基于引水隧道光面爆破施工技术分析

＊安卫龙

（32302部队50分队 北京 101400）

引言

我们常说的爆破就是按照工程所需在某一点合理的利用炸药的能量对工程进行爆破处理，在很多的建筑类工程以及路桥工程中，使用爆破技术能在某种程度上减轻工程的工作量，提升工作效率。而光面爆破作为一种新的爆破技术，对于加快建设进程，降低工程成本有着较好的作用。光面爆破在实际的使用中主要会借助炸药产生的巨大为力对某一物体实施损毁的一个过程，有的业界学者也将其称之为密眼小爆破技术。在实施光面爆破的过程中对于爆破参数的选择应当结合工程实际本身进行合理科学的设计，按照计算得出的装药量再进行爆破程序。光面爆破技术实施后对于物体不会产生巨大的破坏，基本保持原样，能够有效提升爆破的轮廓质量，加上后期工程维护量较小，能够帮助加快工程的建设进程。本文将简要探索四川凉山州民主电站引水隧道施工过程中使用的光面爆破技术，经过实践证明，光面爆破能够提升工程进度，减少成本投入，保证爆破质量。

1.光面爆破施工技术基本原理

隧道光面爆破是爆破技术的一种延伸，合理应用可提高施工操作的安全性，在隧道掘进施工过程中，使用科学合理的爆破参数和施工方法对某一段工程进行处理，在煤矿、隧道、地铁以及一些地下空间有着较好的运用，使地应力的集中得到有效减弱，达到爆破后轮廓线符合设计要求。应用光面爆破技术可促进对围岩的扰动得到有效降低，所以需要对临空面平整规则进行控制，要求在此基础上不断提高施工进度，对分区分段微差爆破进行优化，技术运用于Ⅲ级围岩隧道开挖施工中，以此提高施工安全性和稳定性。

我国隧道施工随着经济的增长数量也在逐渐增多，光面爆破施工技术凭借其自身的优势已经被运用在很多的隧道工程施工中。相比较普通的爆破技术，光面爆破的优势体现在以下几点：（1）对于隧道内部的超挖工程有一定的减少；（2）爆破后隧道内部整体质量较高，有较好的轮廓；（3）实施爆破后产生的裂缝较小，后期维护工作量小，性价比较高；（4）能够提升工程速度，降低成本，保障施工安全。除此之外，一般爆破施工技术实施的过程中，爆破产生巨大的动力难免会对地下水有一定的影响，而光面爆破施工技术能够很好地解决这一问题，保证隧道内部岩石的稳定性，减少震动和碰撞，避免水的渗透[1]。

隧道内部的岩石的抗拉强度远小于抗压强度，光面爆破工程在实施的过程中主要使用到的爆破器材有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管以及导爆索等，对于炸药的选择也有一定的要求，需要达到低爆速、低密度、低猛度、高爆力、传爆性能好等特征，起爆之后岩石会受到拉应力的影响作用产生裂缝。对于深孔药包的放置点需要在同一半径的位置之内，同时向炮孔周围进行释放，应力彼此抵消，避免对隧道整体的平整有一定的影响。

2.光面爆破参数的选择

炸药在发生爆炸时会有力效应产生作用于岩体，在岩体所具有的极限抗拉强度小于该拉力的情况下，岩体便会有裂缝产生，在爆炸气膨胀作用力下，所有炮眼所产生的冲击波均表现为向其四周做径向传播，同时光面爆破会有一定的切向拉力产生，以此形成一个较为平整、光滑的爆裂面。

(1)炸药及装药结构的选择

光面爆破施工技术在实施之前，需要结合工程的实际情况针对性的进行设计，保证光面爆破最终能够达到预期效果。而爆破与周边孔的质量之间有着较强的关联，周边孔爆破质量的高低决定光面爆破的效果。周边孔爆破质量要求需要达到一定的标准，同时对于隧道内部的环境能够不受光面爆破的影响。爆破的过程中难免会对周边的环境以及岩石等方面产生作用力，为了使这种破坏力减至最小，需要对炸药及装药结构进行合理的设计。常用的爆破炸药有2#岩石铵锑炸药或乳化炸药，分为φ25mm、φ32mm两种规格，结合凉山州民主水电站周边环境的实际影响因素以及引水隧洞围岩的特点，炸药的选择上首先考虑的是2#岩石抗水硝铵炸药，2#岩石抗水硝铵炸药的爆炸速度较快，能够达到3200m/s，具有成本较低，应用可靠等优点。民主水电站隧洞围岩属于硬岩类的玄武岩，因此，在装药结构的设置上应当首先考虑的是装药结构的顺序不同。采取不耦合分层装药的方式，将炸药卷一定的排列顺序均匀的铺装在竹片上，进行引爆，并使用黏土堵塞跑空底部，提升炸药的使用效率，同时对于隧洞围岩周围的环境不会产生较大的影响[2]。除此之外，还应注意采用间隔装药的方式，按照一定的距离分散装药量，为了克服孔底部位的阻力，孔底应放置1～2卷的标准药卷，以增强其作用，使光爆层能够比较容易地脱离岩体。

