光面爆破在隧道施工中應用

黃成智

摘要：隨著國家基礎建設不斷推進，隧道工程建設越來越多，掘進技術也在不斷更新和完善，而普通爆破掘進技術在山區隧道施工中還占有很大的比例，使用光面爆破技術進行隧道施工，能夠獲得較好爆破效果，為隧道施工提供一定安全、進度、質量保障。基于這種認識，本文在闡述光面爆破技術基礎上，以白土巖隧道施工為例，對光面爆破技術在隧道施工中應用問題展開探討，為關注這一話題人員提供一定參考。

關鍵詞：光面爆破：隧道施工；應用

中圖分類號：U455.6文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-199-02

前言

在公路鐵路的建設中，都需要進行隧道施工。盾構技術在山區隧道施工往往受到拼接場地限制無法或因投入費用高而不被接受，作為普通爆破施工掘進方式容易產生圍巖穩定性較大影響引起超欠挖現象，導致工程施工進度、質量、經濟效益較大影響。而光面爆破施工技術在減少隧道施工對圍巖影響基礎上，還能保證隧道成形規整，有利于提高隧道施工進度、質量、經濟效益。因此，控制隧道光面爆破施工技術的應用始終是隧道施工熱門話題，有必要對光面爆破在隧道施工中應用問題展開探討，更好促進隧道施工技術進一步發展。

1.光面爆破技術分析

1.1光面爆破機理分析

所謂光面爆破是通過正確控制爆破參數和合理選擇施工方法，采用分區分段微差爆破控制方式，確保爆破后輪廓線較好滿足設計和規范要求，且臨空面平整規則一種控制爆破技術，他是新奧法原理在隧道應用過程進一步應用及提高。隧道應用光面爆破技術掘進與傳統掘進技術相比，更能有效控制周邊眼爆破作用，減少圍巖擾動為基礎，更好保證圍巖穩定和發揮自承作用。總之，該技術是在確保施工安全基礎上，以減少超、欠挖為目標，提高工程質量和進度，更好節約施工成本。

1.2光面爆破參數確定

光面爆破技術進行工程施工過程，需要進行光面爆破參數合理確定，以確保爆破效果。就目前來看，光面爆破參數主要包含了周邊眼間距、炮孔深度、裝藥集中度和最小抵抗線。在具體工程施工中，需要根據工程實際情進行這些參數優化組合。所謂周邊眼孔間距，其實就是沿劈裂面炮眼中心距，最小抵抗線則是劈裂面臨空面距離，實際上就是光面層厚度。通常情況下，周邊眼孔距不大于抵抗線，才能夠使相鄰兩孔在爆破時產生應力波相遇，然后再達到抵抗線邊緣，最小抵抗線如果較大，爆破所受阻力也越大。在進行爆破設計時，需要做好抵抗線選擇。孔距與抵抗線比值稱為炮孔密集系數。從理論上來講，該系數越小，周邊炮眼爆破對圍巖破壞就越小，在確定炮孔深度時，通常不小于1.2m。因為炮孔較淺不僅會導致炸藥浪費，還.容易對圍巖產生影響，而炮孔深度將對掘進循環鉆眼工作量、循環時間和出碴工作量等多個因素產生影響，所以通常需要采用3.5m以下炮孔深度，在避免出現過大超欠挖現象同時，保持良好隧道掘進速度。此外，在光面爆破設計中，還要進行裝藥集中度計算，裝藥集中度即為線裝藥密度，是單位長度裝藥量，與巖體堅硬程度有關。

2.光面爆破施工過程控制

2.1工程概況

在探討光面爆破在隧道施工中應用問題時，以雙永高速公路龍巖段A13合同段白土巖隧道施工為例。該隧道采用分離式雙洞布置，左洞長2704米，起迄樁號為ZK213+353～ZK216+057，右洞長2732米，起迄樁號為YK213+363～YK216+095。從整體上來看，左右洞的進出口處均在直線段上。而左洞洞身位于半徑為1500米平曲線上，右洞洞身則位于半徑為1550米平曲線上。從縱坡情況來看，左洞縱坡為0.507%、-2.40%，右洞縱坡為0.50%、-2.4%。在施工的過程中，為進一步提高工程施工質量，在保證整體安全的條件下，如果采用光面爆破技術進行施工，可以很好提高工程經濟效益，綜合考慮后，剛工程Ⅲ、Ⅱ級圍巖巖質主要為：下伏基巖為三疊系溪尾組鈣質粉砂巖局部夾灰巖透體積文賓山組、粉砂巖、泥質粉砂巖、碳質粉砂巖，可采用光面爆破進行施工。

