隧道光面爆破技術研究

周建軍

（中鐵六局太原鐵路建設有限公司，山西 太原 030013）

近年來，在高速發展的鐵路建設中，在多山地區的隧道工程施工就變成一個重要的組成部分，而且隧道工程相對橋梁、路基、站場工程來說有它的特殊性：一般地質條件都比較復雜而且很難預測，完工后隱患不易察覺，這就必須在施工過程中控制好每道工序，嚴把質量關。因此，如何科學地根據現場隧道地質條件，確定詳細爆破施工方案、合理設計隧道開挖的爆破參數，對提高工程質量以及線路貫通運營后的安全具有重要意義。

1 新柏崖頭隧道工程概況

隧道位于山西省太原市剝蝕侵蝕中山區，地勢陡峻，植被較好，地面標高888～1 260 m以上，相對高差約370 m，隧道出、入口處均位于石灰巖層，隧址處工程地質條件較好。隧道起止里程為DK21+435.00～DK22+745.00,為全長1 310 m的單線電氣化鐵路隧道。隧道最大埋深約347 m，隧道進口端位于R=2 000 m的緩和曲線上，出口端位于直線上，隧道設置人字坡，坡率依次分別是 9.8‰，3.0‰，-3.4‰。

2 光面爆破的特點

光面爆破是先爆除主體開挖部位的巖體，然后再起爆布置在設計輪廓線上的周邊孔藥包，將光爆層炸除，形成一個平整的開挖面，是通過正確選擇爆破參數和合理的施工方法，達到爆后壁面平整規則、輪廓線符合設計要求的一種控制爆破技術。隧道全斷面開挖光面爆破，是應用光面爆破技術，對隧道實施全斷面一次開挖的一種施工方法。它與傳統的爆破法相比，最顯著的優點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩定，確保施工安全，同時，又能減少超、欠挖，提高工程質量和進度。

3 光面爆破方案的確定

目前，鐵路隧道光面爆破施工有兩種方法：一種是預留光爆層法；一種是全斷面一次性開挖法。

根據施工現場洞口DK21+435~DK21+450段為Ⅳ級圍巖的實際情況，為了不破壞洞口圍巖的穩定性，同時考慮爆破飛石的影響，開挖采用臺階法施工，進洞后的Ⅱ、Ⅲ級圍巖均采用全斷面一次性開挖法。

由于新柏崖頭隧道Ⅱ級圍巖占隧道全長95%以上，以下主要以Ⅱ級圍巖為主闡述全斷面光面爆破施工。

新柏崖頭隧道選用的是2號巖石乳化炸藥，由于其不含任何單位炸藥和有毒物質，爆速值高、炮煙少、藥物形態較硬、不黏手、抗水性強，且在有效期內指標變化幅度遠較同類產品稍小，具有良好的爆炸性能。

圖1 全斷面法開挖炮眼布置示意圖

圖2 掘進炮眼布置及掏槽眼剖面示意圖

4 爆破方案設計

4.1 爆破參數選擇

光面爆破受多種因素影響，包括圍巖強度、整體性、節理、層理等地質因素，現場圍巖地質結構千變萬化，爆破參數進行現場設計動態調整。以同一類圍巖經試爆取得的技術參數作為初步依據，每一循環爆破作業都要根據上一循環爆破效果，以及本循環圍巖特征進行適當調整，選擇一組最佳技術參數。上一循環是下一循環的預設計和試爆破。

嚴格控制周邊眼的裝藥量，采用合理的裝藥結構，盡可能地使藥沿藥眼長均勻地分布，這是實現光面爆破的重要條件。

在光面爆破中，炮眼間距E、最小抵抗線W、炮眼密集系數K、裝藥密度q是相互制約的。

4.1.1 光爆層厚度（B）

光爆層厚度就是周邊眼最小抵抗線，它與開挖的隧道斷面大小有關。斷面跨度大，光爆眼所受到的夾制作用小，巖石比較容易崩落，光爆層厚度可以大些，斷面小，光爆眼所受到的夾制大，光爆層厚度可以小些，光爆層的厚度與巖石的性質和構造也有關，堅硬巖石光爆層可小些，松軟破碎的巖石光爆層可大些。

4.1.2 周邊眼密集系數

周邊眼密集系數K是周邊眼間距（E）與光爆層厚度（B）的比值，是影響爆破效果的重要因素。

K=E/B

為了加快施工進度，新柏崖頭隧道采取減少打眼的數量,周邊眼間距大一些，但在炮眼密集系數不變的情況下，最小抵抗線也要增大，由此導致周邊眼裝藥量的增加，造成炮眼周邊局部巖石擾動過大，影響圍巖的穩定。鑒于隧道開挖斷面約45 m2，跨度不大，光爆孔所受巖石夾制作用較大。中硬巖光爆孔間距E取52 cm，最小抵抗線W取60 cm，光爆孔密集系數K取0.87。

4.1.3 裝藥量計算

光面爆破裝藥量的計算，只要是確定周邊眼光爆層炮眼裝藥集中度，即以kg/m表示，一般采用實驗方法取得或從同類工程中選取。

q=QaB

式中：q：裝藥量集中度，kg/m；

Q：單位體積耗藥量，Kg/m3；

A：周邊眼間距，m；

B：光爆層厚度，m。

通過現場試驗和施工經驗數據，用計算法校核，確定q=0.15～0.25 kg/m。

4.1.4 裝藥結構和起爆方式

光面爆破采用不耦合裝藥，炮眼裝藥按裝藥集中度計算出的藥量均勻裝入炮眼內。根據隧道圍巖性質和經驗，新柏崖頭隧道不耦合系數取1.25，即炮眼直徑40 mm，裝32 mm的藥卷。

4.1.5 光面爆破的分區起爆順序

順序為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。采用多段微差起爆（由內向外）。主爆區使用非電毫秒雷管，順序為：光爆層的光爆眼用導爆索一次同時起爆。

4.2 裝藥量分布及光面爆破參數表

見表1。

表1 單線Ⅱ級圍巖全斷面光面爆破炮眼藥量分配表

5 結束語

通過中鐵六局太原鐵建承建的新柏崖頭隧道的過程施工控制，總結出了隧道開挖作為隧道施工的龍頭、質量、進度、安全、效益等無不與之密切相關，開挖符合要求，支護才有一個順利的保證基礎。

實際施工爆破方案的實施與理論爆破方案計算出的爆破參數有較大的差異。如何通過理論研究進一步驗證該工程中實施的爆破方案是否為最優控制爆破方案，將是下一步繼續研究的內容。

[1]鐵路隧道工程施工技術指南TZ204-2008中國鐵道出版社出版發行15113.2828.

[2]江新錫.隧道（上、下冊）中國鐵道出版社ISBN978-7-113-01992-1/TU.432.