光面爆破技术在软弱围岩隧道掘进中的应用研究

陶艳红

摘 要：在进行软弱围岩隧道掘进作业的过程中，光面爆破技术起到了重要作用，但由于当前有关理论仍然不够完善，导致该技术的应用存在一定的问题，通过对有关工程类比中包含了光面爆破参数的比较，应用高效的技术手段，在实践过程中对其进行改正，以达到提升整个工程效果的目的。为此文章首先简单阐述了光面爆破技术的相关基础原理及工程概述，随后有针对性地研究光面爆破技术，望本次研究能够帮助软弱围岩隧道掘进效率大幅度提升。

关键词：光面爆破技术；软弱围岩；隧道掘进

0 引言

当前，公路岩石隧道在掘进过程中，多使用光面爆破技术。因此，国内很多工程技术方面的研究学者针对这一内容实施了研究。而众多的研究成果促使隧道光面爆破技术更好的投入工程建设之中。不过由于当前在软岩方面的爆破理论仍然缺乏成熟性，导致相关的爆破作业在实施过程中仍然存在一定问题。基于此，笔者以实际工程作业为基础对其实施研究，最大程度上提升软弱围岩隧道掘进工作的整体工作效率。

1 光面爆破基本原理

所谓光面爆破法，即周边爆破法，这一方法已经较为广泛的用于实际工程作业之中，进而避免出现超挖现象。通过这一方式能够最大程度上促使挖掘面非常光滑、整齐，促使所得到的轮廓与工程设计相符合，确保围岩更具稳定性。针对分析光面爆破技术的实施流程，其主要在隧道断面的周围安置加密炮孔，并在所有炮孔中放置适量的药，将其引爆，当所有炮孔均爆破的瞬间，会产生一种冲击波，基于这一压力作用，炮孔壁会随之出现裂纹。但一般情况下，药卷与炮孔直径之间存在非常大的差异性，爆破之后出现的冲击波压力因为空气的作用出现降低，如此就不能在炮孔的周边构建一个粉碎区，此外炮孔连心线方向出现一定量的裂痕，随后通过爆破中产生的气体所产生的作用，将所有炮孔之间的裂隙连接在一起，进而得到一个较为平整的光爆面。目前实现光面爆破的手段主要包括运用不耦合装药结构，爆破过程中使用的炸药具备爆速低、密度低等特性，进而得到足够的爆破气体量。

2 工程概况

国内有名的高速公路工程横城子隧道主要通过光面爆破技术产生，该隧道地处燕山山脉的延伸处，存在非常大的地势起伏，海拔在290～425m之间。同时隧道洞口围岩为强风化～弱风化粉砂岩，其节理裂缝发育，局部存在很多小型的破碎带，岩体的破碎呈现一种碎块或块状，缺乏完整性。因此实际爆破过程中，需要基于围岩类型的差异性，洞身挖掘过程中多采用小断面光面爆破技术以应对隧道超欠挖等情况的出现。

3 爆破参数设计

3.1 炮眼直径与不耦合系数

不耦合系数的数值为炮眼及药卷直径之间的比值，正常情况下这一系数的数值为1.1～1.3，随着数值的增加，炮孔壁受到的切向应力呈现降低的结果，同时爆破之后产生的冲击波波形具备平缓、冲击波作用较长等特征。在所有爆炸能量构成中随着其产生气体膨胀过程中做功较大，进而便于应力的集中型与叠加作用，也更易产生拉伸裂缝，避免出现粉碎的情况。此外当炮眼的直径为24～48mm时，这类小直径炮眼能够最大程度上增加钻岩速度，促使掘进轮廓保持整齐的状态，以达到围岩破坏情况减弱的目标，与此同时降低材料的损失，进而控制周边眼的爆破效果。而炮眼直径在50～70mm之间时，该范围内的炮眼多使用于围岩程度较优质的地质，往往适用于大面积的掘进工作。基于上述内容可以得出，本次研究隧道应选择第一种直径较小的炮眼，使用间隔性以及不耦合性的装药结构，而其系数以1.3为最佳。

