光面爆破技術在東秀隧道中的應用

2020-09-22 09:38:21楊輔軍

價值工程 2020年26期

楊輔軍

摘要：光面爆破是一種可控制開挖輪廓面的爆破技術，通過合理的控制爆破的作用范圍及方向，可使爆破后的巖面光滑平整，巖面裂隙少，巖壁穩定性增加，從而實現超挖、欠挖和支護的工作量的減少。本文以荔玉高速3標段東秀隧道為例，通過現場調研分析總結隧道開挖時的問題，及多次光面爆破試驗，不斷優化爆破參數，總結出了適合于該隧道Ⅳ～Ⅴ圍巖的爆破方案。經過試驗可以看出光面爆破可以有效的控制超欠挖現象，還在一定程度上保持圍巖的相對穩定，為隧道施工及經濟效益帶來一定的成效。

關鍵詞：隧道掘進;光面爆破;超欠挖;導爆索

Abstract： Smooth blasting is a blasting technique for controlled excavation profile. Through the rational controlling of the scope and direction of blasting， the rock surface after blasting has smooth， the phenomenon of rock cracking has been decreased， but the stability of palisades has been enhanced， which achieve the reducing workload in over-break， under-break and support. The paper summarizes the blasting scheme adapting to the Ⅳ and Ⅴ adjoining rock by means of the analysis of problem for field survey when tunnel excavated， multiple smooth blasting test， the constant optimizing of blast index. Results of smooth blasting test show that the blasting scheme can effectively control the over-under-excavated phenomenon， and maintain the relative stability of adjoining rock，? which can bring some benefits in tunnel construction and economy.

0? 引言

在隧道掘進中，最常見的方法是鉆孔掘進，但這種常規掘進方法會嚴重影響周圍巖石的穩定性，往往會導致超挖和欠挖，從而大大提高了挖掘的成本。光面爆破能有效地控制圍巖表面輪廓，并能保持一個相對穩定的結構，圍繞科學技術，在苛刻的爆破施工隧道，地鐵等對周邊輪廓的效果很好，可周圍的異形橫截面，從而符合設計要求的比較表面，平坦自由面的規則。

光面爆破對周邊圍巖造成的擾動相對較小，可以有效地降低應力集中，從而減少應力集中所引起的塌方，這種方法在完整性較好的巖體中取得良好的[1]效果，但在圍巖強度較差、巖體較破碎的巖體中，巖石爆破對圍巖更容易引起超挖現象，導致支護成本增加。因此，本文針對荔玉高速東秀隧道巖體出現較為嚴重的破碎，巖石節理的發育等現象，爆破隊經過對隧道原有方案的分析及調查，提出合理采用的光面爆破方案并取得較好的效果。此次研究對在破碎巖體條件下的爆破工作如何應用光爆技術控制圍巖超挖更具有工程意義和經濟意義。

1? 工程概況

東秀隧道位于蒙山縣新圩鎮東南側約1km處，為分離式長隧道，隧道走向約135°，洞門形式為削竹式，設計時速100km/h。隧道左線起止樁號ZK33+418～ZK35+595，設計長度為2177m，最大埋深約240m，其中Ⅲ級圍巖890m，Ⅳ級圍巖985m，Ⅴ級圍巖320m，其中荔浦端進口明洞20m，玉林端出口明洞17m。隧道右線起止樁號YK33+400～YK35+632，設計長度為2177m，最大埋深約232m，其中Ⅲ級圍巖755m，Ⅳ級圍巖1065m，Ⅴ級圍巖323m，其中荔浦端進口明洞17m，玉林端出口明洞17m。

隧道Ⅲ級圍巖共1645m，占總長的37.531%，Ⅳ級圍巖共2050m，占總長的46.5%，Ⅴ級圍巖共643m，占總長的14.58%，明洞共71m，占總長的1.61%。

