光面爆破在隧道施工中的应用和分析

张志强ZHANG Zhi-qiang

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030000）

0 引言

新半坡隧道为渝怀铁路增建二线Ⅳ标项目的一条隧道，位于贵州省铜仁境内，实施光面爆破围岩主要为灰岩夹白云岩，围岩级别为Ⅲ级。弱风化坚硬岩，薄～中厚层状结构。节理裂隙发育，多为密闭节理，岩体切割成大块状。地下水主要为基岩裂隙水、岩溶水，基岩裂隙水主要赋存各类结构面中，水量不大，岩溶水主要赋存与各种岩溶管道中。

光爆实施过程中，项目制定了《渝怀三分部光面爆破管理规定》定期对作业人员和管理人员考核，提高了大家的积极性，保障光面爆破工作高质量、高标准、持续快速的开展。

1 工程概况

新半坡隧道位于贵州省铜仁市环北境内，进行光面爆破里程为YDK524+460.2～YDK524+161.3，为Ⅲ级围岩，设计开挖断面45.04m3/m。最大埋深约在95m～210m。围岩主要以弱风化坚硬岩，薄～中厚层状结构，质较软，表层易风化剥落，层间结合较差，层状软弱面（或夹层）已基本被破坏。岩层产状为N65°W/25°SW，差密度：2.4g/cm3、内摩擦角45°、基本承载力350kPa、基底摩擦系数0.45。节理裂隙发育，多为密闭节理，岩体切割成大块状。该围岩岩层斜发育，质较软，节理裂隙发育，光爆难度较大，据此光爆参数采取加密周边眼、周边眼间隔装药，采用导爆索起爆，爆破效果较好，超挖较小，轮廓面较圆顺。

2 光面爆破方案

2.1 光面爆破设计

本隧道Ⅲ级围岩采用控制振速爆破技术以全断面方式人工钻爆掘进，采用气腿凿岩机钻孔。为减小爆破对围岩的扰动，控制爆破轮廓，采用加密周边眼、多打眼、少装药的施工措施。

①Ⅲ级围岩断面爆破设计图，见图1。

图1 Ⅲ级围岩断面爆破设计图

②钻孔参数表，见表1。

表1 Ⅲ级围岩全断面开挖钻孔参数表

③周边眼采用间隔装药，导爆索起爆，每孔装1 卷药，将药卷分为3 段，采用竹片捆绑，采用导爆索将分段药卷连接起来，并将每个周边眼采用导爆索同一方向连接至起爆雷管上。装药结构如图2 所示。

图2 装药结构示意图

2.2 光面爆破参数优化

在隧道开展光面爆破岩层为石灰岩夹白云岩，节理比较发育，光面爆破后整体轮廓不圆顺，存在局部围岩破碎不成型的状态。在施工过程中根据爆破效果先后调整炮眼间距、装药系数、周边眼外插角等参数。周边眼间距控制在35cm，装药系数由原来0.45kg/孔改为0.3kg/孔，辅助眼距周边眼间距略大于周边眼间距，间距由70cm 改为75cm、底板眼装药系数由原来0.6kg/孔改为0.45kg/孔提高了爆破轮廓完整性。先后经历4 次优化和多次细节调整。

2.3 最佳光爆技术参数

通过一系列优化后，最终确定爆破参数。该岩质Ⅲ级围岩全断面最佳光爆参数统计如表2。

表2 Ⅲ级围岩全断面最佳光爆参数表

3 经济参数分析

根据光面爆破的现场统计数据对比，在相同开挖断面面积、炮眼布置和钻孔深度的前提下，炸药单耗量、超欠挖、补炮数量、喷射混凝土、二衬混凝土以及出渣时间、喷砼时间几个方面有所节约。新半坡隧道实施光爆技术施工299m，经成本核算隧道节省各项费用如下：

①炸药、雷管。

新半坡隧道进口在Ⅲ级围岩段展开光面爆破，实施光面爆破后共计开挖299m，施工100 个循环。光面爆破前后对比每循环爆破节省炸药10.8kg，节约雷管2 发、炸药的单价是每公斤6.7 元，每发雷管单价4.5 元。在新半坡隧道进行光面爆破期间炸药、雷管共计节约8136 元。

②喷射混凝土。

喷射混凝土超耗率由原来109.56%减少为70.02%，喷射混凝土490 元/m3。新半坡隧道在YDK524+460.2 ～YDK524+161.3 段设计喷射砼为4.17m3/循环，由此可以推算出，该隧道在光面爆破阶段喷射砼共计节约成本为80790 元。

