光面爆破在順層偏壓軟弱破碎圍巖段的技術應用

曹艷非

摘要：在隧道開挖過程中，根據隧道不良地質的類型，及時調整爆破參數，是保證施工安全、控制超欠挖及施工成本的關鍵，以陳家場隧道進口段實際施工為例，介紹了施工中順層偏壓地段光面爆破施工參數的選擇、具體的施工工藝，對于控制隧道超欠挖起到了積極的作用。同時介紹了采用光面爆破的爆破效果和取得的經濟效益。為類似的工程項目提供參考。

關鍵詞： 陳家場隧道；順層偏壓；軟弱破碎；光面爆破

1光面爆破技術簡介

光面爆破是一種根據掌子面巖體情況選擇合適的爆破參數，用合理的方法應用到現場實際施工中，使隧道開挖輪廓達到理想狀態的一種爆破技術。理想狀態的標準為：開挖輪廓成型符合設計輪廓要求，眼痕率不小于80%， 巖面沒有明顯的炮震裂隙，無欠挖，平均線性超挖值小于20cm等。光面爆破是不良地質隧道中比較實用的開挖控制爆破技術，它在隧道施工中的效果好壞主要取決于爆破參數的確定是否合適，光面爆破參數主要包括：周邊眼間距、周邊眼抵抗線、裝藥集中度等，爆破參數的確定需要在現場爆破實踐中根據爆破效果不斷的調整修正后最終確定。

2工程概述。

陳家場隧道位于重慶市巴南區一品鎮境內，為正線雙線隧道，中心里程DK17+730，最大埋深76m，全長950 m，隧區屬低山丘陵地貌，海拔標高為249.3～361.2 m，相對高差為20～100 m，地形起伏較大，穿越地層部分主要為泥巖夾砂巖、砂巖，節理裂隙發育，較破碎，隧道沿線不良地質主要為順層偏壓，洞身巖層傾角為40～50°，巖層走向與線路夾角小于30°，其圍巖級別主要為Ⅴ、Ⅳ，為軟弱圍巖。

3施工方案選擇。

地質順層偏壓段在隧道開挖過程中巖體易受擾動，擾動后會使圍巖應力沿順層面轉移釋放，圍巖本身節理裂隙較發育，圍巖破碎，導致隧道開挖存在較大的施工安全隱患，在順層偏壓地段，圍巖又相對軟弱、破碎，如何在開挖后保持圍巖穩定爆破設計中需要考慮的一個重要問題，根據陳家場隧道的圍巖情況和施工設計采用臺階法開挖， 為保證隧道開挖施工安全以及更好的控制超欠挖，控制施工成本，經項目部組織召開隧道施工專家研討會后，決議在陳家場隧道開挖施工中采用光面爆破，采用光面爆破可以更好的控制超欠挖，特別是松軟巖層中效果明顯，而且爆破后開挖輪廓成形規整，圍巖產生的爆震裂縫也能大量減少，提高了圍巖的穩定性和自承能力，減少了支護工作量和材料消耗，從而加快了開挖工作的速度，降低成本，保證了施工安全和施工質量。

4爆破設計

爆破采用光面爆破。鉆爆設計的關鍵在于掏槽方式的選定和爆破參數的確定。

4.1火工品的選擇：

（1）選用2#巖石乳化炸藥，炮孔直徑Φ42mm，藥卷規格為Φ32mm×200m、Φ25mm×200m；

（2）雷管選用1～17段的非電毫秒雷管，導爆管采用塑料導爆管。

4.2 炮眼深度的確定

根據設計和規范相關要求，以及現場的實際施工情況，確定陳家場隧道在不同圍巖級別下選擇不同的開挖循環進尺，Ⅴ級圍巖每循環進尺為1.2m，周邊眼及輔助眼深度確定為1.8m，Ⅳ級圍巖每循環進尺為2.4m，周邊眼及輔助眼深度確定為3.0m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。

4.3掏槽方式的選定

掏槽的目的是為其它炮眼拓出臨空面，實現有效爆破。掏槽關系到隧道爆破的成敗，直接影響爆破效果，掏槽深度直接關系到循環進尺。而掏槽又與地質條件、掏槽深度及形式、炸藥種類及裝藥量等因素有關。經過比較，采用斜眼掏槽。 掏槽眼眼口間距：B=2×300×cos54°+0.2=3.72m，確定為3.7m。

4.4周邊眼間距及最小抵抗線等爆破參數的確定

根據以往的施工經驗，光面爆破周邊眼間距E一般?。?-15）d（d為炮孔直徑），Ⅴ級圍巖取40cm，Ⅳ級圍巖取50cm，周邊眼最小抵抗線w一般?。?0-20）d（d為炮孔直徑），Ⅴ級圍巖取50cm，Ⅳ級圍巖取60cm，不偶合系數D，Ⅴ級圍巖為取1.8，Ⅳ級圍巖取2.2，裝藥集中度q，Ⅴ級圍巖為取0.2，Ⅳ級圍巖取0.3kg/m。

