不同圍巖下隧道光面爆破技術控制要點

摘" 要：為降低爆破炸藥用量，提高施工效率，保證爆破效果，現以某市高速連湖隧道為例，介紹工程概況，分析光面爆破原理，研究面爆破鉆爆設計及施工，探討光面爆破技術實際經濟效益。結果表明，在不同圍巖下，隧道光面爆破技術應用，提高斷面開挖質量，保證施工安全性，取得良好的經濟效益，該技術具有較高的應用價值和應用前景。希望通過這次研究，為相關人員提供有效的借鑒和參考。

關鍵詞：隧道；圍巖；光面爆破；控制要點；鉆孔

中圖分類號：U455.4" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）28-0173-04

Abstract： In order to reduce the amount of blasting explosives， improve the construction efficiency and ensure the blasting effect， taking a high-speed Lianhu tunnel in a city as an example， the general situation of the project is introduced， the principle of smooth blasting is analyzed， and the design and construction of face blasting drilling and blasting are studied. The actual economic benefits of smooth blasting technology are discussed. The results show that under different surrounding rocks， the application of tunnel smooth blasting technology can improve the cross-section excavation quality， ensure the construction safety， and obtain good economic benefits. This technology has high application value and application prospect， supposed to provide effective reference for the relevant personnel.

Keywords： tunnel; surrounding rock; smooth blasting; control points; drilling

目前，隧道施工工作開展主要采用光面爆破技術。通過應用該技術，可以減少對圍巖的破壞，保證其完整性和穩定性；提高初支效率；可有效降低爆破、初支、管理成本。總之，開挖爆破的質量直接決定了施工安全及圍巖的完整性、穩定性、初支工效、工程進度和施工成本[1]。因此，在不同圍巖下進行隧道施工時，為提高開挖爆破質量，保證工程施工的高效性和安全性，如何科學地應用光面爆破技術是技術人員必須思考和解決的問題。

1" 工程簡介

某市高速公路總長度為83.065 km，橋隧比相對較高，高達77%，整個隧道圍巖主要含有鈣質泥巖、粉砂質巖等成分，一旦隧道圍巖受到風化等不良影響，會呈現出深褐色、深灰色。隧道不同，圍巖巖性存在一定的差異，通過實施隧道光面爆破施工，使得光面爆破技術更好地應用于工程實踐，將工程施工成本降到最低。隧道光面爆破技術控制目標如下：①炮眼利用率控制在91%以上；炮痕保存率控制在86%以上；爆破后圍巖面呈現出光滑平整特點，沒有出現超欠挖現象[2]。另外，將拱部最大超挖值控制在24 cm以下，將邊墻平均線性超挖值控制9 cm以下。同時，整個圍巖面上禁止出現明顯裂隙問題。②減少工程施工成本。在常規爆破技術的應用背景下，所獲得的進尺為2.66 m，鉆眼深度為2.9 m，通過應用光面爆破技術，確保隧道單循環進尺控制在3.0 m以上，同時，將炸藥消耗量控制在16%以上。

2" 光面爆破原理

光面爆破的定義是沿開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合間隔裝藥或裝填低爆速炸藥，在主爆區起爆之后，周邊孔同時起爆，使巖體形成平整輪廓面的爆破技術。光面爆破流程如下。

2.1" 密集炮孔

密集炮孔是指周邊孔孔間距一般比其他孔間距小，沿開挖輪廓線均勻布設。周邊孔間距孔徑一般為10～15 cm，Φ40 mm孔徑周邊孔間距為40～60 cm，Φ50 mm孔徑周邊孔間距為50～75 cm。

2.2" 不同耦合間隔裝藥

因目前隧道爆破開挖普遍使用高爆速炸藥（Φ32 mm的2號巖石乳化炸藥），爆速在3 200～3 800 m/s，產生的爆壓大于2 500 MPa，而常見最硬巖石（花崗巖）單軸抗壓強度只有100～160 MPa。所以，為了減少爆破對周邊圍巖的擾動，避免孔壁大面積炸壞，導致超挖，周邊孔必須分節間隔裝藥（不耦合間隔裝藥——藥卷直徑小于孔徑，使用導爆索進行分節間隔裝藥），光面爆破炮孔在不耦合裝藥條件下爆炸[3]，空氣間隙的緩沖作用使得作用于炮孔壁的沖擊壓力大幅度下降，在炮孔連心線上各點產生很大的切向拉應力。當炮孔間距適當時，在炮孔壁上應力集中處將首先出現拉伸裂隙，然后在爆轟氣體的作用下，裂隙沿連心線延伸，最后形成具有一定寬度的貫穿裂縫。

