光面爆破技术在隧道开挖中的应用

李增增

摘 要：在我国隧道工程事业发展进程向前推进的过程中，我国隧道开挖工程体系发展速度也随之提升。光面爆破技术是隧道工程施工领域当中的一项重点技术，在以往几年当中得到了较为广泛的应用。光面爆破技术实际应用的过程中，可以让炮孔钻孔的精准性得到大幅度提升，也可以让爆破流程中的药量得到有效地控制，施工技术水平高度会对隧道工程施工质量造成一定影响，笔者依据实际工作经验及相关文献资料的记载，对光面爆破技术在隧道开挖过程中的实际应用情况进行分析，希望可以在日后相关工作人员对这个问题进行分析的时候，起到一定借鉴性作用。

关键词：光面；爆破技术；隧道开挖；应用；分析

1 问题研究背景及意义

隧道开挖施工环节中，一般都会使用新方法来施工，施工环节中最为重要的一项技术是光面爆破，之所以使用光面爆破技术是因为可以让爆破范围以及方向得到有效地控制，以免爆破对周边围岩造成影响，也可以让超欠挖问题出现的几率得到有效地控制，让爆破之后的隧道围岩壁面平整性及光滑性得到保证，以便于可以让隧道设计实际要求得到满足，因此在爆破施工正式开始之前，应当将围岩的实际情况作为依据，确定下来准确性较强的爆破参数。

2 光面爆破技术的原理分析

2.1 应力波叠加作用

同时起爆的相邻炮孔之间产生一定应力波，当应力波在炮孔连心线的中心点位上相遇的情况下，应力波之间会叠加，因此会在中谍的连心线中心位置上形成一定拉应力。

假如合成拉应力的数值超过岩石极限抗拉强度的情况下，会在两个炮孔当中形成裂隙，而后沿着连心线向着两个炮孔方向发展，最终就会形成断裂面。

2.2 静压力作用

因为空气间隙本身带有一定缓冲性作用，以往作用在岩壁上的冲击波波峰压力会忽然消失，因此爆炸气体产物可以在炮孔当中长时间维持高压状态。在上文中所说的这种准静压力作用之下，会在炮孔的连心线上形成很大的切向拉伸应力，也会在连心线和岩壁交互的位置上形成应力集中问题，两个炮孔之间的距离越近，应力集中问题就约为明显一些。在此基础上可以了解到的是，光面爆破技术实际应用的过程中，在爆破之后，首先在岩壁应力集中位置上出现拉伸裂隙问题，而后裂隙会随着炮孔连线方向向外部延伸，并形成平整性与光滑性比较强的断裂面。

2.3 应力波和炮轰气体共同的作用

在最先起爆装药炮孔当中应力波的作用之下，不单单会在装药炮孔的周边，也会在相邻孔洞的壁面上，沿着预裂面形成一定数量封闭裂缝。在已经形成一定数量裂隙的装药孔洞当中起爆炸药，让封闭裂隙得到进一步的拓展，会沿着与烈面形成比较长的裂隙，在其他各个方向上形成的裂隙数量并不是很多。与此同时，在装药孔洞炸药起爆之后，也会在相邻装药孔洞周边形成崭新的裂缝问题。在后续各个装药孔洞依次起爆之后，会让封闭裂隙的规模逐渐增大，在应力波作用下裂隙形成的瞬间，爆破气体的压力作用仍然比较强，会让封闭裂隙沿着各个孔洞之间的连线逐渐扩大，在此基础上，各个封闭裂隙相互之间贯通起来，形成一条贯穿性裂隙，岩石就会随着这一个裂隙裂开，并形成光滑性比较强的断面。

3 各类光面爆破技术

3.1 轮廓线钻眼法

轮廓线钻孔法是沿着预定的隧道开挖轮廓线开凿相邻的炮眼，在这些炮孔当中不安装任何炸药，而后将其和自由面之间的距离作为依据，钻出来一系列炮孔并安装炸药开展爆破工作。因为炮孔之间的相互距离比较近，可以将其他炮孔爆炸时候产生的爆炸应力波隔离开来，并对裂缝的传递与扩展进行阻隔，将岩体沿着弱面切开，对岩壁的平整性做出一定保证，并让岩体的稳定性得到保证。

3.2 預裂爆破法

预裂爆破法实际应用的过程中，首先会在轮廓线上开凿出来平行并且密集性较强的炮孔，在炮眼当中填装炸药，并让其先于其他炮孔起爆，在轮廓线上炮孔间距、数量以及装药数量比较适合的情况下，爆破之后各个炮孔之间会形成相互贯穿的裂隙，和原有的岩壁之间割离开来。而后再将其他各个炮孔爆破，因为轮廓线上的裂缝已经形成，因此其他各个炮孔爆破的过程中，并不会引发围岩岩体破坏问题，也可以在爆破之后形成光滑性比较强的平整壁面。预裂爆破模式实际应用的过程中，可以发挥出来一定隔振作用，在岩体完整的硬质岩壁、中等硬度岩壁深眼爆破过程中，展现出来的适用性比较强。

