公路隧道光面爆破施工技術(shù)研究

廖大成

（上海金山公路建設(shè)有限公司，上海 201599）

1 工程概況

嶺庵山隧道處于福建省泉州市永春縣境內(nèi)，為分離式公路隧道。隧道左洞長度為3.002km，右洞長度為3.007km，左右洞均為特長隧道。其中左洞Ⅱ級(jí)圍巖1053m、Ⅲ級(jí)圍巖1101m，右洞Ⅱ級(jí)圍巖920m、Ⅲ級(jí)圍巖1255m。

該線路屬東南沿海斷塊隆起區(qū)的閩中掀斜隆起區(qū)，根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探結(jié)果：隧道洞身圍巖為微風(fēng)化凝灰熔巖、花崗巖，屬堅(jiān)硬巖，巖體較破碎—完整；進(jìn)出口段附近為中風(fēng)化凝灰熔巖、花崗巖，為較堅(jiān)硬巖，巖體破碎—較破碎，對隧道洞身圍巖的穩(wěn)定較有利。

2 施工工藝

根據(jù)圍巖特點(diǎn)，隧道Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面施工，光面爆破的方式進(jìn)行開挖。

光面爆破施工流程是：選定爆破方案—依據(jù)爆破方案設(shè)計(jì)布眼—鑿巖臺(tái)架就位—鉆眼—裝藥—起爆—通風(fēng)、出碴—記錄、檢查爆破效果—修正爆破參數(shù)設(shè)計(jì)—進(jìn)入下一道工序。

2.1 測量放樣布眼

鉆孔前，先測設(shè)出隧道斷面中線位置，水平標(biāo)高，使用全站儀將兩側(cè)拱腳、拱腰及拱頂位置測量準(zhǔn)確，并用紅油漆將隧道輪廓線標(biāo)識(shí)在掌子面上，按直角坐標(biāo)（或其他測量方法）將鉆爆設(shè)計(jì)炮眼布置在開挖掌子面上。

2.2 鉆炮眼

使用自制折疊式鉆孔臺(tái)架，人工操縱YT28 風(fēng)鉆鉆孔，臺(tái)架用裝載機(jī)運(yùn)至掌子面，位置調(diào)整準(zhǔn)確后，斜撐加固。

在鉆孔時(shí)，嚴(yán)格按技術(shù)交底要求作業(yè)，力保每個(gè)鉆孔都與隧道軸線平行，準(zhǔn)確控制周邊眼的位置及外插角準(zhǔn)確。

2.3 裝藥爆破

裝藥前先清孔，使用高壓風(fēng)吹出巖渣。劃分區(qū)域，固定專人，各自熟記每個(gè)炮眼的起爆段別和裝藥結(jié)構(gòu)，按爆破設(shè)計(jì)裝藥平行作業(yè)。

周邊眼按設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)，在洞外用竹片綁扎，加工成串，后期改為在炮棍上用紅油漆作間距標(biāo)記，使用導(dǎo)爆索聯(lián)火雷管反向裝藥，炮棍推送小藥卷乳化炸藥至設(shè)計(jì)位置。

每孔裝藥完成后，用炮泥堵塞孔口，堵塞長度不小于30cm。

2.4 起爆網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)與起爆

起爆網(wǎng)絡(luò)采用簇聯(lián)法，每孔導(dǎo)爆管牽出后就近分束，分別捆綁于同段雷管上，之后把分束導(dǎo)爆管的牽頭并聯(lián)捆綁于一個(gè)火雷管上，留足導(dǎo)火索長度，所有人員撤離至安全距離。爆破員、安全員檢查確認(rèn)無誤后，發(fā)出起爆信號(hào)，點(diǎn)火起爆。

2.5 通風(fēng)

爆破后，先通風(fēng)排煙。之后，作業(yè)人員進(jìn)入工作面，使用有毒氣體測試儀對作業(yè)面空氣質(zhì)量進(jìn)行檢查，并檢查爆破情況，使用鋼釬清除拱部危石；挖掘機(jī)進(jìn)入工作面，清理洞碴。

2.6 出碴

使用挖掘機(jī)結(jié)合裝載機(jī)清碴，根據(jù)運(yùn)輸距離合理安排自卸汽車，將爆破出的洞碴運(yùn)至棄碴場。

3 光面爆破鉆爆設(shè)計(jì)

3.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

嶺庵山隧道Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面開挖的方式，隧道開挖總斷面面積約為80m，采用光面爆破的方式進(jìn)行爆破。

3.1.1 炮眼直徑：人工操縱YT28 風(fēng)鉆鉆孔，孔徑為φ42mm。

3.1.2 炮眼深度：L 為3.1～3.7m，炮眼平均深度按3.5m 計(jì)算。

3.1.3 每立方米巖石炸藥耗用量：根據(jù)類似工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)的圍巖情況，該項(xiàng)目Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖掘進(jìn)每立方米巖石炸藥耗用量取值為1.2kg/m。