2.3" 臨空面形成

光面爆破技術中的炮孔主要包括掏槽孔、掘進孔、二圈孔和周邊孔。在光面爆破過程中，首先起爆掏槽孔形成自由面，該自由面作為鄰近擴槽孔的爆破方向，然后按層依次起爆擴槽孔、掘進孔、二圈孔等炮孔，每層爆破均形成新的臨空面[4]，直至最后起爆周邊孔，形成圓順輪廓面。為了達到起爆要求，周邊孔起爆雷管必須使用同批次起爆中最高段位的雷管。

2.4" 周邊孔同時起爆

光面爆破施工中必須采用導爆索。導爆索傳爆速度約為6 500 m/s，相鄰周邊孔間距一般在40～75 cm，相鄰周邊孔傳爆所需時間為0.06～0.11 ms，兩車道隧道全斷面所有周邊孔傳爆完成僅需要約4 ms，因此使用導爆索可視作讓所有周邊孔同時起爆[5]。

3" 光面爆破鉆爆設計及施工

3.1" 光面爆破技術控制要點

3.1.1" 鉆孔要求

鉆孔的質量直接影響光爆的效果，具體要求如下：①提前將爆破參數設計好并錄入電腦內，利用三臂鑿巖臺車電腦鉆孔參數嚴格控制鉆孔精度。②鉆孔前應至少準確劃出周邊孔輪廓線位置，確保周邊孔間距及光爆層厚度滿足設計要求[6]。③周邊孔應做到“準、平、直”。準，即鉆孔的位置準、方向準；平，即相鄰鉆孔平行且平行隧道中軸線；直，即孔直，且保證孔底在同一個鉛錘面內。

3.1.2" 角孔、周邊孔裝藥要求

角孔由于其特殊性，裝藥結構采用抬炮孔的裝藥結構（連續裝藥），裝藥至距孔口1.2～1.7 m位置，炮孔堵塞至裝藥位置。角孔位置示意角孔裝藥示意圖如圖1所示。

除角孔外，周邊孔裝藥必須采用不耦合間隔裝藥結構，即將每整卷炸藥切割成小節，等間距布置在孔內。三臂鑿巖臺車鉆孔必須使用PVC管裝藥，防止藥卷與導爆索間距過大，出現拒爆現象，使用PVC管將藥卷及導爆索等間距綁扎好[7]，導爆索反插入最前端藥卷中，再整體送入孔內，每個周邊孔使用導爆索長度=鉆孔長度+孔間距+25 cm。PVC管間隔裝藥實物圖如圖2所示。

周邊孔炸藥使用5發同段位導爆管雷管起爆，該段位為同批次起爆雷管中的最高段位。其分布位置為：拱頂1發，兩側拱腰各1發，兩側角孔各1發。除角孔外，導爆管雷管裝入孔內任一小節藥卷內，并綁扎牢固。放入雷管的周邊孔裝藥示意圖和孔位示意圖如圖3所示。

3.1.3" 掏槽孔、掘進孔、二圈孔和抬炮孔裝藥要求

掏槽孔、掘進孔、二圈孔和抬（壓）炮孔采用連續裝藥結構，每個炮孔內安裝一發雷管起爆，藥卷間擠壓密實，2藥卷間隔不得大于2 cm。

3.1.4" 堵孔要求

每個周邊孔應堵塞密實，以手動拉不出導爆索為準，提前將紙箱放入水中浸泡，確保紙箱濕透，揉1～2個孔徑大小的紙團，使用炮棍將其送至距孔口約0.3 m位置（角孔送至裝藥位置）。繼續揉多個紙團[8]，使用炮棍將其送入孔內，逐個搗實，最后以炮棍搗不動為準。

