供水隧洞施工中光面爆破技术的应用

古志军

（深圳市广汇源水利建筑工程有限公司，广东 深圳 518020）

1 工程概况

供水隧洞全长23.65 km，其中1#～5#隧洞为典型的城门洞型无压隧洞类型，6#隧洞为直径5.2 m的圆形有压隧洞型式。供水隧洞穿越低山丘陵区及火山岩地层，包括页岩和灰岩，地层构造稳定，风化程度较强，隧洞出入口第四系覆盖土层厚度大，构造断裂主要向东北、西北向延伸，并与隧洞轴线呈30°以上夹角，断层破碎带宽度不足2 m，节理裂隙和构造断裂相同，且以陡倾角为主，较强风化岩体裂隙多为泥质充填，对隧洞稳定性存在潜在的不利影响。

2 光面爆破设计

2.1 爆破参数整体设计

根据本供水隧洞围岩特性进行爆破参数的选取，并按照所确定的参数进行半孔率与炮眼轮廓平整度测量以及爆破实施效果的测定，依据所测定结果、围岩力学强度、地质构造等确定供水隧洞围岩光面爆破掏槽眼、辅助眼及周边眼装药量、装药结构、孔深、孔距等爆破参数，见表1。最小抵抗线是光面爆破层周边眼与相邻辅助眼的距离，通常应不小于光面周边眼间距[1]。

表1 光面爆破参数选取

2.2 光面爆破实施要点

2.2.1 炮孔个数

本供水隧洞工程光面爆破炮孔个数N按下式确定：

式中：S为设计开挖断面面积，m2；F为隧洞围岩坚硬系数。

根据式（1）可得，本工程光面爆破开挖掏槽眼10个，辅助眼13个，周边眼26个。

2.2.2 炮眼间距

炮眼装药量确定，随着孔距的增大，相邻炮眼间连线的拉应力将小于隧洞围岩抗拉强度极限值，从而出现炮眼轮廓不平整、欠挖等问题。而孔距的减小增加工程量的同时，还会引发相邻控烟间围岩的过度粉碎。为此，必须控制好炮眼间距及其与抵抗线的比例，根据结构面围岩情况，参照同类工程光面爆破施工经验确定好炮眼间距参数值，并根据围岩性质适时调整。

2.2.3 炸药类型及用量

硝铵低速膨化炸药通过硝酸铵溶于水成为膨化硝酸铵后再按配比掺入燃料油、木粉制成，性能优良而稳定，材料本身安全性高。爆破间隙的控制有助于加强隧洞围岩稳定性，通常情况下，随着炸药猛烈度的增加，爆炸冲击围岩引发裂隙越多，炸药爆炸力和装药密度越大，爆炸气体作用于隧洞围岩后产生的裂隙越多。可见，光面爆破技术应用过程中，周边眼尽可能选用猛烈度低、爆炸力低且装药密度小的爆破模式，但是这种处理又会降低起爆敏感度和爆裂的稳定性。为此必须在猛度、爆炸力、装药量和起爆敏感度、爆裂稳定性之间寻找最佳的均衡点，保证爆破效果。本供水隧洞工程围岩光面爆破选用细药卷间断装药结构，以达到降低炮眼冲积和爆炸气体对孔壁的压力[2]。

炸药用量按下式计算：

式中：q为每m3供水隧洞围岩开挖所对应的炸药用量，kg；S为围岩断面开挖面积，m2；f为围岩坚固系数，是围岩抗压强度的1/10，通过查询隧洞工程详勘报告而得；k0为考虑到炸药爆裂力的矫正系数，取k0=525/p，其中p为爆裂力，本工程选用硝铵低速膨化炸药爆裂力p取320 mL。

各炮眼装药量Q计算如下：

式中：Y为单位长度炸药重量，kg/m，掏槽眼、辅助眼、周边眼分别取0.45 kg/m、0.36 kg/m和0.10 kg/m；L为炮眼深度，m；N为炸药装填系数，掏槽眼、辅助眼和周边眼分别取0.8、0.7和0.75。

根据式（3）求得掏槽眼、辅助眼、周边眼装药量分别为2.25 kg、9.75 kg和 1.50 kg。

周边眼装药结构见图1。

图1 周边眼装药结构示意图

3 光面爆破施工及质量控制

3.1 布置炮孔

本供水隧洞工程光面爆破共布置炮孔49个，其中周边孔25个，孔距40 cm，辅助孔13个，孔距80 cm，掏槽孔10个，孔距80 cm，爆破中心设置楔形掏槽，循环爆破过程中单次进尺1.5 m，炮孔的布置见图2。周边孔在光面爆破效果控制中作用十分关键，本工程先根据类似工程进行炮眼间距、抵抗线、装药量、起爆方式等参数设计与试验，根据隧洞围岩爆破试验效果以及所确定的残孔率及轮廓平整性进行爆破参数的调整，以实现最佳的爆破效果。本工程最终爆破参数设计取值见表1。

图2 炮眼布设示意图

3.2 爆破次序与起爆间隔

在周边眼并未同时起爆的炮眼单独作用情况下，很容易出现爆破漏斗，影响炮眼轮廓平整度，加剧切割面的不平整性，为确保隧洞围岩光面爆破技术实施效果，必须选择导爆索和瞬时电雷管，保证周边眼同时起爆[3]。

本供水隧洞采用导爆索和瞬时电雷管一次性起爆，爆破次序为：掏槽眼→辅助眼→周边眼，单位起爆过程中起爆炮孔数和药量必须合理配置，不宜过多，掏槽眼、辅助眼和周边眼起爆次序安排见表2。

表2 炮眼的起爆次序

周边孔起爆时间应滞后于邻近孔至少150 ms，掏槽孔起爆时间间隔为50 ms，掏槽孔下方的辅助孔比掏槽孔起爆时间滞后80 ms，上中下方辅助孔依次起爆的时间间隔为50 ms、50 ms和80 ms。周边孔比辅助孔起爆时间应滞后120 ms，且周边孔之间起爆时间间隔为150 ms。

3.3 隧洞内排气通风

本工程隧洞开挖按支洞分段进行，隧洞洞线大，单头掘进长，故隧洞内的通风排气是光面爆破施工重点之一，为加强排气通风，待单头掘进至950 m时在隧洞内布设直径300 mm的排气管和轴流通风机进行双管排气，为达到上管排风、下管进风的目的，应将上下通风管间距设置为60 cm，且于通风管中部加设一台吸出通风机，通过隧洞内外空气的对流加快工作面排气通风。

3.4 不断优化爆破设计

按照隧洞爆破设计实施爆破后必须进行阶段性效果检查，如超挖欠挖是否符合规范；周边眼钻爆轮廓是否平顺，进尺是否达标等，对检查结果进行分析，如未达到设计规范，必须调整相应设计参数，确保爆破施工效果。

4 结语

本供水隧洞光面爆破技术的应用保证了爆炸能量沿炮眼均匀布设，使得爆炸结束后隧道轮廓线平整圆滑，在周边炮眼内充填硝铵低爆速膨化炸药，有效减轻爆炸气体及动力对围岩的冲击破坏作用，隧洞顶拱处孔痕率达90%，明显超挖欠挖现象并未出现，完全符合工程隧洞光面爆破设计规范。同时，导爆索和瞬时电雷管及硝铵低速膨化炸药的恰当应用大大减少了工程超挖与衬砌工程量，使施工进度提前，有效节省造价，经济效益显著。