(2)不耦合系数的选择

不耦合系数的选择标准需要结合炮孔直径以及药卷直径比值进行选择，一般取值范围为1.0-2.0。结合水电站的实际情况，选择不耦合系数为1.0的范围之内。炮卷直径在一定的范围之内，不耦合系数会随着直径的增加而变大，不耦合系数与孔壁之间缝隙有一定的关联所在，会促使其与空气产生反应，降低冲击波压力，提升整体爆破工程的质量[3]。巨炮孔和不耦合系数呈现的实质正比例关系,炮孔和药卷的基础直径形成的比例基础的系数是1.0，相关项目设计人员要对基础的不耦合系数进行实际化的测算,还需要注意合理选择项目中的耦合系数,参数需要控制在1.4-2.0，在此基础上进行微量增长判断,保证后续工作开展的安全性和稳定性。同时，需要对爆破技术进行控制，保证整体结构的安全性和稳定性，如不耦合系数的选择在岩石抗压强度较大时取小值。

(3)周边孔距E和最小抵抗线W的选择

周边孔距E比与最小抵抗线W是爆破施工中的重要参数，它们两者之间的比例关系随着岩性的不同有相应的变化，同时也受到孔深装药结构的影响作用，孔炮直径、岩性和装药量等参数有一定的关联性，爆破施工之后隧道内部成型不规整、不光滑；如果孔距过小，凿岩费用增加，无形之中会给整个施工增加成本预算，因此，周边孔距E的选择应当是炮孔直径的10-20倍进行选择。最小抵抗线W是表达药包中心或重心到最近自由面的最短距离，与岩石阻力和爆破作用力等方面有着较为密切的关联，同时也是爆破作用主导方向的一个决定性因素。最小抵抗线W的选择应当结合光层面的厚度以及周边孔到邻近辅助眼之间的距离，在这个中间取一个适当的值作为最小抵抗线W。最小抵抗线W的值不能过大或者过小，过大会对爆破周围的爆破层产生一定的影响，产生大块或者是留底根；如果抵抗线过小会在爆破反射波的作用力下，导致围岩遭到破坏，影响施工周围环境的稳定性，产生超挖形成凹凸不平的壁面。

周边孔距E和最小抵抗线W的比值与炮孔密集系数有一定的关联，密集系数过大时，实施爆破之后容易出现隧道内部出现空挖现象，很难达到预期效果，密集系数过小容易产生超挖形成凹凸不平的壁面。结合民主水电站工程的实际情况来看，工程围岩属于IV类围岩，加上节理裂隙发育，因此应当对炮孔进行加密处理，周边孔距E和最小抵抗线W的比值应选择最小值。周边孔距E为45cm，最小抵抗线W为55cm，炮孔密集系数为0.82。

(4)炮孔深度和单孔装药量的选择

炮孔深度与爆破之后产生的冲击波有一定的影响作用，炮孔越浅，爆破之后冲击波释放出来的能量越大，反之则不同。在实际的工程操作中，多装药能够帮助提升爆破效果，但是多装药也存在一定的缺陷，会造成工程造价增加，同时，巨大的药量会加大对于工程周边环境的影响，围岩的稳定性变差等。炮孔深度装药的过程中应当注意用炮棍将药卷送入炮孔，使药卷接触并捣紧，最大药卷之间空隙不得超过2cm，避免弄破导爆管，同时堵塞长度不能小于30cm。结合民主水电站工程的实际情况和笔者多年的实践经验，本工程的炮孔深度应大于1.2m，炮孔深度在1.2m-1.8m之间属于浅炮孔的范围之内，能够释放出更多的能量，减少工程造价问题，炮孔深度在2.5m以上会增加装药用量，增加成本。

3.光面爆破施工技术的方案确认

引水隧洞工程因地质条件具有复杂性，在施工过程中为了进一步降低工程的正常施工成本，需要充分了解并掌握技术作用基本原理，根据工程实际情况提高爆破效果，使光面爆破技术能够得到有效应用。同时在引水隧道挖进施工中，需要合理应对超欠挖问题，在此基础上进行详细、科学的光面爆破设计，结合光面爆破技术有效提高施工安全性，使相关参数能够得到有效控制，但在应用需要对充分结合工程实际情况和施工经验，精细、慎重实施操作。

