光面爆破技术在东秀隧道中的应用

2020-09-22杨辅军

价值工程 2020年26期

杨辅军

摘要：光面爆破是一种可控制开挖輪廓面的爆破技术，通过合理的控制爆破的作用范围及方向，可使爆破后的岩面光滑平整，岩面裂隙少，岩壁稳定性增加，从而实现超挖、欠挖和支护的工作量的减少。本文以荔玉高速3标段东秀隧道为例，通过现场调研分析总结隧道开挖时的问题，及多次光面爆破试验，不断优化爆破参数，总结出了适合于该隧道Ⅳ～Ⅴ围岩的爆破方案。经过试验可以看出光面爆破可以有效的控制超欠挖现象，还在一定程度上保持围岩的相对稳定，为隧道施工及经济效益带来一定的成效。

关键词：隧道掘进;光面爆破;超欠挖;导爆索

Abstract： Smooth blasting is a blasting technique for controlled excavation profile. Through the rational controlling of the scope and direction of blasting， the rock surface after blasting has smooth， the phenomenon of rock cracking has been decreased， but the stability of palisades has been enhanced， which achieve the reducing workload in over-break， under-break and support. The paper summarizes the blasting scheme adapting to the Ⅳ and Ⅴ adjoining rock by means of the analysis of problem for field survey when tunnel excavated， multiple smooth blasting test， the constant optimizing of blast index. Results of smooth blasting test show that the blasting scheme can effectively control the over-under-excavated phenomenon， and maintain the relative stability of adjoining rock， which can bring some benefits in tunnel construction and economy.

0 引言

在隧道掘进中，最常见的方法是钻孔掘进，但这种常规掘进方法会严重影响周围岩石的稳定性，往往会导致超挖和欠挖，从而大大提高了挖掘的成本。光面爆破能有效地控制围岩表面轮廓，并能保持一个相对稳定的结构，围绕科学技术，在苛刻的爆破施工隧道，地铁等对周边轮廓的效果很好，可周围的异形横截面，从而符合设计要求的比较表面，平坦自由面的规则。

光面爆破对周边围岩造成的扰动相对较小，可以有效地降低应力集中，从而减少应力集中所引起的塌方，这种方法在完整性较好的岩体中取得良好的[1]效果，但在围岩强度较差、岩体较破碎的岩体中，岩石爆破对围岩更容易引起超挖现象，导致支护成本增加。因此，本文针对荔玉高速东秀隧道岩体出现较为严重的破碎，岩石节理的发育等现象，爆破队经过对隧道原有方案的分析及调查，提出合理采用的光面爆破方案并取得较好的效果。此次研究对在破碎岩体条件下的爆破工作如何应用光爆技术控制围岩超挖更具有工程意义和经济意义。

1 工程概况

东秀隧道位于蒙山县新圩镇东南侧约1km处，为分离式长隧道，隧道走向约135°，洞门形式为削竹式，设计时速100km/h。隧道左线起止桩号ZK33+418～ZK35+595，设计长度为2177m，最大埋深约240m，其中Ⅲ级围岩890m，Ⅳ级围岩985m，Ⅴ级围岩320m，其中荔浦端进口明洞20m，玉林端出口明洞17m。隧道右线起止桩号YK33+400～YK35+632，设计长度为2177m，最大埋深约232m，其中Ⅲ级围岩755m，Ⅳ级围岩1065m，Ⅴ级围岩323m，其中荔浦端进口明洞17m，玉林端出口明洞17m。

隧道Ⅲ级围岩共1645m，占总长的37.531%，Ⅳ级围岩共2050m，占总长的46.5%，Ⅴ级围岩共643m，占总长的14.58%，明洞共71m，占总长的1.61%。

2 爆破方案

2.1 原有爆破方案及效果分析

该段高速公路东秀隧道的围岩以Ⅳ级为主，有些位置甚至达到Ⅴ级围岩，主要以砂岩为主，破碎较为严重，节理裂隙比较复杂，施工难度较大。东秀隧道在采用钻爆法施工期间，超挖现象极度严重，严重影响该工程的施工进度及加大混凝土喷射量。因此，应该尽快决超挖严重这一问题。东秀隧道原有爆破方案采用钻爆法施工，并没有采用光面爆破，设计循环进尺3m，采用孔径为40mm的钻头，掏槽孔深度3.5～3.8m，周边孔孔深3.0～3.3m，周边孔间距55～75mm，周边孔单孔装药量达到1.2～1.5kg，掏槽孔装药量在1.8～2.4kg，爆破后掌子面凹凸不平，几乎看不到炮孔痕迹，平均超挖在40～50cm，有些位置甚至超过1m，超挖情况十分严重，周边岩体破损严重影响岩体的自承能力。为后续出渣及混凝土喷射带来较大的工程量，降低了工作效率，对下一个循环装药等带来不便，影响施工进度的同时给工程效益带来一定的影响。效果表明，出现该情况的原因有以下几点：

①周边孔装药炸药单耗偏高。

②布孔方式不合理。主要表现在周边眼没有根据岩性变化而做出相应调整;岩体破碎时，孔距应减小，周边孔孔距一般为55～75cm，孔距过大。

③周边眼装药结构不合理。在岩體破碎条件下周边眼仍采用连续装药结构，未采用间隔装药。

④钻孔质量较差，表现有：①炮眼偏位：由于钻孔班组人员组织能，及钻孔人员在施工过程中没有认真贯彻执行钻爆设计，导致一部分周边眼间距不均匀。②钻机角度不易控制：人工操作凿岩机，由于机身和钻杆的摆动及振动影响，对于周边眼的角度控制难度较大。