2? 爆破方案

2.1 原有爆破方案及效果分析

該段高速公路東秀隧道的圍巖以Ⅳ級為主，有些位置甚至達到Ⅴ級圍巖，主要以砂巖為主，破碎較為嚴重，節理裂隙比較復雜，施工難度較大。東秀隧道在采用鉆爆法施工期間，超挖現象極度嚴重，嚴重影響該工程的施工進度及加大混凝土噴射量。因此，應該盡快決超挖嚴重這一問題。東秀隧道原有爆破方案采用鉆爆法施工，并沒有采用光面爆破，設計循環進尺3m，采用孔徑為40mm的鉆頭，掏槽孔深度3.5～3.8m，周邊孔孔深3.0～3.3m，周邊孔間距55～75mm，周邊孔單孔裝藥量達到1.2～1.5kg，掏槽孔裝藥量在1.8～2.4kg，爆破后掌子面凹凸不平，幾乎看不到炮孔痕跡，平均超挖在40～50cm，有些位置甚至超過1m，超挖情況十分嚴重，周邊巖體破損嚴重影響巖體的自承能力。為后續出渣及混凝土噴射帶來較大的工程量，降低了工作效率，對下一個循環裝藥等帶來不便，影響施工進度的同時給工程效益帶來一定的影響。效果表明，出現該情況的原因有以下幾點：

①周邊孔裝藥炸藥單耗偏高。

②布孔方式不合理。主要表現在周邊眼沒有根據巖性變化而做出相應調整;巖體破碎時，孔距應減小，周邊孔孔距一般為55～75cm，孔距過大。

③周邊眼裝藥結構不合理。在巖體破碎條件下周邊眼仍采用連續裝藥結構，未采用間隔裝藥。

④鉆孔質量較差，表現有：①炮眼偏位：由于鉆孔班組人員組織能，及鉆孔人員在施工過程中沒有認真貫徹執行鉆爆設計，導致一部分周邊眼間距不均勻。②鉆機角度不易控制：人工操作鑿巖機，由于機身和鉆桿的擺動及振動影響，對于周邊眼的角度控制難度較大。

⑤圍巖情況差：該段圍巖基本為Ⅳ和Ⅴ圍巖，圍巖巖體完整度較差，節理發育，破碎比較嚴重，增加了光面爆破難度，給炮眼布置、裝藥量控制提出了更高的要求。實時要根據圍巖變化情況對周邊眼間距、以及裝藥量進行調整。

2.2 光面爆破試驗方案

面對復雜的地質情況，同時要解決超挖嚴重問題采用常規鉆爆法很難實現。光面爆破，依據光面爆破原理，確定合理的光面爆破參數，同時嚴格按規定要求打孔，提高鉆孔的精度，就可有效的控制超欠挖現象的出現。根據現場巖石類型及節理裂隙情況，不斷優化參數，確定適合于循環進尺為3m的東秀隧道Ⅳ～Ⅴ圍巖的光面爆破參數，周邊孔孔距為35～40cm，采用間隔裝藥，裝藥結構如圖2所示，將炸藥綁在線槽上面或者竹片上，其周邊眼的線裝藥密度為0.13～0.15kg/m。起爆網路連接，由于光爆孔內裝藥方式采用間隔裝藥，因此所有光爆孔內裝藥均應采用導爆索引爆。相鄰周邊光爆孔起爆的同時性是保證光爆效果的一個重要因素，為確保光爆孔同時起爆，孔外周邊光爆孔聯網均采用導爆索連接，光面孔連接如圖3所示，因原有爆破方案中除超挖嚴重之外，循環進尺都能達到預期的效果，說明掏槽孔裝藥量、掏槽方式等是正確的，無需改動。

3? 效果及分析

使用光面爆破后，炮孔利用率大大提高，爆后巖壁相對光滑平整（如圖4），通過現場爆破效果可以看出光面爆破效果比較顯著：爆破后隧道的超挖現象在一定程度得到控制，爆后巖壁比較光滑。與此同時，光面爆破技術不僅可提高隧道開挖的質量，也提高隧道掘進的效率，與此同時，大大減少了噴射混泥土量和時間，縮短循環時間，節約炸藥用量，降低掘進成本。為東秀隧道開挖帶來了較好的社會和經濟效益。因此，通過以上現場光面爆破試驗結果表明：