3.1.4 如圖1 所示，工作面炮眼數(shù)量確定為148 個(gè)。

圖1 全斷面開挖炮眼布置圖

3.1.5 炮眼數(shù)量計(jì)算（復(fù)核）

式（1）中：q——炸藥單耗，kg/m；

s——掘進(jìn)斷面積，m；

η——炮眼利用率，取0.85；

m——每卷炸藥長度，m；

a——炮眼平均裝藥系數(shù)，取0.68；

b——每卷炸藥重量，kg。

計(jì)算布置炮眼數(shù)量為154 個(gè)，所以取炮眼數(shù)量為

148 個(gè)是合理的。

3.2 炮眼裝藥量

爆破作業(yè)一次總裝藥量計(jì)算：

式（2）中：Q——爆破一次總裝藥量，kg；

K——爆破每立方米巖石所需要炸藥量，

kg/m；

L——炮眼深度，m；

s——隧道斷面積，m；

η——炮眼利用率，取0.8～0.95。

Q=K×s×L×η=217.56kg

掏槽眼：Q 孔淺=L×a11×P/m=1.21kg/孔

Q 孔深=L×a12×P/m=2.42kg/孔

輔助眼：Q 孔2=L×a2×P/m=1.89kg/孔

底眼：Q 孔2=L×a2×P/m=2.16kg/孔

周邊眼裝藥密度：q=0.25kg/m

每孔裝藥量：Q 孔=q×L=1.08kg/孔

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

3.3.1 爆破裝藥方式：掏槽眼、底眼均采用連續(xù)裝藥形式，周邊眼、輔助眼采用間斷裝藥形式，起爆雷管裝在孔底反向起爆。

3.3.2 炮眼堵塞：為減少爆破能量損失，裝藥孔均應(yīng)用炮泥堵塞，不得采用包裝材料代替。配合比為1∶3 黏土和砂子，摻2%～3%食鹽，以水配制，干濕適度，先輕搗壓實(shí)，后用力搗實(shí)。周邊眼堵塞長度不小于0.3m。

3.3.3 炮眼裝藥、堵塞及起爆

周邊眼及輔助眼采用不連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，其中周邊眼為導(dǎo)爆索連接傳爆，其他炮眼采用底部放置非電毫秒延時(shí)雷管反向起爆裝藥結(jié)構(gòu)，采用導(dǎo)爆管傳爆。炮眼起爆采用非電毫秒延時(shí)雷管分段起爆，使用1，3，5，7，9…15 段，起爆順序?yàn)椋?/p>

掏槽眼—輔助眼—周邊眼—底板眼。裝藥示意圖如圖2 所示。

圖2 裝藥示意圖

3.3.4 施工注意事項(xiàng)

（1）該炮眼布置圖僅為示意圖，施工中要根據(jù)具體的圍巖情況，調(diào)整周邊眼的間距及最小抵抗線。

（2）施工中，根據(jù)爆破效果及時(shí)調(diào)整單孔裝藥量及炮眼間距，為提高光面爆破效果，建議在周邊眼除設(shè)置毫秒雷管外，再加入導(dǎo)爆索，以提高光面爆破效果。

4 光面爆破質(zhì)量保證措施

建立健全的爆破質(zhì)量管理體系，在爆破設(shè)計(jì)、爆破施工方案、光爆控制指標(biāo)、施工組織等方面嚴(yán)格把關(guān)，并在施工中做好以下幾點(diǎn)。

一是保證鉆孔質(zhì)量、裝藥結(jié)構(gòu)，充分利用激光指向儀定向功能。鉆眼時(shí)先鉆正頂孔，使頂眼孔沿坑洞軸向鉆進(jìn)，之后由頂端向兩側(cè)拱腰逐一鉆孔。周邊眼必須達(dá)到“直、準(zhǔn)、平、齊”的標(biāo)準(zhǔn)，確保風(fēng)鉆孔上仰角及外插角準(zhǔn)確性，同時(shí)保證各孔底落在同一平面上。周邊眼使用導(dǎo)爆索實(shí)現(xiàn)間隔裝藥，綁扎竹片或通過炮棍上的標(biāo)記，使周邊眼線裝藥結(jié)構(gòu)及裝藥量等符合設(shè)計(jì)要求。

二是及時(shí)記錄炮眼布置、孔內(nèi)裝藥量及爆破效果，由爆破技術(shù)員跟蹤記錄每茬炮的炮眼布置及孔內(nèi)裝藥量。爆破后檢查爆破效果，根據(jù)開挖后洞型，周邊眼殘眼率，炮眼利用率、洞碴塊度、掌子面地質(zhì)素描等評價(jià)每班爆破效果，并填寫“光面爆破技術(shù)分析表”。