3.2 炮眼深度和角度

在实际隧道掘进过程中，实施全段面的爆破炮眼深度常规数值控制在1.5～2m，而这一数值是基于开挖断面宽度得出的，炮眼深度一般为开挖断面宽度的0.5～0.7倍，即：在掘进作业进行过程中，炮眼轴线与轮廓线之间的角度一般控制在3°～5°，同时周边眼口与挖掘轮廓之间的距离保持在5～10cm，此外炮眼的方向以眼口方向为准，同时向外倾斜。基于软弱围岩隧道掘进的设计方案、工程周围的地质勘查结果以及掘进方式，初步确定炮孔的安置深度，其中四级围岩的深度控制为0.5～1m，五级围岩炮孔深度控制在1～1.5m；而三级围岩的炮孔深度控制在2～2.5m。

3.3 炮眼间距

对于软弱围岩隧道掘进工作而言，合理、精准的确定出炮眼之间的间距对隧道光面爆破技术的成功性起到直接性作用。当炮眼之间的距离过大时，很难构建出光面裂隙。当炮眼之间的距离过小时，很大程度上加大了钻孔的整体工作量，同时所使用的炸药数量也随之提升，使用成本就会增加，也就无法达到预期的光面爆破效果。因此在控制周边炮眼间距的过程中可以通过炮眼直径得到，炮眼间距一般为炮眼直径的8～12倍，即。正常情况下，炮眼间距的大小应该控制在500～700mm。若拱形隧道之间的跨度保持在较小的状态时，炮眼孔距会随之减小，即400～450mm；反之，因围岩的坚硬程度较差，难以破碎，缺乏显著的层面阴影，使得炮眼孔距增大，达到800～900mm。一般情况下有辅助型的炮眼间距数值维持在400～600mm。

3.4 总装药量的计算

在进行隧道掘进时，需要提前对光面爆破技术的装药量进行运算，而这一运算公式为，在这一公式中，Q主要代表一次光面爆破所使用的所有药量，单位为kg；而K主要表示某一单位内岩石的爆破使用药量，单位为kg/m3；L主要表示炮眼安置的深度或爆破设计中的掘进深度，单位为m；S则表示隧道掘进的断面挖掘面积大小，单位为m2。

3.5 炸药量的分配

在软弱围岩隧道掘进时，需要按照上文计算得出的药量放置到所有炮眼之中，因此对于其分配作业，需要基于炮眼装药系数实现。若使用直眼掏槽，需要基于工程现场情况进行控制，一般需要增加一至二成，进而确保掏槽效果的精准性。对于底板眼爆破及掏槽眼的用量而言，往往使用所有用量的七成，同时槽眼掘进需要较炮眼增加20cm。布孔过程中需要在挖掘断面中线的左或右一侧，其偏离的大小控制在1.5～1.8m。实际测量所有排烟深度的过程中，需要结合工程的实际现状对所有炮孔的药量使用进行控制，炸药的分配及加工行为可以设定某一房间专门、有针对性地进行，药量加工之后对其进行编号，并安排专门的工作人员将药放置到炮眼之中。装药过程中需要确保与相关的操作规程相吻合，炸药放完之后再使用之前配置好的炮泥覆盖。结合上文内容，得到炮孔布置示意图如下图1。

4 结论

在实际软弱围岩隧道掘进作业过程中，光面爆破技术具备重要意义，能够很好地促使隧道形状具备整齐性，大幅度減少甚至是消除隧道超欠挖的现象；使爆破应力压力较为均匀，进而避免隧道围岩出现干扰作用，便于围岩存在稳定性，使得隧道工程的应用及养护具备优质的前提；进一步使施工作业安全性得到提升，大幅度降低了材料消耗量，属于高效、科学性的爆破方式。结合对应的工程分析及类比运算方式，与工程自身因素相结合，通过试验验证的方式，促使光面爆破技术达到预期效果。

参考文献

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[3]钟福生，陈建宏，范文录.破碎岩体内异形断面巷道掘进的光面爆破技术[J].爆破，2015，（1）：34-39.

（作者单位：中铁十一局集团第一工程有限公司）