③二衬混凝土。

新半坡隧道采用光面爆破技术后隧道超欠挖得到有效的控制，使后续二衬混凝土超耗率明显降低，在YDK524+456.8～+333.5 施工段落合计123.3m，二衬混凝土超耗率由原来50.4%降至29.2%。二衬C30 混凝土380 元/m3，每延米二衬混凝土设计方量7.12m3。经计算，该隧道在光面爆破阶段二衬砼共计节约成本为70722 元。

④喷砼时间。

使用光面爆破所采用光面爆破后爆破轮廓比较圆顺，周边围岩完整性显著提高，在节约了喷射砼的同时减少了喷砼时间，平均每循环节约时间35min，在光面爆破阶段共计施工100 个循环，合计节约时间58.32h。

⑤其他节约。

通过进行光面爆破，提高了工艺水平以及作业工班积极的态度，相比较之前，补炮次数明显较少，出渣时间也有小幅度减少。通过调整周边眼的爆破参数，提高了开挖后轮廓的完整性，对平均线性超挖控制在10cm 以内。

4 爆破效果

4.1 爆破后参数统计

采取优化后爆破参数，循环进尺、炮眼残留率、两排炮错茬尺寸、总用药量、平均线性超挖值、最大超挖值等方面有所改进。

光爆效果统计表，如表3 所示。

表3 光爆效果统计表

4.2 爆破后效果图

图3 爆破后效果图

①爆破后轮廓线较完整，对周边围岩扰动小。炮后炮痕明显，炮眼残存率较高，通长周边炮痕清晰可见、轮廓比较圆顺。②在周边眼打眼时，控制外插角，保障每排炮之间炮痕错台5cm 左右，整体轮廓较圆顺，无明显凸起及坑洞，两排炮连接处过度平顺。③通过光面爆破，提高开挖后轮廓完整性，在减少喷砼料超耗的同时，初支面较之前更加平顺。

5 光爆实施有效管理措施

①对于直眼掏槽光面爆破，要控制好临空炮眼的位置和间距，临空炮眼位置在中心线处，排列整齐，确保临空炮眼中心基本在一竖直线上，炮孔间距15cm；打钻过程中严格控制钻孔偏差，尽量贴近设计成孔。②对于斜眼掏槽光面爆破，控制要点在于掏槽眼角度和深度，角度过大不能发挥掏槽效果，角度过小则造成两边掏槽眼互相交叉，不能实现设计进尺，要求严格控制入钻角度，保证两边对应掏槽眼尾部相差20cm 左右，既能满足掏槽效果，又能达到设计进尺要求，同时扩槽眼的入钻角度应渐进增加，每排增加9°左右，避免扩槽孔尾部与掏槽眼尾部厚度过大，影响爆破效果。③周边眼装药是控制光爆效果的关键，无论直眼掏槽还是斜眼掏槽，周边眼均采用不耦合导爆索药串间隔装药方式，并采用炮泥封堵钻孔口，及时根据爆破半孔率调整周边孔装药量，不断提高光面爆破效果。④控制钻孔外插角的关键在于起钻，三臂凿岩台车操作手应根据围岩硬度、掌子面入钻处平整度等因素调整钻孔方法。施工中，首先调整台车推进梁与隧道轴线平行，呈水平状态后，只移动台车大臂，不调整推进梁，根据台车显示屏上的炮孔图，移动台车大臂将钻杆顶在开孔位置后调整至设计外插角就可以起钻，钻眼时要根据钻眼位置围岩的平整度及时调整施钻方法，可先开一个10～30cm 的浅孔，以固定钻头防止偏滑，再沿该孔以设计的钻进角度施钻。

6 结束语

总结以上并结合渝怀铁路项目属地的材料价格进行分析，经济效益十分明显。①直接经济效益。火工品节余和喷射混凝土超耗量降低。在新半坡隧道进行光面爆破期间炸药、雷管共计节约8136 元；喷射砼共计节约成本为80790 元，二衬砼共计节约成本为70722 元。两项合计，隧道每延米结余413 元。②间接经济效益。大益于围岩稳定，全面提升隧道整体施工质量，规避了后期缺陷整治；节省作业时间，光爆实施前、后的一个循环用时平均减少35min；线性超挖减少，相应的出渣量减少，运输成本也明显降低。

综上所述，通过对隧道光面爆破施工为项目带来了直接和间接的巨大效益，并为后续全环作业的标准化施工创造了条件，针对不同地质隧道施工，光面爆破还需在实践中不断总结、完善，使其更加操作，带来最大经济效益。