光面爆破技术在隧道施工中的应用

2021-11-26都基海

设备管理与维修 2021年20期

都基海

（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

1 工程概况

根据铁路规划方案，新建牡丹江至佳木斯客专为沈佳铁路工程的重要组成项目，全长371.622 km，新建线路长度367.190 km，设计时速250 km/h。据统计，该线路共有隧道34座，总长为63.732 km，地质情况较为复杂，其中Ⅲ、Ⅳ级围岩范围大，约为40 718 m，占隧道围岩全长的63.9%。经反复讨论，隧道开挖掘进施工采用光面爆破施工技术。

2 光面爆破

2.1 光面爆破实质

在开展开挖掘进作业的断面轮廓线上布置炮眼后装药，连接井巷轮廓线，进而达到爆破效果。其中，布置炮眼时要确保炮眼间距相同且相互平行，采用低密度、低爆速炸药，装药时要使得每个炮眼中的药量相同，提升爆破效率和保证施工安全。

2.2 光面爆破机理

相较于预裂爆破法，光面爆破法在周边轮廓线上需要布置的炮眼数量较少，在软岩、中硬岩隧道爆破施工中应用较多。在光面爆破过程中，各个平行炮眼应在同时起爆，但考虑到起爆器材和人员安排等诸多因素，各平行炮眼并不是全部在同一个时间点发生爆炸，而是炮眼先产生细微径向裂隙，进而形成贯穿裂缝。之后，在应力变化的影响下岩石下降、平衡裂隙扩大和应力波的传播，确保围岩的稳定性，形成平整光滑的爆破面。

3 光面爆破方案设计

3.1 上台阶光面爆破设计方案

3.1.1 炸药的选择

为了保证爆破面平整光滑，控制爆破作业对围岩稳定性的影响，谨慎考虑和选择轮廓线周边眼填充炸药，应选择低密度、低爆速的炸药，而针对掏槽眼和辅助眼应选择效果较好的炸药，采用高密度、高爆速炸药，提升爆破施工的效率与安全。其中，需注意的要点有：

（1）充分分析各类炸药的特性，本工程隧道施工炸药均采用铵梯炸药，并控制装药密度，从而达到控制各类孔不同的爆破效果。铵梯炸药是一种混合型的炸药，主要组成原料有硝酸铵、梯恩梯和木粉等，这种类型的炸药适宜露天及井下作业，在中硬岩石爆破施工中应用广泛，化学性质稳定，对冲击、摩擦以及火花的灵敏性差，安全性较高，抗水能力较低，易与空气中的水汽及其他水发生反应，出现结块现象，影响爆炸效果，但对其进行烘干和碾碎处理后，可再次使用。基于此，在隧道施工中，常常添入适量的石蜡材料及沥青，将其制作为抗水性炸药[1]。

（2）为保证各类孔的爆破效果，本光面爆破方案设计中分别对各类孔的装药密度和装药系数进行规定，其中底眼、掏槽眼与辅助眼采用满装的方式，装药系数1；缓冲眼的装药量为60%，装药系数0.6；轮廓线上周边眼的装药量为20%～30%，装药系数0.22。

（3）考虑到通常情况下炮眼直径要比药卷直径大，其中标准药卷直径多在32～35 mm，而对应的炮眼直径就要超出药卷4～7 mm，以保证爆炸效果。在隧道爆破施工中采用光面爆破施工技术，应加强炮眼直径和药卷直径的控制，轮廓线上周边眼采用小直径药卷，提升爆破施工的稳定性，以避免出现拒爆情况。

3.1.2 爆破参数的选择

根据实际情况，炮眼直径D 确定为40 mm，断面面积为81.3 m2，预定炸药单耗q 为0.9 g/m3。分循环实施爆破开挖作业，每循环作业量为3.5 m，共使用炸药255 kg。

3.2 炮眼的布置

3.2.1 掏槽眼

本光面爆破方案共设计4 组掏槽炮眼，呈对称分布，掏槽的形式为楔形，炮眼直径D 为40 mm。炮眼布置时，应确保炮眼与断面成60°夹角，深度达到设计要求，即为300 mm。装药密度为满装，装药系数为1，采用直径为32 mm 标准药卷，控制药卷长度，即达到360 mm，每个掏槽炮眼需要装入10 节药卷，满装需要3.3 kg 炸药，4 组掏槽炮眼总装药量为26.4 kg。