4.5 其他各部位炮眼單孔的裝藥量均可按下式計算：

q=kawl λ

式中：

k――單位炸藥消耗量，kg/m3，軟巖隧道取直1.2～1.5kg/m3。

w――炮眼爆破方向的抵抗線，m

a――炮眼間距，m

l――炮眼深度，m

λ――炮眼的部位系數，一般取1～2；

4.6裝藥結構型式。

周邊眼采用竹片，導爆管、藥卷間隔裝藥結構，藥卷直徑Φ25mm，裝藥不耦合系數為1.8，底部裝藥量可以適當加大。其他炮眼采用Φ32mm藥卷，連續裝藥結構。

5光面爆破施工工藝流程

5.1測量放樣布眼。

周邊眼應沿著開挖輪廓線布置準確，確保開挖輪廓滿足設計要求，然后在根據爆破參數，將輔助眼。掏槽眼合理的布置到開挖掌子面上，司鉆前，開挖紅斑要通知測量組人員放樣標出鉆孔位置，炮眼位置誤差應小于5cm。

5.2鉆孔。

隧道內加工簡易開挖臺車作為鉆孔平臺，使用裝載機將開挖臺車推送至掌子面并進行準確就位。鉆工按照測量放樣炮孔點位布置正確鉆孔，開眼誤差不能過大，應控制在3cm以內，周邊眼鉆孔，應定崗定人，使用經驗豐富的鉆工進行鉆孔作業，鉆孔過程中周邊眼的外插角角度要合適，一般不大于3°，盡可能使兩茬炮交界處臺階不大于15cm。經過現場施工的幾個循環，經過不斷的比較、調整和優化爆破參數，在順層偏壓軟弱破碎圍巖隧道施工中，無論是Ⅴ級圍巖或者是Ⅳ級圍巖，將周邊眼間距控制在40cm以內，爆破效果是比較理想的。

5.3清孔。

裝藥前用高壓風清孔，吹干凈孔內積水及碴粒粉屑。

5.4裝藥。

裝藥前用高壓風清除炮眼內的巖粉、 積水， 防止堵塞。 并用炮棍檢查炮眼深度、 角度、 方向和炮眼內部情況。驗孔完成后按照鉆爆作業規程、 爆破設計規定的炮眼裝藥量、 起爆段位進行裝藥。 所有裝藥的炮眼采用炮泥堵塞， 最初填塞的炮泥慢慢用力， 輕搗壓實， 以后各段炮泥依次用力一一搗實。

5.5連接起爆網絡。

起爆網絡為并聯網絡，以保證起爆的可靠性和準確性，聯結時導爆管不能打結或拉細。起爆雷管用絕緣膠布包扎在離一根導爆管自由端15cm處。網絡聯結好后要派專人負責檢查沒有問題后再起爆。起爆順序應為掏槽眼→輔助眼→內圈眼→周邊眼，先起爆掏槽眼，形成臨空面，然后再依次起爆輔助眼和內圈眼將圍巖層層剝離，最后起爆周邊眼，使開挖斷面輪廓成型。

6光面爆破在現場施工過程中的應用效果及經濟效益

6.1 應用效果

在陳家場隧道應用光面爆破施工工藝后，經過不斷的調整優化爆破參數后，在隧道施工過程中，應用效果顯著，主要表現為：

爆破后開挖輪廓成型規整，炮眼痕跡率可以達到85%，兩茬炮銜接臺階最大尺寸12cm，且平均線形超挖最大不超過20cm，基本上無欠挖，爆破碴塊大小適度較均勻，便于出碴裝車，提高了出渣效率，巖面較平整，無較大凸凹，既節省了排險時間，也大大提高了支護工人施工的安全系數。

6.2經濟效益

時間效益：采用光面爆破雖然鉆孔及裝藥時間比一般爆破長將近30分鐘，但成型輪廓好，碴塊大小均勻，出碴、排險和支護時間節約1.5小時，縮短了工序時間，加快了施工進度，并且為后續的防排水施工提供了便利條件，更進一步提高了隧道的襯砌質量。

經濟效益：采用光面爆破更好的控制了隧道的超前挖，與一般爆破比較，超挖量可以減少15%～20%，不僅可以節省因超挖造成的回填噴射混凝土工程量，而且也可以減少火工品的耗費量，節約了施工成本。

7 結語

光面爆破施工關鍵是要嚴格的按照爆破設計參數及工藝要求將布置炮眼、司鉆、清孔裝藥、聯絡起爆等工序應用到隧道施工中，在施工過程中更要定人、定崗、定孔、定責，加強對操作人員的培訓，使其樹立認著、嚴細的作風，加強工作責任心，不斷的提高光面爆破效果和開挖質量。

在順層偏壓且圍巖較軟弱破碎的隧道實施光面爆破施工工藝，雖然取得了不錯的爆破效果，但在后續的施工過程中還需要根據掌子面的圍巖情況隨時調整爆破參數，使爆破效果的理想狀態化不斷提高。

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（作者單位：中鐵十五局集團第三工程有限公司）