高铁隧道光面爆破技术控制与应用

杨 军

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 引言

隧洞开挖爆破技术选择或技术应用不当，不仅影响工程掘进效率，事关工程建设质量和施工操作安全，也一定程度影响工作综合效益。作为控制爆破类型的一种，光面爆破技术得到较为广泛的应用［1］，铁路隧道洞身开挖的技术也取得巨大成绩，对隧道洞身开挖光面爆破要求越来越严格，重要的是确保了施工的安全性、缩短了施工工序，提高了施工效率，使得洞内美观，开挖轮廓圆顺，开挖面平整。

2 工程概况

贵南高铁广西段2 标九万大山二号隧道位于贵州荔波县与广西环江县交界，隧道全长6199m，进口位于荔波县捞村，出口接下坪双线中桥，隧道内线路纵坡为人字坡，进口端为1815.559m 的 1.27%上坡，出口端为 4383.441m的0.81%下坡，最大埋深约453m。隧道出口段主要以Ⅱ类、Ⅲ类、围岩为主，施工方法Ⅲ类以全断面法开挖、上下台阶法开挖；隧道洞身通过灰岩、白云岩的可溶岩地层，段落长3605m。

3 控制测量

测量人员首先必须认真、仔细；所用仪器经纬仪、水准仪及标尺、全站仪在使用前必须检校；测量工作中的各项计算均应由两组独立进行，计算数据进行核对，准确无误后使用；控制测量必须在确认桩点稳固、可靠后进行［2］。

在九万大山二号隧道出口施工中，首先在每个洞口应测设不少于3 个平面控制点和2 个高程控制点，进洞后每隔几十米用全站仪加设控制点以便使用；在开挖断面测量时，首先必须认真算好五层台尺寸 （净空尺寸）和水平偏角；在放净空尺寸时，拱顶一般放大 5～10cm，边墙放大5cm，以免隧道沉降而造成断面欠挖；在曲线测量时，一般以半径2500m 推算偏角；当隧道开挖一段距离时，应在已初支的隧道拱顶和边墙每隔10～30m 布设水平收敛点；施工中应进行洞内外观察，观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；净空变化，拱顶下沉量测在每次开挖后12 小时内取得初读数，最迟不得大于24 小时，在下一循环前必须完成。预留变形量见表1。

表1 预留变形量 （cm）

4 钻爆技术控制

4.1 钻爆设计要求

（1）开挖进尺

上台阶最大钻孔深度L=0.5*7=3.5m，掏槽眼钻孔深度3.5m，周边眼、内圈眼及辅助眼3.2m。

（2）周边眼间距

结合隧道Ⅱ、Ⅲ围岩，间距取 40～50cm。

（3）光爆层厚度

隧道Ⅱ、Ⅲ围岩 W=50～70cm。隧道Ⅱ、Ⅲ围岩辅助眼环向间距通常控制在0.6～1m，则辅助眼层间距在0.6～1.2m；且遵循环向间距和层间距按由内向外逐渐减小的原则布设。内圈眼间距按不小于周边眼的抵抗线考虑。底板眼设计参数为孔间距 0.8～1.2m，距离二台眼 0.8～1m，当底板眼位于隧道仰拱底部开挖轮廓线时，孔间距一般为 0.5～0.8m。

上台阶总药量：上台阶钻孔深度为3.2m，爆破总药量为：Q=KSL=0.9*（77.82*3.2）=224.12kg；K 单位炸药消耗量，综合考虑取 0.9kg/m3，S 上台阶面积77.82m2，L 炮眼深度3.2m。

（4）上台阶总孔数

除周边孔外，按公式计算上台阶轮廓线长度22.6m，周边眼间距 45cm，孔深 3.2m，装药集中度取 0.19kg/m，得到周边孔数量 22.6/0.45=50个，周边眼总药量 50*0.19*3.2=30.4kg；上台阶总药量 224.12kg，代入可得 76 个，总孔数：50+76=126 个。下台阶及仰拱装药量和炮孔数量可参考上台阶进行。

周边孔采用不耦合间隔装药结构，其余孔采用连续装药结构；上台阶装药原则如下：掏槽孔一般按0.8～0.9 倍孔深连续装药，周边孔按装药集中度计算单孔药量，内圈眼按0.6～0.7 倍孔深连续装药，辅助眼按0.7～0.8 倍孔深连续装药，底板孔按0.7～0.8 倍孔深连续装药，下台阶和仰拱具有良好的临空面，装药量适当减小。