①隧道爆破時，采取不同的爆破方法會產生不同的效果。對于節理裂痕發育的大斷面隧道，采用光面爆破法相比普通爆破法在控制超挖現象方面效果更為顯著，但光面爆破參數的選擇應根據現場地質條件的變化隨時隨地做出調整和優化。

②光面爆破后，巷道斷面成型能達到預期目標，輪廓相對平整光滑，通風阻力相對較小，工作面工作環境比較好;由于爆炸的影響，巖石表面的應力集中現象相對減少，原生巖石的裂縫受爆破的影響減小，圍巖依然保持較好的整體性和穩定性，為下一步施工提供強有力的安全保障。

③當周邊炮眼不耦合系數較小時，為提高光面爆破效果，達到預期的爆破標準，將藥卷切割成幾段，間隔分散裝藥方式進行裝藥。

④由于光爆孔內，采用間隔方式裝藥，所以在起爆網路連接時，光爆孔內必須裝藥均應采用導爆索連接藥捐。為了保證周邊眼同時起爆，周邊眼外聯網均采用導爆索確保了光爆孔同時起爆，這種引爆方式可大幅提高了光爆效果。

從光面爆破理論分析，一般認為，炸藥起爆時，對巖體產生三種效應：一是應力波反射拉伸破壞所起的作用;二是爆炸氣體膨脹做功所起的作用;三是二者共同作用所起的破壞。炸藥爆炸后，產生高溫高壓氣體，爆生氣體迅速與周邊巖體發生碰撞使巖體獲得切向拉力，這是造成破壞的主要原因。爆炸產生的高溫高壓氣體膨脹壓力作用時間長，在炮孔破裂之前的一段時間內壓力較大，這是造成炮孔壁壓縮破壞的主要原因。綜上可以看出在光面爆破中，是二者共同作用，我們要充分理解光面爆破原理，在實際工程中結合原理與現場情況合理施工，從而達到所預期的效果。

4? 結論

依托荔玉高速標段東秀隧道為工程背景，經過多次光面爆破試驗，不斷優化光面爆破參數，提出適合于Ⅳ～Ⅴ圍巖的大斷面隧道爆破開挖的光面爆破方案如下：

①在圍巖條件復雜，巖性比較差時候，鉆爆法施工會帶來嚴重的超欠挖現象，嚴重影響工程的各項指標。光面爆破可以有效的控制超欠挖。

②合理的光面爆破參數是決定爆破效果的重要條件，一個合理的參數需要理論和實踐的多次論證。

③針對荔玉高速3標段東秀隧道提出的光面爆破方案，經不斷現場試驗的優化，在隧道掘進中炮孔利用率比之前大大提高，周邊孔炸藥消耗由試驗前的0.4kg/m，降低到0.12～0.15kg/m，超挖現象得到有效的控制，充分說明爆破參數的合理性。

④爆破參數不是固定不變的，要時刻注意巷道所處圍巖巖性及地質情況的變化情況，對爆破參數作出合理的調整。

5? 應用心得

通過荔玉高速東秀隧道光面爆破技術的試驗與應用，證明了在巖體較為破碎，節理裂隙發育的條件下，只要結合實際，不斷優化參數設計，按照一定的規則要求施工，光面爆破技術能得到較好的應用并能取得良好的經濟效益。同時施工過程中要注意如下事項：

5.1 鉆孔質量

鉆孔質量是決定爆破效果的關鍵性因素，周邊孔的角度控制不好就會造成超、欠挖，影響周邊輪廓的平整度。

5.2 加強施工隊伍的管理

要處理好與施工方的關系，施工隊伍決定了整個爆破的成敗，必要時對主要的施工人員做一些專業的培訓，使他們對相關知識有一定的了解，不是在光憑借經驗去施工。