高速公路隧道光面爆破施工技術應用

許偉

（中鐵二十局集團市政工程有限公司 甘肅蘭州 710000）

1 工程概況

青山嶺隧道位于重慶黔江石會鎮，其中右洞977m長，是石黔高速公路第九合同段的控制性工程之一。

隧道區位于黔江凹褶束的郁山背斜的南東翼，屬構造剝蝕侵蝕深切低山～中山地貌。由于受地質構造影響，區內巖層傾向變化小，巖層傾角3～8°，隧道與巖層走向相交角度48～52°。隧道進口位于地形西低東高，下緩上陡，地面高程 545～590m，坡向 270～290°，坡角 38～52°。隧道出口為一長斜坡，地形坡度較緩，西高東低，坡向 120～130°，坡角 15～25°，地面高程500～540m，隧道穿過地帶相對高差達305m，隧道最大埋深270m。隧道區域地質整體穩定性較好，隧道與巖層走向相交角度51～80°，穿越地層為志留系下統龍馬溪組頁巖及第四系崩坡積層含炭質泥質粉砂巖，中風化巖體較完整，隧址區內無高地應力存在，圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級。

2 光面爆破施工原理

光面爆破俗稱控制性爆破，主要針對隧道開挖輪廓超欠挖和平整度控制的爆破技術，通過周邊眼、掏槽眼、輔助眼、底板眼布置，利用起爆順序的微差時間形成臨空面，采用壓頂式爆破，達到理想效果，并采用不連續不耦合裝藥、雷管分段位布設、專用紅線導爆索形式裝藥結構，達到周邊眼同時起爆，分散裝藥量，降低對圍巖的擾動，減少對周邊圍巖的破壞，從而獲得光滑、平整巖面的施工技術。

在地質條件確定的情況下，爆破參數選擇的合理與否是影響光面爆破效果的關鍵因素，施工過程中要嚴格按照爆破參數施工炮眼，并根據圍巖情況隨時進行動態調整爆破參數，以保證光面爆破的效果。

3 光面爆破施工設計

3.1 鑿巖機具選取

根據現場確定的爆破方案，隧道爆破機具選用YT28型氣腿式鑿巖機，φ42mm直徑的鉆頭為“一”字型硬質合金鋼，鉆桿規格為中空六棱形，鉆桿長度分別為1.5m、2.0m、2.5m、3.5m四種規格。

3.2 爆破器材選取

（1）炸藥：采用2號巖石乳化炸藥，采用標準藥卷φ32mm。

（2）雷管：連接件及孔內均采用非電毫秒微差雷管（1～15段），起爆雷管用電雷管。

（3）導爆索：周邊眼間隔裝藥，采用導爆索傳爆。

（4）裝藥結構

周邊眼采用間隔不耦合裝藥形式，使用導爆索連結各藥卷（根據實際情況，周邊眼也可非電雷管起爆φ32mm巖石乳化炸藥，采用空氣間隔裝藥、堵塞方式）。其它炮孔采用孔底正向起爆。

3.3 頁巖夾炭質泥質粉砂巖巖層爆破設計

（1）炮眼依照臺車布設。沿開挖臺車一架二架采用四排掏心眼布置；壓頂炮眼布置兩排；輔助眼、周邊眼、底板眼各一排。

圖1 開挖上臺階炮眼布置圖（單位：m）

（2）周邊眼間距取40cm，周邊眼距輔助眼排間距30cm，形成光爆結構。起爆順序為掏槽眼→擴槽眼→掘進眼→內圈眼→底板眼→輔助眼→周邊眼。

（3）上臺階光面爆破采用毫秒延時雷管順序起爆：選用單數段位，1-13段。掏槽眼使用1、3、5、7、9段，底板眼使用9段，頂層壓頂眼使用9段，底層壓頂眼使用7段，周邊眼使用13段，輔助眼使用11段。毫秒管使用電雷管引爆。為保證周邊眼同時起爆周邊眼安裝導爆索（俗稱紅線），使用13段毫秒管引爆。

圖2 炮眼布置橫斷面圖

圖3

圖4 炮眼裝藥結構圖

4 影響光面爆破的主要因素

結合工程實際地質條件，并考慮施工技術、經濟因素，具體影響光面爆破效果的主要因素有：

4.1 地質因素

由于該工程的地質構造復雜，圍巖節理發育，分層明顯，開挖應采用“短進尺、弱爆破、強支護”的施工方法，以“多打眼、少裝藥”為原則，盡可能避免對隧道圍巖的擾動、破壞。一般情況，中硬以上巖石（f＞8），若其整體性好、節理裂隙不發育、風化不嚴重，其光爆效果好；若巖石的整體性差、節理裂隙發育、層理多且其走向與設計開挖輪廓線走向不一致，會導致局部掉落及順層遛塌，從而造成超挖，此部分量隨支護時間延遲而增加，因此及時初噴、掛網支護尤其在頁巖施工中顯得非常重要。

