公路隧道不同围岩下光面爆破技术控制要点

刘金兴

（重庆铁发建新高速公路有限公司，中国 重庆 400700）

0　引言

高速公路隧道施工中，目前均采用光面爆破施工技术，该工艺以其成本低廉，施工工艺简单，能减少爆破炸药用量，加快施工进度，取得了良好的爆破效果和经济效益。本文以石黔高速连湖隧道为例，介绍光面爆破在不同围岩条件下技术参数，供同类工程参考。

1　工程简介

石黔高速公路全长83.064公里，桥隧比高达76%，除三义隧道和连湖隧道进口围岩岩性主要为灰白色、灰色灰岩外，其余隧道围岩均以钙质泥(页)岩、粉砂质页岩为主，受不同风化程度影响，分部呈深褐色、深灰色。针对每个隧道不同的围岩岩性、完整程度、节理构造面产状、岩质软弱强度等工程特性，通过开展高速公路双车道隧道光面爆破施工应用，进行技术攻关，使光面爆破施工技术具体应用于工程实践中，以降低工程成本。

首先制定隧道光面爆破技术攻关目标：（1）炮眼利用率大于90%；炮痕保存率大于85%；爆破后围岩面圆顺平整，无欠挖，拱部最大超挖值不超过25cm,边墙平均线性超挖值不超过10cm，且围岩面上无粉碎岩石或明显裂隙。（2）降低工程成本：鉴于常规爆破进尺2.65m（钻眼深3.0m），通过应用水压爆破技术，使隧道单循环进尺不仅要达到2.8m以上，而且降低炸药消耗15%以上。

2　光面爆破钻爆设计及施工

2.1　光面爆破技术要点

（1）根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，控制循环进尺及周边眼钻孔角度。

（2）严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布间断装药，采用导爆索起爆。

（3）采用台架钻孔时严格控制各台之间的孔位间距、角度，尤其是实践摸索出各类炮眼司钻工相对固定，比如左架和右架、上架和下架，发挥工人熟练程度，尽可能避免钻孔精度误差。

（4）为满足装药结构要求，必须采用导爆索来实现空气间隔装药起爆。要安排好起爆顺序，使光面爆破层具有良好的临空面。

（5）孔口堵塞是隧道（洞室）光面爆破的又一技术关键，常规作业中往往忽视。实践表明，从掏槽眼、辅助眼至周边眼，孔口堵塞是光面爆破中充分发挥爆破能量、减少围岩扰动的又一技术关键。孔口堵塞采用自制的 “胶泥+沙”的炮泥材料，堵塞长度为20cm左右。

（6）周边眼间距和最小抵抗线是光面爆破的2个重要参数。控制原则是：软岩和层理、节理发育的岩层上，眼距应小而抵抗线适当调大；在坚硬稳定的岩层上，眼距应大些，抵抗线应小些。在同一循环施工时，根据各段落围岩情况可调整最小抵抗线。

（7）对于导爆索和雷管，在使用前需对外观检查，若发现有裂口、折断、发霉、黑斑及变色等，则不宜使用。在切割导爆索是需用锋利刀子切割，禁止锯割、锤砸、折断等。

图1　两台阶开挖钻孔台架加工大样图

2.2　隧道开挖台架制作

图1所示为两台阶开挖钻孔台架，开挖台车尺寸及高度综合考虑施工工法、开挖断面、施工机具作业空间、掏槽眼开口间距等因素进行设计。

2.3　钻孔爆破施工设计

（1）凿岩机具选取

根据现场确定的爆破方案，隧道爆破机具选用YT28型气腿式凿岩机，Φ42mm直径的钻头为 “一”字型硬质合金钢，钻杆规格为中空六棱形，钻杆长度分别为 1.5m、2.0m、2.5m、3.5m四种规格。

（2）爆破器材选取

1）炸药：采用2号岩石乳化炸药，采用标准药卷φ32mm。

2）雷管：连接件及孔内均采用非电毫秒微差雷管（1～15段）,起爆雷管用电雷管。

3）导爆索：周边眼间隔装药，采用导爆索传爆。

4）装药结构：周边眼采用间隔不耦合装药形式，使用导爆索连结各药卷(根据实际情况,周边眼也可非电雷管起爆φ32mm岩石乳化炸药,采用空气间隔装药、堵塞方式)。其它炮孔采用孔底正向起爆。

