光面爆破技术在碎裂岩层隧道开挖中的应用

白建山

一、引言

光面爆破技术被广泛应用于路桥工程及基础设施建设工程中。在人口密度大的南方城市此类工程偏多，受南方地区丘陵地貌影响，公路工程的建设往往要修建隧道。由于隧道工程在整个项目中占的产值百分比往往偏高，隧道工程的质量好坏对整个工程影响很大。采用光面爆破技术对隧道围岩进行开挖，可以大幅度减小爆破对围岩的扰动，保证隧道围岩的完整性和自承载能力，并形成光滑的轮廓面，符合岩石力学理论新奥法的要求。达到既保证施工进度，改善作业环境，又保证施工质量，并节约成本的目的。磨岩山隧道围岩情况复杂，需要通过现场试验来指导爆破施工。根据施工经验，光面爆破一般采用两种方式，即预留光爆层法和全断面开挖法，全断面开挖法一般用于断面较小的中小型隧道的开挖，预留光爆层法则一般用于大断面隧道开挖。

二、光面爆破施工原理

光面爆破，主要针对隧道开挖轮廓超欠挖和平整度控制的爆破技术，通过周边眼、掏槽眼、辅助眼、底板眼布置，利用起爆顺序的微差时间形成临空面，采用压顶式爆破，达到理想效果，并采用不连续不耦合装药、雷管分段位布设、专用红线导爆索形式装药结构，达到周边眼同时起爆，分散装药量，降低对围岩的扰动，减少对周边围岩的破坏，从而获得光滑、平整岩面的施工技术。在地质条件确定的情况下，爆破参数选择的合理与否是影响光面爆破效果的关键因素，施工过程中要严格按照爆破参数施工炮眼，并根据围岩情况随时进行动态调整爆破参数，以保证光面爆破的效果。

磨岩山隧道最大埋深深度为79m。隧道左右洞都采用的是“一”字坡的方式进行设计，根据工程的实际情况以及施工的需要，本工程中选择使用的是钻爆施工工艺来进行。

三、影响光面爆破的主要因素

1.地质因素

由于工程的地质构造复杂，围岩节理发育，分层明显，开挖应采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工方法，以“多打眼、少装药”为原则，尽可能避免对隧道围岩的扰动、破坏。一般情况，中硬以上岩石（f＞8），若其整体性好、节理裂隙不发育、风化不严重，其光爆效果好；若岩石的整体性差、节理裂隙发育、层理多且其走向与设计开挖轮廓线走向不一致，会导致局部掉落及顺层遛塌，从而造成超挖，此部分量随支护时间延迟而增加，因此及时初喷、挂网支护尤其在页岩施工中显得非常重要。

2.爆破参数

在地质条件确定的情况下，爆破参数选择的合理与否是影响光爆效果的关键因素。如掏槽方式不合理，直接影响掏槽爆破效果，从而影响其他孔的爆破效果。炮孔间距和抵抗线过大，爆破后轮廓线的平整度就差，超欠挖也较大；装药密度过大，易造成轮廓线岩石破坏较严重，影响围岩的稳定，且超挖严重，半孔率低；线装药密度过小，则达不到光爆的效果，欠挖严重，需进行二次爆破，造成更大的浪费；一般要求周边眼不耦合系数为1.2～2，在孔距较小情况下一般取大值，其值过大或过小都会影响光爆效果，特别是影响半孔率。

3.堵塞

在装药量、装药结构和不耦合系数确定的情况下，堵塞时要保证堵塞物不小于40cm，否则，会造成周边眼欠挖，影响光爆效果。

4.起爆间隔时间

辅助眼和掏槽眼微差间隔爆破，隔段使用雷管，辅助眼和周边眼微差间隔时间1～2个段别，底板眼同周边眼宜同时起爆，间隔时间过长或过短都将影响光爆质量，要求起爆连接系统逐段引发，严禁私自乱接。否则会造成哑炮，严重者更是爆破失败，引发安全隐患。

5.施工因素

影响光爆效果的施工因素主要有炮孔定位误差和钻孔角度误差。一般要求炮孔平面定位误差不大于5cm，否则将直接影响开挖轮廓线的效果，定位误差是造成欠挖的主要因素。钻孔角度误差（外插角、水平角角度误差），钻孔误差是造成超挖的主要原因，此误差随进尺而增大，在一次开挖中挂口时需收缩定位，形成超欠平衡，合理运用规范要求。