3.2.2 周边眼

本光面爆破方案共设计45 个周边眼，装药密度为掏槽眼装药的20%～30%，装药系数0.22，采用直径32 mm 标准药卷，控制药卷长度，即达到360 mm，计算出炮眼深度为3.8 m 共需要应用到的药卷，每一周边眼采用60%装药密度共需要0.33 kg炸药，45 个周边眼总装药量为14.85 kg。

周边眼的相关指数：①直径40 mm；②眼孔间距400～640 mm；③最小抵抗线400～800 mm。经计算，当周边眼孔间距a 为500 mm 时，周边眼最小抵抗线为500 mm。

3.2.3 辅助眼

本光面爆破方案共布置51 个辅助眼，装药密度为满装，装药系数为1，采用直径32 mm 标准药卷，控制药卷长度，即达到360 mm，计算出炮眼深度为3.5 m 共需要7 节药卷，满装装入炸药，每一辅助眼共需要炸药2.31 kg，51 个辅助眼总装药量为117.8 kg。

经计算，当辅助眼孔间距a 为700 mm，辅助眼最小抵抗线为700 mm。

3.2.4 缓冲眼

本光面爆破方案共布置26 个缓冲眼，装药密度为60%，装药系数为0.6，采用直径为32 mm 标准药卷，控制药卷长度，即达到360 mm，炮眼深度为3.5 m。每一缓冲眼需要炸药1.65 kg，26 个缓冲眼总装药量为43 kg。

经计算，当缓冲眼孔间距a 为700 mm，缓冲眼最小抵抗线为700 mm。

3.2.5 底眼

本光面爆破方案共设计26 底眼，装药密度为满装，装药系数为1，采用直径为32 mm 标准药卷，控制药卷长度，即达到360 mm，计算出炮眼深度为3.5 m 共需要7 节药卷，满装装入炸药，每一底眼共需要炸药2.31 kg，29 个底眼总装药量为60.6 kg。

与其他炮眼布置不同的是，底眼孔间距较大，布孔方式也不一样，一般情况下布置间距为1000 mm，分两排完成作业，但是在实际底眼布置中要根据具体的施工情况灵活处理。

3.3 起爆方式

根据装药形式的不同可以将炮眼分为掏槽眼、缓冲眼和周边眼3 种，起爆方式的选择也可以此为参考，遵循“延期爆破”的爆破原则，按照“掏槽眼→辅助眼→底眼→缓冲眼→周边眼”的爆破顺序，兼顾爆破效果与爆破安全双重效益[2]。

3.4 装药结构

根据不同的炮眼类型设计装药结构，其中周边眼装药结构设计为空气间隔分节装药，控制相邻两个药包的间距，设计间隔，避免药包出现串动而影响爆破效果。值得注意的是，若井巷道中存在瓦斯等危险气体，要做好安全设计，采用安全导爆索，再实施起爆作业。图1 为周边眼装药结构。

图1 周边眼装药结构

掏槽眼、辅助眼及底眼的装药结构设计为反向装药，该装药结构增加了爆炸生成气体的停留时间，从而达到提升爆破效率、破碎岩石、降低大块岩石的出现概率等爆破目的。图2 为辅助眼与底眼装药结构。

图2 辅助眼与底眼装药结构

3.5 炮孔堵塞长度

设计炮孔堵塞主要目的是保持爆炸生气气体汇集，提升炮眼与炸药利用效率，避免出现冲泡与爆破不足的现象。应结合各类孔不同特点确定堵塞长度，经过反复研究和讨论，本工程隧道光面爆破施工各类孔堵塞长度均设计为0.2 m。

4 钻爆施工

4.1 钻孔

钻孔作业采用YT28 风枪，严格遵守钻孔布置方案与施工规范实施作业，具体技术要点有：①不同炮眼的钻孔深度与对孔误差之间存在一定的差别，但都应该按照设计要求确定钻孔深度，控制对孔误差，如掏槽眼深度为300 mm，其眼孔误差应控制3 cm 以内；②根据及时开挖情况调整炮眼深度，使得辅助眼、缓冲眼、周边眼、底眼等炮眼底处在同一个垂直面上，掏槽眼特殊处理；③根据炮眼布置图纸开展钻孔验收作业，验收合格后才能进入下一道工序[3]。