光面爆破技術在隧道施工中的應用研究

伍 燦,張 濤

(中南航空港建設公司,湖南衡陽421200)

光面爆破技術起源于1950年瑞典，1952首次在加拿大應用。它是一種控制巖體開挖輪廓的爆破技術，是通過一系列措施對開挖工程周邊部位實行正確的鉆孔和爆破，并使周邊眼最后起爆的爆破技術，由于該技術具有使巷道成形規整、符合設計輪廓、不產生或很少產生爆震裂隙、生成的新巖面能保持原有的穩定性、巖體的承載能力不下降等優勢，因此在隧道工程應用較為廣泛。

1 實例工程概況及爆破相關參數

陳家山隧道是陜西至四川巴中重要輔助通道，該路段起于寨坡鄉四埡，止于魏家壩，隧道全長3 km，其地質情況以變質砂巖為主，光面爆破對圍巖擾動小，又盡可能保存了圍巖自身原有的承載能力，從而改善了襯砌結構的受力狀況；由于圍巖輪廓圓順、壁面平整，減少了應力集中和局部落石、掉塊現象。確定合理的光面爆破參數，是獲得良好光面爆破效果的重要保證。

光面爆破的主要參數有：周邊眼間距(E)、周邊眼密集系數(K)、最小抵抗線(W)、不耦合系數(D)和裝藥集中度(γ)。炮眼深度受開挖面大小的影響，炮眼過深，周邊巖石的夾制作用較大，故炮眼深度不宜過大，一般最大炮眼深度取斷面寬度(或高度)的0.5～0.7倍。鉆孔采用YT-28風鉆，炮眼孔徑為φ42 mm，為克服及減少巖石的夾制作用，除掏槽眼和底眼深度L=3.7 m外，其余周邊眼、輔助眼等炮孔深度L=3.5 m。

炮眼數量：N=qS/τμ

式中：N為炮眼數量，不包括未裝藥的空眼；q為單位炸藥消耗量，一般取q=1.2～2.4 kg/m3；S為開挖段面積(m2)；τ為裝藥系數，即裝藥長度與炮眼長度的比值，暫取0.7；μ為每1 m藥卷的炸藥質量(kg/m)2號巖石硝銨γ=0.75。

即：N=(1.2×80.14)/(0.7×0.75)=183個。其中掏槽眼6個，周邊眼46個，底眼16個，輔助眼115個(圖1)。

光面爆破技術參數見表1。

爆破效果：

(1)開挖輪廓圓順、平整、規則成型。平均線性超挖<15 cm，最大線性超挖<25 cm，局部欠挖<5 cm。

表1 光面爆破技術相關參數

圖1 炮眼布置

(2)炮眼利用率>95 %，殘痕保存率>80 %，爆破后圍巖穩定，基本無剝落、掉塊現象。

(3)石碴平均塊徑<35 cm，堆碴集中，拋距<20m。

2 光面爆破技術的優點

(1)隧道圍巖不產生或很少產生炮震裂縫，保持了圍巖完整性，從而增大了圍巖自身的承載能力，這為采用錨噴支護創造了有利的條件。光面爆破技術和錨噴技術相結合，進一步增強了錨噴支護的作用，特別是在松軟巖層中更能顯示這一特點。

(2)在裂隙發育的地層中，避免裂隙擴大和產生新的裂縫，提高了圍巖的穩定性，能基本清除落石傷人事故，為快速施工提供了有利條件。

(3)隧道成型規整，極大地減少了掘進超挖數量和出碴 工作量，加快了掘進速度，節省了襯砌材料，提高了施工進度。

(4)由于隧道成型規整，凹凸很少，除增強隧道本身穩定性外，也減少了隧道的維護量，在有瓦斯的隧道則不易產生瓦斯局部聚集。

3 光面爆破技術的基本原理

爆破的過程是瞬間發生的，在一個密封的炮孔內其膨脹氣體壓力可達十萬個大氣壓，其傳播速度3～5 km/s，炮孔周圍巖石在受到巨大的壓力而破碎，在破碎區以外巖體內產生很大的切向應變和應力。因此，在實際爆破操作中，可以利用其規律，炮孔按照一定距離沿預定的輪廓線進行布置，待裝藥后使用同一段發雷管起爆，孔與孔之間巖石在爆生壓力的作用下，產生拉伸應力，孔間巖石形成裂縫并沿輪廓線貫通，從而達到光面爆破的效果。

4 爆破質量及影響因素

影響光面爆破的爆破質量主要體現在：周邊眼的不耦合系數、裝藥集中度、炮眼間距、最小抵抗線、起爆時間隔、炸藥的選擇、鉆孔的質量等等。

(1)周邊眼的不耦合系數。

不耦合系數它是炮孔直徑與藥包直徑之比，一般取值范圍在1.0～2.0，若孔距小的情況下取大值，巖石抗壓強度大時取小值。在實際工程中，根據相關資料顯示當不耦合系數取值在1.5～3.4范圍時，其緩沖效果最佳，光爆效果好。

(2)裝藥密度。

裝藥密度是指單位體積的空間應該填裝的炸藥量。炸藥量對光面爆破的爆破效果影響巨大，因此，我們在實際工程中，應該采取不同巖石采用不同的裝藥量。而裝藥密度其值應該保證沿孔眼線形成貫穿裂縫而保持新巖面的完整穩固性。周邊眼裝藥密度按規范取值范圍為0.07～0.35kg/m，根據試驗統計，當γ取值0.2kg/m時，效果最好。

(3)炮眼間距。

周邊眼在爆炸之后，會激起應力波，應力波在各自炮孔壁上產生初始裂縫，然后在靜壓的作用下沿周邊眼鏈接方向成貫通的裂縫，因此炮眼之間的間距要平衡。

(4)起爆時間隔。

周邊眼使用不同毫秒的電雷管對爆破效果有一定的影響。起爆時間低于100 ms，爆破效果好。

(5)炸藥的選擇。

實踐證明深孔光面爆破選擇硝銨、乳化效果比較好，其中乳化爆速高，效果更佳。

(6)鉆孔的質量。

當我們在鉆孔時，要根據巖石硬度做出相應的改變。在硬巖中，周邊眼口應該在輪廓線上，眼底不宜超過輪廓線外100 mm；而在軟巖中，周邊眼口該在輪廓線內100 mm左右，眼底處于輪廓線上。

5 結束語

綜合上述，光面爆破是在巖石隧道和地下工程施工中不可缺少的技術。本文所闡述的實例工程及相關參數設置不一定通用于其他類似工程，因為爆破的巖石存在很大差異，對于爆破參數的計算難以得到統一，因此，當我們進行光面爆破時首先要確定主要的參數，在實際實施過程中，要對爆破效果進行評價，對不足的地方進行調整，最終達到理想的爆破效果。

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