2.2隧道施工爆破設計

在進行隧道施工的光面爆破設計時，由于地址條件差異存在，所以還需要根據現場施工進行有關爆破設計參數逐步調整。這一過程中，尤其需要注重掏槽眼形式、最小抵抗線、裝藥結構和裝藥量等設計參數調整。如果缺乏試驗基礎條件，還需要遵循密布、淺孔和弱爆循環漸進原則進行爆破設計，并且結合實際爆破效果進行參數及時調整，以便取得較好光面爆破效果。

隧道施工光面爆破設計需結合施工現場機械配備情況和現場場地情況進行，設計前需要進行光爆層厚度確定。開挖到斷面較小情況下，光爆層厚度一般較小，而白土巖隧道光爆層厚度在0.50-0.75之間。掏槽形式選擇將對光面爆破效果和開挖循環進尺產生決定性影響，需要在考慮施工進度、質量、安全和效益等多方面因素的基礎上進行掏槽形式的選擇。考慮到掏槽形式由開挖斷面大小、地質條件、機具條件和開挖技術要求等多方面因素決定性問題，該工程選用單“V”型掏槽眼進行施工，該種掏槽眼需要比其它掏槽形式的炮眼深度增加15～20cm，裝藥量也需要增加15%～20%。為做好隧道施工減震，嚴格按照“弱爆、密布”等原則進行掏槽眼布置。其次，在周邊炮眼設計方面，可以沿著設計開挖輪廓線進行周邊炮眼布置。同時，需要以3%-5%斜率外插，并且根據不同炮眼深度進行斜率適當調整，以免周邊炮眼的眼底超出開挖斷面輪廓線10cm。在設計周邊炮眼的過程中，隧道開挖面不夠整齊部位，需要進行炮眼深度和裝藥量調整，并且使所有炮眼眼底處在同一垂直面。在周邊炮眼表面，需要進行長度不超過20cm炮泥的堵塞。起爆時周邊炮眼需要一次同時起爆。再者，最大裝藥量設計上，根據現場試驗和施工檢驗，通過計算得到周邊炮眼裝藥集中度為0.15-0.25kg/m。由于光面爆破不需要進行耦合裝藥，選擇按照計算出的裝藥集中度進行均勻裝藥，為進行底部炮眼阻力克服，我們選擇在炮眼底部放置半個標準藥卷。

2.3隧道光面爆破施工

隧道光面爆破施工過程中，依次完成鉆眼、裝藥、聯線起爆和爆破效果檢查等工序。首先，施工隊伍需要按照爆破設計進行鉆眼作業。在鉆眼之前，施工隊伍需要進行開挖斷面中線和水平規劃，然后利用臺階尺寸法進行開挖輪廓線確定。在此基礎上，施工隊伍可以根據之前設計進行炮眼位置標出，然后在檢查標出位置符合設計要求后鉆眼。鉆眼過程中，可以使用濕式鉆孔法，鉆孔前將作業面清洗干凈，按照設計要求，需要做好掏槽深度、角度控制，并且確保掏槽眼口間距誤差不超出5cm。在進行輔助眼施工時，需要按照設計要求做好輔助眼深度和角度控制，并且確保眼口行距和排距誤差不超出lOcm。需要注意的是，周邊眼開眼位置需要在斷面輪廓線上，外斜率不超出孔深3%-5%，間距誤差不超出5cm，眼底不超出輪廓線10cm。而除了掏槽眼，斷面上所有炮眼眼底需要在一個垂直面上。