⑤围岩情况差：该段围岩基本为Ⅳ和Ⅴ围岩，围岩岩体完整度较差，节理发育，破碎比较严重，增加了光面爆破难度，给炮眼布置、装药量控制提出了更高的要求。实时要根据围岩变化情况对周边眼间距、以及装药量进行调整。

2.2 光面爆破试验方案

面对复杂的地质情况，同时要解决超挖严重问题采用常规钻爆法很难实现。光面爆破，依据光面爆破原理，确定合理的光面爆破参数，同时严格按规定要求打孔，提高钻孔的精度，就可有效的控制超欠挖现象的出现。根据现场岩石类型及节理裂隙情况，不断优化参数，确定适合于循环进尺为3m的东秀隧道Ⅳ～Ⅴ围岩的光面爆破参数，周边孔孔距为35～40cm，采用间隔装药，装药结构如图2所示，将炸药绑在线槽上面或者竹片上，其周边眼的线装药密度为0.13～0.15kg/m。起爆网路连接，由于光爆孔内装药方式采用间隔装药，因此所有光爆孔内装药均应采用导爆索引爆。相邻周边光爆孔起爆的同时性是保证光爆效果的一个重要因素，为确保光爆孔同时起爆，孔外周边光爆孔联网均采用导爆索连接，光面孔连接如图3所示，因原有爆破方案中除超挖严重之外，循环进尺都能达到预期的效果，说明掏槽孔装药量、掏槽方式等是正确的，无需改动。

3 效果及分析

使用光面爆破后，炮孔利用率大大提高，爆后岩壁相对光滑平整（如图4），通过现场爆破效果可以看出光面爆破效果比较显著：爆破后隧道的超挖现象在一定程度得到控制，爆后岩壁比较光滑。与此同时，光面爆破技术不仅可提高隧道开挖的质量，也提高隧道掘进的效率，与此同时，大大减少了喷射混泥土量和时间，缩短循环时间，节约炸药用量，降低掘进成本。为东秀隧道开挖带来了较好的社会和经济效益。因此，通过以上现场光面爆破试验结果表明：

①隧道爆破时，采取不同的爆破方法会产生不同的效果。对于节理裂痕发育的大断面隧道，采用光面爆破法相比普通爆破法在控制超挖现象方面效果更为显著，但光面爆破参数的选择应根据现场地质条件的变化随时随地做出调整和优化。

②光面爆破后，巷道断面成型能达到预期目标，轮廓相对平整光滑，通风阻力相对较小，工作面工作环境比较好;由于爆炸的影响，岩石表面的应力集中现象相对减少，原生岩石的裂缝受爆破的影响减小，围岩依然保持较好的整体性和稳定性，为下一步施工提供强有力的安全保障。

③当周边炮眼不耦合系数较小时，为提高光面爆破效果，达到预期的爆破标准，将药卷切割成几段，间隔分散装药方式进行装药。

④由于光爆孔内，采用间隔方式装药，所以在起爆网路连接时，光爆孔内必须装药均应采用导爆索连接药捐。为了保证周边眼同时起爆，周边眼外联网均采用导爆索确保了光爆孔同时起爆，这种引爆方式可大幅提高了光爆效果。

从光面爆破理论分析，一般认为，炸药起爆时，对岩体产生三种效应：一是应力波反射拉伸破坏所起的作用;二是爆炸气体膨胀做功所起的作用;三是二者共同作用所起的破坏。炸药爆炸后，产生高温高压气体，爆生气体迅速与周边岩体发生碰撞使岩体获得切向拉力，这是造成破坏的主要原因。爆炸产生的高温高压气体膨胀压力作用时间长，在炮孔破裂之前的一段时间内压力较大，这是造成炮孔壁压缩破坏的主要原因。综上可以看出在光面爆破中，是二者共同作用，我们要充分理解光面爆破原理，在实际工程中结合原理与现场情况合理施工，从而达到所预期的效果。

4 结论

依托荔玉高速标段东秀隧道为工程背景，经过多次光面爆破试验，不断优化光面爆破参数，提出适合于Ⅳ～Ⅴ围岩的大断面隧道爆破开挖的光面爆破方案如下：

①在围岩条件复杂，岩性比较差时候，钻爆法施工会带来严重的超欠挖现象，严重影响工程的各项指标。光面爆破可以有效的控制超欠挖。

②合理的光面爆破参数是决定爆破效果的重要条件，一个合理的参数需要理论和实践的多次论证。

③针对荔玉高速3标段东秀隧道提出的光面爆破方案，经不断现场试验的优化，在隧道掘进中炮孔利用率比之前大大提高，周边孔炸药消耗由试验前的0.4kg/m，降低到0.12～0.15kg/m，超挖现象得到有效的控制，充分说明爆破参数的合理性。

④爆破参数不是固定不变的，要时刻注意巷道所处围岩岩性及地质情况的变化情况，对爆破参数作出合理的调整。

5 应用心得

通过荔玉高速东秀隧道光面爆破技术的试验与应用，证明了在岩体较为破碎，节理裂隙发育的条件下，只要结合实际，不断优化参数设计，按照一定的规则要求施工，光面爆破技术能得到较好的应用并能取得良好的经济效益。同时施工过程中要注意如下事项：

5.1 钻孔质量

钻孔质量是决定爆破效果的关键性因素，周边孔的角度控制不好就会造成超、欠挖，影响周边轮廓的平整度。

5.2 加强施工队伍的管理

要处理好与施工方的关系，施工队伍决定了整个爆破的成败，必要时对主要的施工人员做一些专业的培训，使他们对相关知识有一定的了解，不是在光凭借经验去施工。