公路隧道光面爆破施工技术研究

廖大成

（上海金山公路建设有限公司，上海 201599）

1 工程概况

岭庵山隧道处于福建省泉州市永春县境内，为分离式公路隧道。隧道左洞长度为3.002km，右洞长度为3.007km，左右洞均为特长隧道。其中左洞Ⅱ级围岩1053m、Ⅲ级围岩1101m，右洞Ⅱ级围岩920m、Ⅲ级围岩1255m。

该线路属东南沿海断块隆起区的闽中掀斜隆起区，根据地质调绘及钻探结果：隧道洞身围岩为微风化凝灰熔岩、花岗岩，属坚硬岩，岩体较破碎—完整；进出口段附近为中风化凝灰熔岩、花岗岩，为较坚硬岩，岩体破碎—较破碎，对隧道洞身围岩的稳定较有利。

2 施工工艺

根据围岩特点，隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面施工，光面爆破的方式进行开挖。

光面爆破施工流程是：选定爆破方案—依据爆破方案设计布眼—凿岩台架就位—钻眼—装药—起爆—通风、出碴—记录、检查爆破效果—修正爆破参数设计—进入下一道工序。

2.1 测量放样布眼

钻孔前，先测设出隧道断面中线位置，水平标高，使用全站仪将两侧拱脚、拱腰及拱顶位置测量准确，并用红油漆将隧道轮廓线标识在掌子面上，按直角坐标（或其他测量方法）将钻爆设计炮眼布置在开挖掌子面上。

2.2 钻炮眼

使用自制折叠式钻孔台架，人工操纵YT28 风钻钻孔，台架用装载机运至掌子面，位置调整准确后，斜撑加固。

在钻孔时，严格按技术交底要求作业，力保每个钻孔都与隧道轴线平行，准确控制周边眼的位置及外插角准确。

2.3 装药爆破

装药前先清孔，使用高压风吹出岩渣。划分区域，固定专人，各自熟记每个炮眼的起爆段别和装药结构，按爆破设计装药平行作业。

周边眼按设计装药结构，在洞外用竹片绑扎，加工成串，后期改为在炮棍上用红油漆作间距标记，使用导爆索联火雷管反向装药，炮棍推送小药卷乳化炸药至设计位置。

每孔装药完成后，用炮泥堵塞孔口，堵塞长度不小于30cm。

2.4 起爆网络联结与起爆

起爆网络采用簇联法，每孔导爆管牵出后就近分束，分别捆绑于同段雷管上，之后把分束导爆管的牵头并联捆绑于一个火雷管上，留足导火索长度，所有人员撤离至安全距离。爆破员、安全员检查确认无误后，发出起爆信号，点火起爆。

2.5 通风

爆破后，先通风排烟。之后，作业人员进入工作面，使用有毒气体测试仪对作业面空气质量进行检查，并检查爆破情况，使用钢钎清除拱部危石；挖掘机进入工作面，清理洞碴。

2.6 出碴

使用挖掘机结合装载机清碴，根据运输距离合理安排自卸汽车，将爆破出的洞碴运至弃碴场。

3 光面爆破钻爆设计

3.1 爆破参数设计

岭庵山隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖的方式，隧道开挖总断面面积约为80m，采用光面爆破的方式进行爆破。

3.1.1 炮眼直径：人工操纵YT28 风钻钻孔，孔径为φ42mm。

3.1.2 炮眼深度：L 为3.1～3.7m，炮眼平均深度按3.5m 计算。

3.1.3 每立方米岩石炸药耗用量：根据类似工程的相关经验及设计的围岩情况，该项目Ⅱ、Ⅲ级围岩掘进每立方米岩石炸药耗用量取值为1.2kg/m。

3.1.4 如图1 所示，工作面炮眼数量确定为148 个。

图1 全断面开挖炮眼布置图

3.1.5 炮眼数量计算（复核）

式（1）中：q——炸药单耗，kg/m；

s——掘进断面积，m；

η——炮眼利用率，取0.85；

m——每卷炸药长度，m；

a——炮眼平均装药系数，取0.68；

b——每卷炸药重量，kg。

计算布置炮眼数量为154 个，所以取炮眼数量为

148 个是合理的。

3.2 炮眼装药量

爆破作业一次总装药量计算：

式（2）中：Q——爆破一次总装药量，kg；

K——爆破每立方米岩石所需要炸药量，

kg/m；

L——炮眼深度，m；

s——隧道断面积，m；

η——炮眼利用率，取0.8～0.95。

Q=K×s×L×η=217.56kg

掏槽眼：Q 孔浅=L×a11×P/m=1.21kg/孔

Q 孔深=L×a12×P/m=2.42kg/孔

辅助眼：Q 孔2=L×a2×P/m=1.89kg/孔

底眼：Q 孔2=L×a2×P/m=2.16kg/孔

周边眼装药密度：q=0.25kg/m

每孔装药量：Q 孔=q×L=1.08kg/孔

3.3 装药结构

3.3.1 爆破装药方式：掏槽眼、底眼均采用连续装药形式，周边眼、辅助眼采用间断装药形式，起爆雷管装在孔底反向起爆。

3.3.2 炮眼堵塞：为减少爆破能量损失，装药孔均应用炮泥堵塞，不得采用包装材料代替。配合比为1∶3 黏土和砂子，掺2%～3%食盐，以水配制，干湿适度，先轻捣压实，后用力捣实。周边眼堵塞长度不小于0.3m。

