長大隧道光面爆破施工技術(shù)的研究應(yīng)用

岳軍

摘要：我國長大隧道一般采用新奧法施工技術(shù)，光面爆破作業(yè)是支撐新奧法原理的重要一環(huán)，針對不同的巖性和開挖工法進行專項設(shè)計，通過合理地選擇爆破參數(shù)等進行爆破施工，可使開挖輪廓圓順、有效控制隧道超欠挖，實現(xiàn)安全、快速的施工作業(yè)，所以本論文將基于工程項目設(shè)計情況，對長大隧道光面爆破相關(guān)施工技術(shù)進行探討與研究。

關(guān)鍵詞：光面爆破;長大隧道;應(yīng)用

1.前言

當前社會對隧道工程的施工要求也越來越高。光面爆破技術(shù)的應(yīng)用可增強隧道施工中的圍巖完整性及穩(wěn)定性，提高隧道施工質(zhì)量，因此針對隧道光面爆破施工技術(shù)進行研究及探討，是提高隧道工程項目質(zhì)量的重要途徑之一。

2.光面爆破施工技術(shù)要求

2.1光面爆破的基本概念

⑴掏槽眼：為輔助眼提供新的自由面，影響隧道爆破的循環(huán)進尺和掘進效果。

⑵輔助眼：一般按線形或環(huán)形均勻布置，進一步擴大掏槽空間。

⑶周邊眼：沿設(shè)計輪廓線的環(huán)向小孔距的平行炮孔，直接關(guān)系隧道開挖輪廓超欠挖和對圍巖的擾動程度，是光面爆破的核心。

2.2光面爆破設(shè)計要點

⑴周邊眼間距E

周邊眼孔距過大，孔間導向作用消失，光面裂隙就不能形成;過小則會增加鉆孔數(shù)量和爆破工作量，所以周邊眼應(yīng)適當加密。一般情況下，E=（8～18）D，D-炮孔直徑。

⑵最小抵抗線W和炮孔密集系數(shù)m

最小抵抗線W即光爆層厚度，一般情況下，W=（10～12）D，W過小，與孔間的光面裂隙來不及貫通前，各孔就朝自由面方向形成爆破漏斗，結(jié)果產(chǎn)生凹凸不平的破裂面;過大易導致自由面方向爆破效果惡化，大塊多，在壁面造成凹坑。

炮孔密集系數(shù)m=E/W，最大可以達到1。要獲得平整的輪廓面，一般情況下取值如下：硬巖：E=45～55cm、W=（50～60）;中硬巖：E=40～45cm、W=（45～55）;軟巖：E=35～40cm、W=（40～50）。

⑶不耦合系數(shù)k

不耦合系數(shù)k=炮孔直徑D/裝藥直徑d。

K（一般為1.1～2.0之間）的確定可使炮眼壁巖石上受到的沖擊壓力不大于巖石的極限抗壓強度，避免壓碎圈的形成，從而留下半炮眼痕跡，同時，在炮眼連心線上產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強度，產(chǎn)生定向裂隙。

⑷線裝藥密度ρ

指單位長度炮孔中裝藥量的多少。施工中應(yīng)根據(jù)孔距、光面層厚度、石質(zhì)及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。一般情況下，軟巖中用70～120g/m，中硬巖中為100～150g/m，硬巖中為150～250g/m。

⑸鉆孔深度H及外插角a

炮孔深為每循環(huán)開挖進尺長度，并考慮10%～15%的超深。外插角取2°～5°，眼底不應(yīng)超出開挖斷面輪廓線10cm。

⑹起爆方向

正向起爆：將起爆藥包放在孔口藥卷處，雷管聚能穴朝向孔底。

反向起爆：起爆藥包放置在孔底，雷管聚能穴朝向孔口。

掏槽眼采用正向連續(xù)裝藥起爆，輔助眼采用反向連續(xù)裝藥起爆，周邊眼采用反向間隔裝藥或?qū)П鞔?lián)裝藥起爆。

2.3光面爆破影響因素

⑴地質(zhì)條件：地質(zhì)狀況對光面爆破效果的影響較大，相同爆破條件下，巖石堅固性系數(shù)與超欠挖量成反比，施工過程中要根據(jù)巖性情況動態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)。