四、光面爆破参数设计

1.装药结构和起爆形式

在进行炮眼装药时，以装药集中为标准，将药量均匀地装入到炮眼里面。将半个标准药卷放置在炮眼底部，这样可使底部炮眼的阻力得到较好的克服。

2.Ⅴ类围岩开挖、爆破设计

V类围岩受断裂影响和构造节理的影响较小，且围岩质地坚硬，抗风化能力较强，因此V类围岩可使用全断面开挖的方法进行施工。在爆破过程中，四周岩体“挟持”作用会影响爆破效果，掘进进尺控制为3.5m，设计最小抵抗线W=70cm，K=E/W=50/70=0.71，周边眼眼距E=50cm，炸药量为386kg。设计炮眼数量为207个。

五、施工方法及工艺

1.放样布眼

钻爆作业最为重要的就是进行掌子面布孔。首先，测量工作人员根据工程的具体需要来进行位置的确定，此时可以使用全站仪来完成。然后在使用红色油漆画出清洗的开孔轮廓线，并且根据设计的具体要求来布置好红点来确定孔位。由专业人员进行上述数据的检测，全部正确之后就进行放样，根据爆破要求来调整其参数，保证最终的爆破效果。

2.调整钻眼装药率

如果开挖面的凹凸度较大，炮眼深度就需要具体分析，可以适当地改变，但是应该保证所有的炮眼都处于同一平面上。钻眼完成之后，要检查其炮眼与设计位置是否完全相符，经过检查之后合格才能将所有的炸药装入，然后进行爆破施工。

3.炮眼的布置

首先应该将槽眼清理干净，保证炮眼的方向与岩体某一特定的位置层理是垂直的。与其他的眼比较，槽眼深度需要更深20cm。对于不同岩体性质要选择不同的布置方式，这就需要具体问题具体分析。

4.台车定位、钻孔

本隧道工程中选择使用的是台架钻眼的施工方式，首先应该将掌子面清理干净，从而保证台架可以与掌子面稳定接触。钻孔的过程中，周边眼的外插应该严格控制尺寸，太大或者太小都会影响后续工作的进行，对于整体的爆破效果影响也比较大。

5.清孔装药

装药前必须要保证眼孔的内部清洁度符合要求，如果其内部存在石硝、岩灰或者积水等杂物，可以使用相应的设备清理干净，然后检查炮眼的深度、直径、角度等参数是否符合要求。严格的按照设计图进行分类，并且根据其结构形式选择最佳的装药方式，雷管要安装在指定的位置上，不能混装。

6.连接起爆网络、起爆

根据本工程中的起爆顺序以及间隔的时间选择采用复式网络的起爆网。起爆实施之前，应该详细地检查导爆管起爆法的各个连接位置是否准确可靠，按照每束所包含爆管不超过15根的要求来进行连接使用。

六、安全防护

1.飞石控制防护措施

在爆破施工中控制爆破飞石应考虑以下措施：

（1）炮孔用岩粉或黄泥填塞，保证孔口堵塞长度和加强堵塞质量；

（2）严格按设计和具体地质条件选择单位炸药消耗量和填塞长度，利用地形地质条件，避免炮孔布置在地质弱面或断层、裂隙上；

（3）合理的起爆模式，每个炮孔都具备侧向自由面和延迟起爆时间。

2.振动控制措施

（1）根据爆破区域的实际环境情况采用诸如数码雷管爆破、打减振孔等积极的爆破减振技术。

（2）进行爆破振动测试，根据振动测试数据，控制最大段药量，合理选择毫秒间隔时间。

（3）根据被保护物与爆源的相对位置，确定合理的抵抗线方向和起爆顺序。

3.冲击波控制措施

隧道内应加强警戒，所有人员撤离到警戒线外，躲避冲击波的伤害。隧道掘进在小于 100m 时，警戒范围为暗洞洞口 100m 内；隧道掘进大于100m 时，安全警戒点为暗洞洞口周边。

4.有毒气体

隧道爆破后，需做好排气通风工作（通风时间不少于30min），并确认安全后，经现场指挥员批准方能进入作业区，并采取通风以外的其它消烟和检测措施，确保每次入洞人员的安全。

七、结语

综上所述，光面爆破施工方法节省了施工成本，保证了施工质量和施工安全，值得类似工程借鉴和参考。