3.3.3 炮眼装药、堵塞及起爆

周边眼及辅助眼采用不连续装药结构，其中周边眼为导爆索连接传爆，其他炮眼采用底部放置非电毫秒延时雷管反向起爆装药结构，采用导爆管传爆。炮眼起爆采用非电毫秒延时雷管分段起爆，使用1，3，5，7，9…15 段，起爆顺序为：

掏槽眼—辅助眼—周边眼—底板眼。装药示意图如图2 所示。

图2 装药示意图

3.3.4 施工注意事项

（1）该炮眼布置图仅为示意图，施工中要根据具体的围岩情况，调整周边眼的间距及最小抵抗线。

（2）施工中，根据爆破效果及时调整单孔装药量及炮眼间距，为提高光面爆破效果，建议在周边眼除设置毫秒雷管外，再加入导爆索，以提高光面爆破效果。

4 光面爆破质量保证措施

建立健全的爆破质量管理体系，在爆破设计、爆破施工方案、光爆控制指标、施工组织等方面严格把关，并在施工中做好以下几点。

一是保证钻孔质量、装药结构，充分利用激光指向仪定向功能。钻眼时先钻正顶孔，使顶眼孔沿坑洞轴向钻进，之后由顶端向两侧拱腰逐一钻孔。周边眼必须达到“直、准、平、齐”的标准，确保风钻孔上仰角及外插角准确性，同时保证各孔底落在同一平面上。周边眼使用导爆索实现间隔装药，绑扎竹片或通过炮棍上的标记，使周边眼线装药结构及装药量等符合设计要求。

二是及时记录炮眼布置、孔内装药量及爆破效果，由爆破技术员跟踪记录每茬炮的炮眼布置及孔内装药量。爆破后检查爆破效果，根据开挖后洞型，周边眼残眼率，炮眼利用率、洞碴块度、掌子面地质素描等评价每班爆破效果，并填写“光面爆破技术分析表”。

三是推行岗位责任制，对施工中存在的问题，定期以书面报告的形式向管理层和作业班组提出指导意见，提高现场管理人员和施工人员的素质。通过岗位责任制加强检查和监督，推行施工质量和劳材耗费与施工人员经济利益挂钩。

四是实行“定人、定位、定机”的岗位责任制。在钻孔过程中，严格做到“不钻残孔、不钻石缝、不钻软夹层、不钻破碎带”。

五是根据掌子面的实际情况，及时调整钻眼深度，确保钻眼孔底基本落在同一垂直断面上。

5 影响隧道光面爆破效果的因素

5.1 地质条件

受岩石结构的影响，隧道掌子面围岩情况变化较大，影响光面爆破效果。

5.2 钻孔设备

凿岩设备主要为风钻和简易钻孔台架，人工操作有一定的难度，受拱腰、拱脚处的眼位和钻进方向台架位置限制，存在人为操作的随意性，周边眼的位置控制不严格等现象。

5.3 炸药品种及装药结构

炸药与岩石之间声抗阻不相匹配，炸药猛度过大对炮眼壁产生过量破坏。光面爆破机理为周边眼孔内均匀间隔装药，爆破后产生强大的冲击波，使相邻的两炮眼之间形成贯通裂缝，开挖面轮廓较光滑平整。在施工现场有时周边眼采用连续装药，药卷直径大，炸药猛度大，导致拱腰以下部分爆破效果较差，开挖轮廓模糊。

5.4 爆破设计不当

周边眼间距设计不合理，孔内装药结构不均匀分布，周边眼与内圈眼之间的距离（抵抗线W）过大造成欠挖、过小造成超挖；另外，设计时忽视了台车架位置对布孔的影响，使部分炮眼不能按设计要求布置。

5.5 施工操作不当

台车架高度变化处钻孔方向向上或向下偏斜过大，角炮、底板眼存在布孔、装药随意性等，导致底板面不平整，拱脚超挖明显。

5.6 施工管理重视不够

大多数管理人员仅注意施工进度和方案的合理性，在工序的衔接上加大了管理力度，开挖作业则基本上是直接交给风钻班控制，从而失去了对作业工人的引导、管理和制约功能。作业班组表现出来的则是一种被动的、墨守成规、随机作业的行为模式，当然这中间有作业人员的素质问题，但归根结底还是现场管理人员不够重视造成的。只有认识到问题的严重性，明确开挖质量标准，相互监督，不断改善施工工艺，才能达到提高开挖质量的目的。

6 光面爆破施工中存在问题的思考

6.1 爆破参数调整问题

隧道内围岩变化复杂，围岩的节理、裂隙发育情况不一，在实施光面爆破的过程中，需要根据实际情况及时调整隧道爆破参数，以确保取得较好的光面爆破效果。

为了真正做到“石变我变”，保证光爆设计的实施、光面爆破的质量，确保隧道不坍塌。

6.2 火工品的管理问题

6.2.1 在实施爆破的过程中，需要严格按照各项规程，确保项目火工品存储、运输、使用、回收各个环节的绝对安全。

6.2.2 可能有局部未能有效使用的雷管、炸药被弃置于隧道的弃渣场内，如何采取有效的措施确保此部分雷管、炸药能被及时发现并有效回收，也是隧道爆破管理的一个重要的方面。

7 结语

在隧道工程实施过程中，有效地控制光面爆破施工质量，对隧道后期的初期支护、防排水、衬砌等工程质量起到较好的作用，加快了隧道的施工进度，并节约了施工成本。