光面爆破技術在軟弱圍巖隧道掘進中的應用研究

陶艷紅

摘 要：在進行軟弱圍巖隧道掘進作業的過程中，光面爆破技術起到了重要作用，但由于當前有關理論仍然不夠完善，導致該技術的應用存在一定的問題，通過對有關工程類比中包含了光面爆破參數的比較，應用高效的技術手段，在實踐過程中對其進行改正，以達到提升整個工程效果的目的。為此文章首先簡單闡述了光面爆破技術的相關基礎原理及工程概述，隨后有針對性地研究光面爆破技術，望本次研究能夠幫助軟弱圍巖隧道掘進效率大幅度提升。

關鍵詞：光面爆破技術；軟弱圍巖；隧道掘進

0 引言

當前，公路巖石隧道在掘進過程中，多使用光面爆破技術。因此，國內很多工程技術方面的研究學者針對這一內容實施了研究。而眾多的研究成果促使隧道光面爆破技術更好的投入工程建設之中。不過由于當前在軟巖方面的爆破理論仍然缺乏成熟性，導致相關的爆破作業在實施過程中仍然存在一定問題。基于此，筆者以實際工程作業為基礎對其實施研究，最大程度上提升軟弱圍巖隧道掘進工作的整體工作效率。

1 光面爆破基本原理

所謂光面爆破法，即周邊爆破法，這一方法已經較為廣泛的用于實際工程作業之中，進而避免出現超挖現象。通過這一方式能夠最大程度上促使挖掘面非常光滑、整齊，促使所得到的輪廓與工程設計相符合，確保圍巖更具穩定性。針對分析光面爆破技術的實施流程，其主要在隧道斷面的周圍安置加密炮孔，并在所有炮孔中放置適量的藥，將其引爆，當所有炮孔均爆破的瞬間，會產生一種沖擊波，基于這一壓力作用，炮孔壁會隨之出現裂紋。但一般情況下，藥卷與炮孔直徑之間存在非常大的差異性，爆破之后出現的沖擊波壓力因為空氣的作用出現降低，如此就不能在炮孔的周邊構建一個粉碎區，此外炮孔連心線方向出現一定量的裂痕，隨后通過爆破中產生的氣體所產生的作用，將所有炮孔之間的裂隙連接在一起，進而得到一個較為平整的光爆面。目前實現光面爆破的手段主要包括運用不耦合裝藥結構，爆破過程中使用的炸藥具備爆速低、密度低等特性，進而得到足夠的爆破氣體量。

2 工程概況

國內有名的高速公路工程橫城子隧道主要通過光面爆破技術產生，該隧道地處燕山山脈的延伸處，存在非常大的地勢起伏，海拔在290～425m之間。同時隧道洞口圍巖為強風化～弱風化粉砂巖，其節理裂縫發育，局部存在很多小型的破碎帶，巖體的破碎呈現一種碎塊或塊狀，缺乏完整性。因此實際爆破過程中，需要基于圍巖類型的差異性，洞身挖掘過程中多采用小斷面光面爆破技術以應對隧道超欠挖等情況的出現。

3 爆破參數設計

3.1 炮眼直徑與不耦合系數

不耦合系數的數值為炮眼及藥卷直徑之間的比值，正常情況下這一系數的數值為1.1～1.3，隨著數值的增加，炮孔壁受到的切向應力呈現降低的結果，同時爆破之后產生的沖擊波波形具備平緩、沖擊波作用較長等特征。在所有爆炸能量構成中隨著其產生氣體膨脹過程中做功較大，進而便于應力的集中型與疊加作用，也更易產生拉伸裂縫，避免出現粉碎的情況。此外當炮眼的直徑為24～48mm時，這類小直徑炮眼能夠最大程度上增加鉆巖速度，促使掘進輪廓保持整齊的狀態，以達到圍巖破壞情況減弱的目標，與此同時降低材料的損失，進而控制周邊眼的爆破效果。而炮眼直徑在50～70mm之間時，該范圍內的炮眼多使用于圍巖程度較優質的地質，往往適用于大面積的掘進工作。基于上述內容可以得出，本次研究隧道應選擇第一種直徑較小的炮眼，使用間隔性以及不耦合性的裝藥結構，而其系數以1.3為最佳。