4.2 爆破參數

在地質條件確定的情況下，爆破參數選擇的合理與否是影響光爆效果的關鍵因素。如掏槽方式不合理，直接影響掏槽爆破效果，從而影響其他孔的爆破效果。炮孔間距和抵抗線過大，爆破后輪廓線的平整度就差，超欠挖也較大；裝藥密度過大，易造成輪廓線巖石破壞較嚴重，影響圍巖的穩定，且超挖嚴重，半孔率低；線裝藥密度過小，則達不到光爆的效果，欠挖嚴重，需進行二次爆破，造成更大的浪費；一般要求周邊眼不耦合系數為1.2～2，在孔距較小情況下一般取大值，其值過大或過小都會影響光爆效果，特別是影響半孔率。

4.3 堵塞

在裝藥量、裝藥結構和不耦合系數確定的情況下，堵塞時要保證堵塞物不小于40cm，否則，會造成周邊眼欠挖，影響光爆效果。

4.4 起爆間隔時間

輔助眼和掏槽眼微差間隔爆破，隔段使用雷管，輔助眼和周邊眼微差間隔時間1～2個段別，底板眼同周邊眼宜同時起爆，間隔時間過長或過短都將影響光爆質量，要求起爆連接系統逐段引發，嚴禁私自亂接。否則會造成啞炮，嚴重者更是爆破失敗，引發安全隱患。

4.5 施工因素

影響光爆效果的施工因素主要有炮孔定位誤差和鉆孔角度誤差。一般要求炮孔平面定位誤差不大于5cm，否則將直接影響開挖輪廓線的效果，定位誤差是造成欠挖的的主要因素。鉆孔角度誤差分（外插角、水平角）角度誤差，鉆孔誤差是造成超挖的主要原因，此誤差隨進尺而增大，在一次開挖中掛口時需收縮定位，形成超欠平衡，合理運用規范要求。

5 光面爆破的關鍵技術

根據影響爆破效果的因素，要使光面爆破取得良好效果，需掌握下列關鍵技術：

5.1 根據圍巖特點，選定合理的周邊眼參數

（1）周邊眼間距E：它是直接控制開挖輪廓面平整度的主要因素。一般情況下E=（12～15）×d，其中炮眼直徑d=42mm。對于節理發育、層理明顯的地段，周邊眼間距可適當減小，也可在兩炮眼之間增加一個不裝藥的導向空眼。

（2）最小抵抗線W（光面層厚度）：W值直接影響光面爆破效果和爆碴塊度，其取值在（13～22）×d范圍內，周邊眼密集系數 K=E/W=0.6～0.8。

（3）裝藥集中度q：根據不同的圍巖情況選定，圍巖較好取大值，軟弱破碎圍巖地段應取小值。根據青山嶺隧道的地質情況，并結合相關施工經驗，得出周邊眼參數，見表1。

表1

5.2 采取合理裝藥結構盡可能使炸藥沿孔深均勻分布

本隧道周邊眼爆破均采用空氣間隔不耦合裝藥結構，導爆索串線孔底適當加強。其中軟弱圍巖地段采用雙導爆索和隔眼空氣間隔不耦合裝藥結構。

5.3 科學選擇炮眼布置方式，選用合適的掏槽形式，合理安排起爆順序

一般周邊眼、內圈眼按環形布孔，掏槽眼按線性布孔。硬巖深孔爆破掏槽眼采用寬孔距、小抵抗線布孔方式，本隧道采用斜眼掏槽，并將傳統的掏槽部位上移，底部增加底眼，以提高爆破效果。

合理安排爆破順序，使爆破按掏槽眼→擴槽眼→掘進眼→內圈眼→底板眼→輔助眼→周邊眼的順序進行。實現順序起爆的手段是采用非電毫秒雷管分段起爆，為保證起爆順序的精確性，毫秒雷管跳段使用。

6 光面爆破效果

青山嶺隧道經過精心進行鉆爆設計、精確的測量放線后，通過經驗豐富的司鉆手按照設計鉆眼、裝藥，取得了較好的光爆效果。炮眼留存率達到90%以上，拱部半孔率達到88%以上，邊墻半孔率達到85%以上，所有炮痕未發現明顯裂紋。兩相鄰光爆孔間壁面光滑平整，平均線性超挖8.7cm。

7 結束語

光面爆破效果與爆破參數、施工精度密切相關；爆破參數需根據圍巖類別、節理發育程度等多種因素反復試驗后確定；爆破設計、測量、鉆孔、裝藥等工序全過程嚴格把關，以達到最佳爆破效果。青山嶺隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖進行了精心光爆設計，并取得了良好效果，為類似工程提供有益參考。

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