3.3 光面爆破法

光面爆破法和预裂爆破法正好是相反的，轮廓线上的炮孔是在其他各个炮孔爆破完成之后再起爆，是软岩、中硬岩隧道浅眼爆破施工环节当中，经常应用到的一种方法，在和预裂爆破法进行相互比较之后，光面爆破法实际应用的过程中，在周边轮廓线上开凿的炮孔数量比较少。将不同类型断面作为依据，施工方法可以划分为光面层光面爆破法以及全断面一次爆破光面爆破法，以便于可以在不同情况下，应用适用性比较强的爆破法。

4 光面爆破法的实际应用过程

4.1 周边炮孔装药结构

周边炮孔一般会使用三种模式，破碎性较强的软弱岩层，在这种岩层当中应用双层爆线，软岩类中等岩层，使用竹片、小直径药卷间隔装药结构，在炮孔的底部适当添加一定数量炸药。在完整性较强的软弱岩层当中，可以使用直径较小的直径光爆炸药连续装药结构、光爆孔间隔装药工作进行的过程中，应当使用爆索将各个炮眼相互连接在一起，以免在沟槽效应问题的影响下，形成熄炮这种问题。

其他各个炮孔装药工作进行的过程中，应当使用连续型装药结构，其他炮孔装药完成后，堵塞工作进行进行的过程中，炮泥应当堵塞在和装药位置相互连接的地方，依据实际案例可以了解到的是，这种堵塞方法相较于炮孔堵塞方法来说，形成的爆破效果更好一些。

装药结构隧道爆破孔中填充的炸药可以使用正向或者反向起爆模式，仅仅填装瞬发型雷管的炮眼应当使用正向起爆模式，也就是在槽体的首段位置上应用正向起爆模式，其他的各个炮孔眼应用反向起爆模式，在此背景下，起爆工作完成之后形成的岩碴块度可以得到保证。

在深眼爆破模式实际应用的过程中，应当使用到的是直径比较大的药卷，直径较大的药卷实际应用的过程中，可以尽可能规避爆破流程当中的“管道效应”，以免炸药在深眼当中形成中途熄灭问题，对整体爆破效果造成一定负面影响。

4.2 爆破器材选择

假如隧道当中水分比较少，可以使用二号岩石销铵炸药，在水分含量比较多的隧道当中，应当使用乳化炸药，在瓦斯含量较高的隧道当中应用煤矿安全炸药。

在没有任何瓦斯气体的隧道当中，可以使用非电毫秒雷管，在存在瓦斯的隧道当中可以使用电雷管，在隧道当中开展大断面爆破工作，应用到的雷管的数量应当在1-15个之间。

4.3 起爆工作的顺序

先在槽体当中进行爆破，而后在拓展槽体范围，而后依据掘进眼——二台眼——内圈眼——底板眼的顺序，逐层开展爆破工作，最终在周边光面当中开展爆破工作，在落实雷管段号的过程中，应当注意到下文中所说的这些问题，各段之间间隔的时间应当得到有效地控制；其次，在同一段的各个炮眼当中，填装炸药的数量应当小于最大单段允许炸药填充数量；第三，前一段的爆破工作应当为后续爆破工作的顺利开展奠定坚实的基础。

4.4 炮孔的掘进深度及角度

炮孔的深度及角度，和光面爆破效果之间有密切的相互关系。炮孔的深度越大，想要控制角度的难度越高，因此在爆破完成之后，洞面当中容易出现不平整问题。为了可以让钻孔的质量得到保证，施工单位实际工作的过程中，可以使用高效钻孔凿岩机械，针对钻孔人员开展的业务培训力度应当得到大幅度提升，在炮孔钻进工作进行的过程中，应当做到的是定人、定眼以及定位。将围岩条件作为依据将钻孔的深度确定下来，III级围岩全断面开挖工作进行的过程中，炮孔的深度应当被控制在4m左右，IV级围岩上下断面开挖工作进行的过程中，炮孔的深度应当被控制在3m左右。掏槽眼III级围岩过程中使用直眼掏槽工作模式；IV级围岩当中应用斜眼掏槽工作模式，掏槽眼的深度相较于辅助眼和周边眼的深度要大10cm以上。辅助眼和周边眼深度一样，各个眼底部应当尽可能保持在同一个垂面上。辅助眼钻孔角度应当尽可能垂直于开挖断断面钻孔，周边眼钻孔角度依据2°向外倾斜一些，斜率应当被控制在5cm/m之内，并且眼底部不应当超过开挖断面轮廓线10cm，最多也不可以超过15cm。底板眼钻孔深度和角度和周边眼一样。掏槽中空眼钻孔深度及角度和掏槽眼一样，钻孔直径是10cm。上文中所说的各种类型炮孔的平面位置、角度以及深度等参数的误差不可以超过3cm。在开挖对象是平整度较低的断面的时候，将断面的实际情况作为依据，来对炮孔的深度以及炸药填充量进行调整，以便于可以对断面平整性与垂直性做出一定保证。