（3）灰岩地质岩层爆破设计

项目三义隧道、连湖隧道进口围岩以三级、四级灰岩为主，灰色、灰白色，中厚层状，结构面常见白色带状方解石条脉，脉宽小于1cm，经取样试验，岩石天然单轴抗压强度大于30mpa。多呈潮湿状。据此展开爆破设计。

1）炮眼布置。沿开挖台车一架二架采用四排掏心眼布置；压顶炮眼布置两排；辅助眼、周边眼、底板眼各一排。如图2。

图2　灰岩地层隧道光面爆破炮眼布置图

2）参照光面爆破常用参数表结合实际情况确定预裂眼间距为48cm，光面眼间距为80cm，岩石环厚度60cm。起爆顺序为掏槽眼→扩槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼→底板眼。

3）布眼特点：充分利用开挖台架进行布眼。除常规爆破周边眼间距与辅助眼间距为1.25倍外，次排辅助眼与辅助眼间距也控制的比周边眼与辅助眼间距小。保证辅助眼起爆时内侧抵抗线大于外侧抵抗线，起到保护周边眼作用。

4）起爆网路设计

图3　炮眼布置横断面图

周边眼采用导爆索传爆；其余眼均用非电毫秒1段雷管双发连接，用电雷管引爆。堵塞材料采用炮泥。堵塞质量要求密实，除周边孔堵塞0.3m～0.5m以外，其他装药后余孔全部堵满堵实。

表1　Ⅲ级灰岩上台阶钻爆参数表

5）下台阶及仰拱开挖炮眼布置图

6）光面爆破现场照片图4

2.4　页岩地质岩层爆破设计

以连湖隧道出口为例，多以四级、三级中风化钙质、粉砂质页岩为主，灰色、深灰色，薄层状构造，裂隙较发育，岩质较软，经取样试验，岩石天然单轴抗压强度35mpa左右。地下水不发育，多呈潮湿状。据此展开爆破设计。

（1）炮眼布置。沿开挖台车一架二架采用四排掏心眼布置；压顶炮眼布置两排；辅助眼、周边眼、底板眼各一排。

表2　各眼位雷管、炸药统计表

（2）周边眼间距取 40cm，周边眼距辅助眼排间距30cm，形成光爆结构。起爆顺序为掏槽眼→扩槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→辅助眼→周边眼。

（3）上台阶光面爆破采用毫秒延时雷管顺序起爆：选用单数段位，1-13段。 掏槽眼使用 1、3、5、7、9段，底板眼使用9段，顶层内圈眼使用9段，底板眼使用9段，周边眼使用13段，其余辅助眼使用11段。起爆网络采用“一把握”式复合网络，电雷管引爆。

图4　

图5　

图6　

（4）光面爆破现场照片

图7　

3　光面爆破技术实际经济效益

（1）采用光面爆破施工，能有效控制超欠挖，减少后期支护量。连湖隧道右洞光爆实施后，炮眼残存率达到90%—95%，基本杜绝了隧道超欠挖现象，大大降低了施工成本，经实际测试，所取得经济效益如表 1、表 2，经济效益显著。

（2）光面爆破后基本杜绝了由于爆破不到位二次补炮的现象，循环作业时间大大减少，加快了施工进度。

（3）光面爆破同普通爆破相比，使得围岩应力分布均匀，对围岩扰动小，有利于围岩稳定，可有效减少应力集中引起的塌方，减少落石，安全效益明显。

图8　

图9　

图10　

表3　每循环光面爆破前后经济对比表

表4　光面爆破后砼节超统计表

4　结论及建议

在连湖隧道工程实例中，成功采用了光面爆破技术，提高了光面爆破质量，避免了常规爆破光爆面凹凸不平的现象；提高了炸药能量利用率；提高了施工效率，加快施工进度；降低了工程成本，提高了经济效益。

【参考文献】

［1］顾毅成,史雅语,金骥良.工程爆破安全[M].合肥：中国科学技术大学出版社,2009.

［2］李夕兵.凿岩爆破工程.中南大学出版社，2011.

［3］JTG/T F60-2009公路隧道施工技术细则.

［4］何广沂著.工程爆破新技术,中国铁道出版社,北京：2000.