三是推行崗位責(zé)任制，對施工中存在的問題，定期以書面報(bào)告的形式向管理層和作業(yè)班組提出指導(dǎo)意見，提高現(xiàn)場管理人員和施工人員的素質(zhì)。通過崗位責(zé)任制加強(qiáng)檢查和監(jiān)督，推行施工質(zhì)量和勞材耗費(fèi)與施工人員經(jīng)濟(jì)利益掛鉤。

四是實(shí)行“定人、定位、定機(jī)”的崗位責(zé)任制。在鉆孔過程中，嚴(yán)格做到“不鉆殘孔、不鉆石縫、不鉆軟夾層、不鉆破碎帶”。

五是根據(jù)掌子面的實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整鉆眼深度，確保鉆眼孔底基本落在同一垂直斷面上。

5 影響隧道光面爆破效果的因素

5.1 地質(zhì)條件

受巖石結(jié)構(gòu)的影響，隧道掌子面圍巖情況變化較大，影響光面爆破效果。

5.2 鉆孔設(shè)備

鑿巖設(shè)備主要為風(fēng)鉆和簡易鉆孔臺(tái)架，人工操作有一定的難度，受拱腰、拱腳處的眼位和鉆進(jìn)方向臺(tái)架位置限制，存在人為操作的隨意性，周邊眼的位置控制不嚴(yán)格等現(xiàn)象。

5.3 炸藥品種及裝藥結(jié)構(gòu)

炸藥與巖石之間聲抗阻不相匹配，炸藥猛度過大對炮眼壁產(chǎn)生過量破壞。光面爆破機(jī)理為周邊眼孔內(nèi)均勻間隔裝藥，爆破后產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，使相鄰的兩炮眼之間形成貫通裂縫，開挖面輪廓較光滑平整。在施工現(xiàn)場有時(shí)周邊眼采用連續(xù)裝藥，藥卷直徑大，炸藥猛度大，導(dǎo)致拱腰以下部分爆破效果較差，開挖輪廓模糊。

5.4 爆破設(shè)計(jì)不當(dāng)

周邊眼間距設(shè)計(jì)不合理，孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)不均勻分布，周邊眼與內(nèi)圈眼之間的距離（抵抗線W）過大造成欠挖、過小造成超挖；另外，設(shè)計(jì)時(shí)忽視了臺(tái)車架位置對布孔的影響，使部分炮眼不能按設(shè)計(jì)要求布置。

5.5 施工操作不當(dāng)

臺(tái)車架高度變化處鉆孔方向向上或向下偏斜過大，角炮、底板眼存在布孔、裝藥隨意性等，導(dǎo)致底板面不平整，拱腳超挖明顯。

5.6 施工管理重視不夠

大多數(shù)管理人員僅注意施工進(jìn)度和方案的合理性，在工序的銜接上加大了管理力度，開挖作業(yè)則基本上是直接交給風(fēng)鉆班控制，從而失去了對作業(yè)工人的引導(dǎo)、管理和制約功能。作業(yè)班組表現(xiàn)出來的則是一種被動(dòng)的、墨守成規(guī)、隨機(jī)作業(yè)的行為模式，當(dāng)然這中間有作業(yè)人員的素質(zhì)問題，但歸根結(jié)底還是現(xiàn)場管理人員不夠重視造成的。只有認(rèn)識(shí)到問題的嚴(yán)重性，明確開挖質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，相互監(jiān)督，不斷改善施工工藝，才能達(dá)到提高開挖質(zhì)量的目的。

6 光面爆破施工中存在問題的思考

6.1 爆破參數(shù)調(diào)整問題

隧道內(nèi)圍巖變化復(fù)雜，圍巖的節(jié)理、裂隙發(fā)育情況不一，在實(shí)施光面爆破的過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整隧道爆破參數(shù)，以確保取得較好的光面爆破效果。

為了真正做到“石變我變”，保證光爆設(shè)計(jì)的實(shí)施、光面爆破的質(zhì)量，確保隧道不坍塌。

6.2 火工品的管理問題

6.2.1 在實(shí)施爆破的過程中，需要嚴(yán)格按照各項(xiàng)規(guī)程，確保項(xiàng)目火工品存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用、回收各個(gè)環(huán)節(jié)的絕對安全。

6.2.2 可能有局部未能有效使用的雷管、炸藥被棄置于隧道的棄渣場內(nèi)，如何采取有效的措施確保此部分雷管、炸藥能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效回收，也是隧道爆破管理的一個(gè)重要的方面。

7 結(jié)語

在隧道工程實(shí)施過程中，有效地控制光面爆破施工質(zhì)量，對隧道后期的初期支護(hù)、防排水、襯砌等工程質(zhì)量起到較好的作用，加快了隧道的施工進(jìn)度，并節(jié)約了施工成本。