⑵鉆孔精度：為減小或盡可能消除測量誤差，半斷面或全斷面開挖爆破，應(yīng)堅持每個循環(huán)都用儀器測量放線，認真準確放出開挖輪廓。炮孔越深，孔底偏差越大，因此，炮孔越深越應(yīng)采取相應(yīng)措施控制鉆進方向。

⑶爆破參數(shù)

炮眼間距：光面爆破的實質(zhì)是使炮眼之間產(chǎn)生貫通裂縫，沿著設(shè)計開挖輪廓線形成規(guī)整的斷裂面。合適的炮眼間距，是以兩眼在連線上疊加的切向應(yīng)力大于巖石的抗拉強度為原則。炮眼間距的大小，主要取決于圍巖巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、炸藥性質(zhì)、不耦合系數(shù)和光爆層厚度。一般情況下，圍巖堅硬完整，抗拉強度則相對較低，眼距相對較大;反之，則相對較小。當炮眼間距比抵抗線小一些或等于抵抗線時，光爆效果較好。

炮眼密集系數(shù)：m值較大，炮眼間距過大，兩炮眼就會各自形成單獨的爆破漏斗，就會在兩眼之間留下巖石殘根形成欠挖。m值較小，兩裝藥距離過近，大部分能量用于拋擲巖石，就會在兩眼之間形成超挖。

起爆時差：周邊眼同時起爆，炮眼間的貫穿裂縫形成得較早，裂縫形成會使其周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力下降，從而抑制了其它方向裂縫的形成和擴展，爆破形成的壁面較平整。實際操作證明，起爆時差小于10ms的光爆效果較好。

炮孔裝藥量：炮孔裝藥量取決于要求爆破的巖石的體積、爆破類型等。為減少爆震裂隙，減少靜壓的破壞作用，其周邊眼的藥量必須控制，盡可能減少裝藥密度，采取多打炮眼少裝藥的方式。

3.工程實例

3.1工程概況

沈白高鐵白山隧道位于吉林省白山市，全長12740m，是全線第一長隧道，為I類高風險隧道，圍巖以石灰?guī)r為主，最大埋深約289m，不良地質(zhì)地段多，存在有斷層破碎帶、崩塌落石、巖溶，易發(fā)突水、突泥，施工安全風險高。

3.2白山隧道石灰?guī)r地段光面爆破設(shè)計

白山隧道石灰?guī)r為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，天然密度ρ=2-2.5（g/cm3），基本承載力500-800KPE，最大單軸飽和抗壓強度90MPE，巖質(zhì)較硬，圍巖以Ⅲ、Ⅳ為主，節(jié)理裂隙及裂隙水較發(fā)育，穩(wěn)定性較好，斷面開挖面積142m3，采用臺階法開挖，上、下臺階同步開挖，上臺階高度6.8～7.0m，下臺階高度3.5～3.7m。

根據(jù)石灰?guī)r的巖性特征進行專項光面爆破設(shè)計，采用楔形掏槽與直眼掏槽相結(jié)合，上下臺階采用電雷管分次起爆，周邊孔與輔助孔的孔底在同一垂直面上，周邊眼采用導爆索間隔裝藥結(jié)構(gòu)，其他眼采用毫秒管集中裝藥結(jié)構(gòu)，起爆順序為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。

3.3光面爆破施工技術(shù)參數(shù)

通過對現(xiàn)場掌子面爆破循環(huán)作業(yè)的數(shù)據(jù)分析，基本固定了白山隧道石灰?guī)r地段的光爆參數(shù)，周邊眼間距拱部采用40cm，邊墻采用45cm，下臺階周邊眼間距采用60cm，具體爆破參數(shù)見下表。

3.4光面爆破現(xiàn)場效果

通過對白山隧道石灰?guī)r地段掌子面現(xiàn)場每循環(huán)爆破作業(yè)效果及時進行對比分析，本著相對固定，動態(tài)調(diào)整的原則，對爆破參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，不斷優(yōu)化，目前現(xiàn)場光爆效果基本達到預(yù)期要求，有效的控制了超挖量和對圍巖的擾動。現(xiàn)場爆破效果如下圖：

4.結(jié)束語

對于隧道工程項目施工來講，地質(zhì)及圍巖情況是個不斷變化的過程，因此在施工過程中要做到巖變我變，施工過程中要及時對比爆破效果，分析爆破數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整，不斷優(yōu)化各項爆破參數(shù)，確保光面爆破效果，為后續(xù)施工打下堅實的基礎(chǔ)，提高隧道整體施工質(zhì)量。