3.2 炮眼深度和角度

在實際隧道掘進過程中，實施全段面的爆破炮眼深度常規數值控制在1.5～2m，而這一數值是基于開挖斷面寬度得出的，炮眼深度一般為開挖斷面寬度的0.5～0.7倍，即：在掘進作業進行過程中，炮眼軸線與輪廓線之間的角度一般控制在3°～5°，同時周邊眼口與挖掘輪廓之間的距離保持在5～10cm，此外炮眼的方向以眼口方向為準，同時向外傾斜。基于軟弱圍巖隧道掘進的設計方案、工程周圍的地質勘查結果以及掘進方式，初步確定炮孔的安置深度，其中四級圍巖的深度控制為0.5～1m，五級圍巖炮孔深度控制在1～1.5m；而三級圍巖的炮孔深度控制在2～2.5m。

3.3 炮眼間距

對于軟弱圍巖隧道掘進工作而言，合理、精準的確定出炮眼之間的間距對隧道光面爆破技術的成功性起到直接性作用。當炮眼之間的距離過大時，很難構建出光面裂隙。當炮眼之間的距離過小時，很大程度上加大了鉆孔的整體工作量，同時所使用的炸藥數量也隨之提升，使用成本就會增加，也就無法達到預期的光面爆破效果。因此在控制周邊炮眼間距的過程中可以通過炮眼直徑得到，炮眼間距一般為炮眼直徑的8～12倍，即。正常情況下，炮眼間距的大小應該控制在500～700mm。若拱形隧道之間的跨度保持在較小的狀態時，炮眼孔距會隨之減小，即400～450mm；反之，因圍巖的堅硬程度較差，難以破碎，缺乏顯著的層面陰影，使得炮眼孔距增大，達到800～900mm。一般情況下有輔助型的炮眼間距數值維持在400～600mm。

3.4 總裝藥量的計算

在進行隧道掘進時，需要提前對光面爆破技術的裝藥量進行運算，而這一運算公式為，在這一公式中，Q主要代表一次光面爆破所使用的所有藥量，單位為kg；而K主要表示某一單位內巖石的爆破使用藥量，單位為kg/m3；L主要表示炮眼安置的深度或爆破設計中的掘進深度，單位為m；S則表示隧道掘進的斷面挖掘面積大小，單位為m2。

3.5 炸藥量的分配

在軟弱圍巖隧道掘進時，需要按照上文計算得出的藥量放置到所有炮眼之中，因此對于其分配作業，需要基于炮眼裝藥系數實現。若使用直眼掏槽，需要基于工程現場情況進行控制，一般需要增加一至二成，進而確保掏槽效果的精準性。對于底板眼爆破及掏槽眼的用量而言，往往使用所有用量的七成，同時槽眼掘進需要較炮眼增加20cm。布孔過程中需要在挖掘斷面中線的左或右一側，其偏離的大小控制在1.5～1.8m。實際測量所有排煙深度的過程中，需要結合工程的實際現狀對所有炮孔的藥量使用進行控制，炸藥的分配及加工行為可以設定某一房間專門、有針對性地進行，藥量加工之后對其進行編號，并安排專門的工作人員將藥放置到炮眼之中。裝藥過程中需要確保與相關的操作規程相吻合，炸藥放完之后再使用之前配置好的炮泥覆蓋。結合上文內容，得到炮孔布置示意圖如下圖1。

4 結論

在實際軟弱圍巖隧道掘進作業過程中，光面爆破技術具備重要意義，能夠很好地促使隧道形狀具備整齊性，大幅度減少甚至是消除隧道超欠挖的現象；使爆破應力壓力較為均勻，進而避免隧道圍巖出現干擾作用，便于圍巖存在穩定性，使得隧道工程的應用及養護具備優質的前提；進一步使施工作業安全性得到提升，大幅度降低了材料消耗量，屬于高效、科學性的爆破方式。結合對應的工程分析及類比運算方式，與工程自身因素相結合，通過試驗驗證的方式，促使光面爆破技術達到預期效果。

參考文獻

[1]齊景嶽.軟弱圍巖鐵路單線隧道大斷面開挖光面爆破新技術成果鑒定會[J].鐵道建筑，2014，（2）：40-41.

[2]阮楠，欒龍發，張智宇，等.光面爆破技術在淺埋大斷面隧道掘進中的研究與應用[J].甘肅科學學報，2016，（1）：144-148.

[3]鐘福生，陳建宏，范文錄.破碎巖體內異形斷面巷道掘進的光面爆破技術[J].爆破，2015，（1）：34-39.

（作者單位：中鐵十一局集團第一工程有限公司）