以引水隧洞存在的具体特点作为根据，需要对子面围岩状况进行控制，严格执行新奥法施工原则，选用合理的爆破器材和装药结构，掏槽形式应合理选择爆破器材和装药结构，在施工之前必须按照相关计算公式进行详细计算，包括周边眼间距、炮眼密集系数等，在此基础上结合工程实际地质情况优化施工方法和工艺，以此对毫秒雷管最大段的用药量进行信息数据深度优化，根据实际情况进行合理选择。在爆破方案的选择上，因此对炮眼数量、装药量进行精确计算，确定光爆中的炮眼、装药量，对爆破效果产生直接影响，在炮眼直径d为42mm的情况下，E=（10～12）d=（10～12）×42=420～504mm，炮眼密集系数K需控制在越0.8，确定炮眼数量和装药量保证施工的安全性。

4.光面爆破施工技术控制

(1)爆破设计

①炮眼布置

在炮眼布置过程中，可分为3排进行小间距布置，掏槽眼需要选择使用直孔掏槽，辅助孔主要分2层进行布置，以炮眼的布置原则作为根据，周边孔使用的间隔装药，使其能够处于泥质岩层或软弱夹层的区域中。同时，应对各类炮眼布置进行参数调整，布置掏槽眼、周边眼等内容，掏槽孔内部设置10个炮孔、外层则需要设置16个炮孔，最后布置掘进眼，由内孔引爆索来起爆整体。

②装药结构

在装药过程中周边眼选择使用连续装药结构，长度控制在＞30cm，药卷的直径设置为准32mm，使用泥砂将眼口堵塞好，保证技术的完整性。同时，为了能够进一步促进整体工程的运行发展，联结方式可选用并联，炮眼为40mm口径，而装药不耦合系数则可以设置为1.9，起爆的方式选用毫秒管传爆，通过毫秒管引爆器引爆，有效地运行引水隧道光面爆破工艺的推进。

(2)炮孔施钻

炮孔施工钻孔如不平整，主要原因则在于精确度不够，60%取决于钻孔质量，因此炮孔施钻的过程中应当做到“准、直、平、齐”四个要素，辅助眼和掏槽眼的角度应当按照相关的技术要求和要领进行实施，保证光面爆破能够达到设计要求，注重装药等因素确保操作技术的规范性，为光爆施工带来基础性保障。

(3)堵塞

堵塞程序的使用最终的目的是帮助光面爆破能够达到预期效果而进行的一道程序，相关人员要在炮孔内添置站土或者是细砂,对炮孔进行堵塞是应当选择含水量15%-20%的黏土，工作人员将混合物集中添置于孔隙的底部,将细沙黏土混合物放入堵塞的部位然后进行钻屑的回填，保证整体的装药部分和空气实现必要的间隔，使堵塞效果充实饱满,减少不必要的阻隔现象。同时，回填钻屑之间需要控制距离，主要目的是隔绝空气，延长爆生气体的作用时间[4]。堵塞时应当保证其密封性，避免出现空洞或者是阻隔的现象，除此之外，还需要保证导向管属于正常范围之内，不能砸断或者是砸破。

(4)爆破顺序及方法

爆破顺序的选择可以选择多种爆破方式进行，一般采用筒行掏槽法与平行空心孔掏槽法进行，起爆方式选择光面爆破或者是普通爆破都能达到较好的效果，光面爆破的优势主要体现在当炸药开始爆炸之前就有较好的起爆机会，起爆距离越大，越有助于炸药起爆。因此，可以结合工程实际情况进行起爆方式和方法的选择，确保能够有效的时间和场地之内将炸药的性能发挥出来。民主水电站在爆破顺序和方式上选择的是10段延发爆破，主要的目的是保障炸药起爆时对于岩壁和围岩周围的环境产生较小的影响，同时采用不耦合装药方式，使周边孔爆破时有预期的自由面，降低整体爆破的震动破坏影响。

(5)降低超欠挖

光爆参数为光面爆破技术应用效果的主要决定因素，为了控制超欠挖施工工艺，需要从管理方面入手，施工队伍人员的专业水平必须符合要求，通过试验确认光面爆破参数，以此对超欠挖进行有效控制，保证整体施工的安全性和稳定性。同时，在围岩均选择使用光面控制爆破技术的过程中，需要分区装药及钻孔，所以需要对超欠挖进行开展定员定岗设置，相关人员在执行中必须对钻孔位置、深度、装药量等进行严格控制，从而提高工程的整体效果。

5.结束语

任何技术的运用都需要必要的技术支持,四川凉山州民主水电站引水隧道光面爆破施工现场较为复杂，结合工程本身使用光面爆破技术，能够有效地减少爆破工程给周边环境带来的影响，同时还降低了超欠挖的施工风险，将工程能够按期交付。光面爆破施工过程中对于各项参数的选择都应当以工程本身为主，建立高质高效的工程项目，制定和选择适宜的参数，同时工程监管人员要强化技术控制,注意施工技术的控制，为工程的稳定提供保障，且施工技术人员和单位应不断完善自身技术的需求，以此为我国爆破施工提供更加优质的服务。