5 工程项目实际情况

因为工程项目所在地的地质地形复杂性较强，施工难度非常高，为了可以累积实际工作经验，将隧道的某一段作为试点工程项目。试点工程项目隧道是山岭区域双洞单向交通分离型隧道，隶属于特长公路隧道包含的范围内，也是我国范围内埋藏深度比较大的公路隧道之一。试点隧道工程实验段隧道的长度是24496m，斜井两座，一号斜井是1910m，二号斜井是2408m。试点隧道工程项目施工环节当中，应用公路隧道节能环保水压光面爆破施工技术，可以让钻爆法施工环节中出现的问题得到有效地控制，也可以让围岩扰动问题的影响得到有效控制，因此可以让工程项目质量及安全性得到保证，让施工工期得到有效地控制，让工程成本得到控制，也可以让施工人员的身体健康得到一定保证。创新型施工工法实际应用的过程中，可以让炸药能量利用率得到大幅度提升，提升炮眼的工作效率，让掘进速度被控制在既定范围内，节省下来一定数量炸药，施工单位经济效益水平可以得到大幅度提升，空气冲击波强度及振动强度应当被控制在既定范围内。隧道超欠挖问题出现的几率可以得到有效地控制，将爆破粉尘浓度控制在一定范围内，让施工环境得到有效的改善，从而也就可以让施工人员的身体健康得到保护。

6 水压光面爆破技术的优势分析

试点隧道工程使用公路隧道节能型环境水压光面爆破施工技术以来，不断的让钻进爆破设计以及现场作业模式得到改善，不单单可以对生态环境平衡性做出保证，也可以让隧道超欠挖问题得到有效地控制，喷射混凝土超量问题基本没有出现，因此可以让工程项目整体性质量以及施工单位的经济效益水平得到保证。

试点隧道工程围岩等级可以分为III、IV以及V三个等级，其中V围岩占据隧道总长度的17%左右，IV级围岩占据隧道总长度的75%左右，III级围岩占据隧道总长度的8%左右。隧洞穿越地层主要是板岩、灰岩以及片岩，岩性质地坚硬，但是厚度波动比较大，岩层软硬不是十分均匀，褶皱发育，岩体节理裂隙发育，岩石整体的破碎性比较强。因此可以在施工环节当中应用公路隧道节能环保水压光面爆破技术，这一項技术实际应用的过程中，不单单让钻爆方案得到优化调整，也让施工现场作业水平得到大幅度提升。因此可以让环保效果得到保证，也可以让隧道超欠挖问题得到有效地控制，喷射混凝土超量问题出现的几率被控制在一定范围内，施工质量及经济效益水平自然可以得到一定保证。

水压光面爆破技术炮孔当中应用炮泥加上水带进行堵塞，以免在爆破过程当中出现炸药能量外泄问题，炸药能量可以充分的在爆破岩层上发生作用，因此可以让爆破工作的效率得到大幅度提升，而已可以让炸药消耗被控制在一定范围内。

在爆破环节当中，于炮眼当中添加一定数量的水带替代炸药，因为炮孔当中存在一定水资源，在水体当中传播的冲击波基本上不会让水发生压缩，爆炸的能量通过水体传输炮眼围岩当中，基本上不会形成任何能量损失问题，有利于岩石破碎工作的顺利开展。炮孔当中的炸药顺利爆炸之后形成的高压气团会在水体当中形成水楔，水楔相较于气楔来说，发挥出来的作用要明显很多，有利于后续岩石破碎工作的顺利开展，可以让炸药能量利用效率得到大幅度提升，最终让隧道掘进的速度得到一定保证。

社会效益，水压爆破技术实际应用的过程中，首先会在已经开凿好的炮孔当中填充一个水袋，因此可以让炸药使用数量减少，在初次爆炸完成之后，再向炮孔当中填充一定数量的水袋，而后将剩余炮孔使用炮泥回填。炮眼当中的水替代空气作为传播媒介，因此会让炮孔当中的装药结构发生一定变化，堵塞在炮孔当中的水袋，在爆炸的作用下会发生一定雾化作用，将粉尘吸收起来，让爆破之后的粉尘浓度得到有效地控制，也可以让爆炸之后的通风降尘时间得到有效地控制，因此可以对工作人员的身体健康做出一定保证，也可以对周边生态环境平衡性做出保证，最终在我国环境保护型社会构建工作进行的过程中，做出一定贡献。

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