鉆眼完成后，在檢查合格后進行裝藥，裝藥之前，將炮眼內的石粉和泥漿清理干凈，裝藥的過程中需要做好裝藥量控制。具體來講，就是需要使用符合產品標準和質量要求的爆破材料。如下表1所示，為該工程施工使用爆破材料。從裝藥方式上來看，周邊炮眼使用是小直徑藥卷間隔裝藥方式，其余炮眼使用是連續裝藥方式。從爆破材料選擇上來看，掏槽眼使用非電毫秒雷管和塑料導爆管起爆，周邊眼使用小直徑巖石硝銨炸藥，該種炸藥具有低爆速、傳爆性好、低密度和高爆力優勢，能夠獲得較好爆破效果。考慮到圍巖整體性、強度、層理和節理等地質因素，光面爆破將受到多方面影響，還需根據實際爆破效果進行爆破參數動態設計和調整。爆破過程中，將同類圍巖爆炸試驗參數當成是依據進行光面爆破參數確定。而根據上一次光面爆破效果，還需要對下一次爆破參數進行調整。

完成炮眼裝藥后，需要要做好炮眼堵塞物長度的控制。堵塞過程需要從藥包頂端進行堵塞，并且按照1：3配比將粘土和砂子混合制成炮泥。聯線起爆過程中，需要使用雷管為起爆元件，從而使導爆管激發，并且通過傳遞沖擊進行起爆元件激發。在連接起爆元件過程中，通過卡口賽將傳爆元件、激發元件和起爆圓臉連接起來。施工過程中要控制，單發雷管起爆時使用導爆管數量不能超過20根。導爆管布置需要使其在雷管周圍均勻分布，并且確保雷管聚能方向與傳爆方向相反。完成隧道爆破后，需要進行光面爆破效果檢查。在這一過程中，需要確定開挖斷面沒有欠挖，而超挖值需要小于15cm，邊墻位置超挖值小于10cm。同時，需要確保炮眼痕跡在輪廓面上均勻分布，并且兩個炮眼銜接臺階最大尺寸不超出15cm。根據實際要求，還確保爆破石碴最大不超出30cm。

3.隧道爆破的注意事項

施工過程中進行光面爆破技術應用，需要做好地層和結構監控測量，并且做好爆破對圍巖破壞嚴格控制，以免爆破施工對周圍環境產生過大影響。所以在施工過程中，要做好爆破擾動范圍和地震動效應檢測，在較弱的圍巖處，需要開展支護施工。根據鉆爆參數、爆破進尺、支護型式和支護時間，通常會采取減震爆破措施。具體來講，就是將爆破進尺控制在0.8～1.5m范圍內，并且采用微臺階法開挖。

4.光面爆破實施效果與經濟效益

4.1光爆效果

白土巖隧道開挖掘進工作已接近尾聲，隧道開挖實行光面爆破段，除開始試驗段外，現已開挖地段光爆效果良好。

（1）破后炮眼痕跡率達80%～90%，兩茬炮銜接臺階最大尺寸為llcm，超欠挖量僅為5%左右，比非光面爆破超欠挖量（達20%）要低得多；（2）巖碴塊度較小亦均勻，利于裝碴，節省裝運時間；（3）減少支護投入，降低工程造價；（4）巖面平整，應力集中小，減少安全隱患。

4.2經濟效益

（1）節省時間：光面爆破施工鉆眼及裝藥延長20min，清理危石或補炮縮短20min，初期支護縮短20min，裝碴及出碴縮短20min，并方便了后續掛土工布、防水板施工。

（2）節省材料：光面爆破比非光面爆破減少超挖量15%，按現行規范標準平均超挖值為150cm，即每延米少開挖約2.0m3。減少同標號噴射混凝土超挖回填量約2m3，同時也節省火工品和因非光面爆破所造成圍巖破碎所需鋼支撐、錨桿、鋼筋網等初期支護工程量。

5.總結

總而言之，在隧道施工中應用光面爆破技術，不僅能夠縮短工程施工時間，同時還能夠節省工程施工材料，所以能夠為隧道施工帶來較多的經濟效益。因此，相信隨著光面隧道施工技術的發展，該技術將能在隧道施工中得到更好應用。