆力优势，能够获得较好爆破效果。考虑到围岩整体性、强度、层理和节理等地质因素，光面爆破将受到多方面影响，还需根据实际爆破效果进行爆破参数动态设计和调整。爆破过程中，将同类围岩爆炸试验参数当成是依据进行光面爆破参数确定。而根据上一次光面爆破效果，还需要对下一次爆破参数进行调整。

完成炮眼装药后，需要要做好炮眼堵塞物长度的控制。堵塞过程需要从药包顶端进行堵塞，并且按照1：3配比将粘土和砂子混合制成炮泥。联线起爆过程中，需要使用雷管为起爆元件，从而使导爆管激发，并且通过传递冲击进行起爆元件激发。在连接起爆元件过程中，通过卡口赛将传爆元件、激发元件和起爆圆脸连接起来。施工过程中要控制，单发雷管起爆时使用导爆管数量不能超过20根。导爆管布置需要使其在雷管周围均匀分布，并且确保雷管聚能方向与传爆方向相反。完成隧道爆破后，需要进行光面爆破效果检查。在这一过程中，需要确定开挖断面没有欠挖，而超挖值需要小于15cm，边墙位置超挖值小于10cm。同时，需要确保炮眼痕迹在轮廓面上均匀分布，并且两个炮眼衔接台阶最大尺寸不超出15cm。根据实际要求，还确保爆破石碴最大不超出30cm。

3.隧道爆破的注意事项

施工过程中进行光面爆破技术应用，需要做好地层和结构监控测量，并且做好爆破对围岩破坏严格控制，以免爆破施工对周围环境产生过大影响。所以在施工过程中，要做好爆破扰动范围和地震动效应检测，在较弱的围岩处，需要开展支护施工。根据钻爆参数、爆破进尺、支护型式和支护时间，通常会采取减震爆破措施。具体来讲，就是将爆破进尺控制在0.8～1.5m范围内，并且采用微台阶法开挖。

4.光面爆破实施效果与经济效益

4.1光爆效果

白土岩隧道开挖掘进工作已接近尾声，隧道开挖实行光面爆破段，除开始试验段外，现已开挖地段光爆效果良好。

（1）破后炮眼痕迹率达80%～90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为llcm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破超欠挖量（达20%）要低得多；（2）岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间；（3）减少支护投入，降低工程造价；（4）岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。

4.2经济效益

（1）节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长20min，清理危石或补炮缩短20min，初期支护缩短20min，装碴及出碴缩短20min，并方便了后续挂土工布、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15%，按现行规范标准平均超挖值为150cm，即每延米少开挖约2.0m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，同时也节省火工品和因非光面爆破所造成围岩破碎所需钢支撑、锚杆、钢筋网等初期支护工程量。

5.总结

总而言之，在隧道施工中应用光面爆破技术，不仅能够缩短工程施工时间，同时还能够节省工程施工材料，所以能够为隧道施工带来较多的经济效益。因此，相信随着光面隧道施工技术的发展，该技术将能在隧道施工中得到更好应用。