（5）起爆网络

隧道爆破使用导爆管非电起爆网络，起爆顺序为掏槽眼-辅助眼-内圈眼-周边眼-底板眼［3］。

4.2 正洞 （Ⅲ）爆破设计

以九万大山二号隧道出口正洞小里程爆破优化设计 （Ⅲ级围岩）为例：

（1）采用两台阶法施工，上台阶开挖高度约7.7m，宽度约 14.6m，炮孔布置图如图1、图2所示，雷管延期时间如表2 所示。

图1 九万大山二号隧道出口正洞小里程炮孔平面图

图2 九万大山二号隧道出口正洞大里程炮孔剖面图

表2 二号隧道出口正洞小里程数码雷管延期时间表

（2）下 台阶 开 挖 高 度 约 2.80m，宽 度 约14.6m，钻孔深度为4.6m。炮孔布置图如图3 所示，炸药使用量如表3 所示。

图3 二号隧道出口正洞小里程下台阶炮孔平面图

表3 二号隧道出口正洞小里程下台阶炸药使用统计表

4.3 泄水洞钻爆设计

以九万大山二号隧道泄水洞爆破设计为例：

九万大山二号隧道泄水洞采用全断面法施工，台阶开挖高度约5.26m，宽度约4.7m，炮孔布置图如图4，雷管延期时间如表4 所示。

图4 九万大山二号隧道泄水洞炮孔布置剖面图

表4 九万大山二号隧道泄水洞数码雷管延期时间表

5 爆破效果

光面爆破效果如图5、图6 所示。

图5 二号隧道隧道出口正洞光面爆破效果

图6 二号隧道出口泄水洞光面爆破效果图

6 质量控制

6.1 技术措施

钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、机具、爆破材料和出渣能力综合考虑；根据围岩特点合理调整周边眼间距及周边眼最小抵抗线，围岩软弱破碎，周边眼间距去小值［4］；严格控制周边眼装药量，并使药量沿炮孔长度合理分布；周边眼与辅助眼的眼底应在同一垂直面上，保证开挖面平整，但掏槽眼比辅助眼眼底深10-20cm。当开挖面凹凸较大时，应根据实际情况调整炮眼深度，并相应调整装药量；对内圈眼的爆破参数应严格控制，防止围岩过度龟裂；斜眼掏槽的炮眼方向，在岩层层理或节理发育时，不得与其平行，应呈一定角度，并尽量与其垂直。

6.2 质量保证措施

实行 “定人、定位、定机、定质、定量” 五岗位责任制，分区按顺序钻孔；严格控制周边眼间距及最小抵抗线厚度，并使周边眼尽可能打在轮廓线上；周边眼钻孔严格按照 “平、直、齐、准” 的要点，利用长短钻杆控制钻眼角度及错台；“平” 就是周边眼应彼此平行，深度一般不比其他眼深；“直” 就是各炮眼均应垂直于工作面，实际中，周边眼不可能与工作面完全垂直，必然有一个角度，控制在2%-5%的斜率外插，眼底不得超过开挖断面轮廓线10cm；“齐” 就是炮孔孔底要落在同一铅垂面上；“准” 就是钻眼位置要准确，偏差不应大于3cm；装药必须在技术人员的指导下由专人进行装药，并严格堵塞炮泥；工人在钻眼时，应及时将前方围岩变化情况反馈给技术人员，以便技术人员及时调整炮眼间距和装药量；装药前应将炮孔内的泥浆吹洗干净；现场应真正的做好 “石变我变”，及时准确的修正钻爆设计和调整钻爆参数，保证光爆质量；对工班严格执行光爆考核制度，一循环一考核，每循环记录一次。

7 结语

在隧道里采用光面爆破技术能够解决过大超欠挖的问题，并降低爆破对围岩的扰动，使其整体安全性有较大的提升。但因隧道岩石具有较为复杂的力学特性，因此在施工时除了需要掌握洞身开挖技术，认真搞好测量工作外，还需打好光面爆破，控制好超欠挖，提高了隧道的安全系数。掌握钻爆技术，并对其加以施工质量控制，对整个隧道施工作用明显。本文以贵南高铁广西段2 标九万大山二号隧道的光面爆破施工为研究背景，论述了光面爆破技术的应用及施工控制，从现场爆破来看，采用上述方法的贵南高铁广西段2 标九万大山二号隧道光面爆破施工效果良好。