3.1.5" 導爆索連接要求

所有周邊孔必須使用導爆索連接在一起。導爆索采用“T”型連接方式，由兩側角孔開始同時向拱頂周邊孔逐孔連接，連好的導爆索應緊貼巖面，“T”型結在孔口位置。導爆索長度不足需要續接時，可采用“扭結+電工膠帶綁扎”的方式，搭接長度不小于0.15 m。

3.2" 鉆孔爆破施工設計

3.2.1" "鑿巖機具選取

結合施工現場，制定出相應的爆破方案，在選用隧道爆破機具時，要優先選用VT28型氣腿式鑿巖機，并將鉆頭外觀設置為“一”字型，將鉆桿規格設置為中空六棱形，鉆桿長度依次設置為1.6、2.1、2.6、3.6 m。

3.2.2" 爆破器材選取

在選取爆破器材時，要從以下幾個方面入手：①炸藥。優先選用3號巖石乳化炸藥，其藥卷設置為32 mm。②雷管。連接件所選用的雷管被劃分為1～15段。③導爆索。采用間隔裝藥的方式，合理地分布藥物所裝位置[9]，并有效傳播導爆索。④裝藥結構。采用間隔裝藥方式，將各個導爆索與各個藥卷之間進行有效的連結，使其連結為統一整體。其他爆孔在起爆時，主要采用孔底正向處理方式。

3.2.3" 灰巖地質巖層爆破設計

隧道圍巖所含有的灰巖主要包含三級灰巖和四級灰巖，并呈現出中厚層狀，整個脈寬低于1 cm，通過采用取樣試驗法，將巖石天然單軸抗壓強度控制在30 Pa以上，結合以上特點，從以下幾個方面入手，開展相應的爆破設計工作。①炮眼布置。沿著開挖臺車，對炮眼進行有效布置，其中，將壓頂炮眼布置成2排，將周邊眼、底板眼分別布置1排。②確定起爆順序。嚴格按照光面爆破常用參數，將預裂間距、光面間距、巖石環厚度分別設置為48、80、60 cm。起爆順序依次為掏槽眼、擴槽眼、掘進眼、內圈眼、底板眼。③布眼操作。借助開挖臺架，完成相應的布眼操作[10]。同時，將常規爆破周邊眼間距控制為輔助眼間距的1.5倍左右，只有這樣，才能保證在進行輔助眼起爆期間，內側抵抗線遠遠超過外側抵抗線，從而實現對周邊眼的有效保護。④起爆網路設計。周邊眼在具體應用中，主要運用導爆索進行傳爆處理。然后，利用雷管對其他剩下的周邊眼進行有效連接，并使用電雷管對其進行引爆處理。整個過程所用到的堵塞材料成分主要以炮泥為主，有效地保證堵塞質量。另外，還要將周邊孔堵塞間距統一設置為0.4 m左右。裝藥操作結束后，確保余孔處于堵滿、堵實狀態。

3.3" 頁巖地質巖層爆破設計

該工程隧道出口所含有的頁巖成分主要以風化鈣質、粉砂質為主，其顏色主要為灰色、深灰色，整個構造呈現出薄層狀，具有裂隙寬、巖質軟等特點，通過對頁巖進行取樣試驗，發現巖石天然單軸所對應的抗壓強度均為36 Pa。地下水并沒有出現發育跡象，整體呈現出潮濕狀。結合工程隧道出口這一特點，從以下幾個方面入手，開展相應的爆破設計工作。①炮眼布置。沿著開挖臺車輪廓，將掏心眼布置為4排；將壓頂炮眼統一布置為2排；將輔助眼、底板眼統一布置為1排。②光爆結構設計。將周邊眼間距、輔助眼間距分別設置為40、30 cm，然后，將周邊眼與輔助眼進行有效結合，形成光爆結構。起爆順序依次為掏槽眼、擴槽眼、內圈眼、周邊眼。③上臺階光面爆破。在進行上臺階光面爆破處理時，將單數段位依次設置為1～13段，其中，掏槽眼依次使用1、3、5、7、9段，底板眼、頂層內圈眼、底板眼統一使用9段，周邊眼使用13段，其他剩下的輔助眼使用11段。整個起爆網絡在實際構建中，需要借助電雷管進行引爆處理。

4" 光面爆破技術實際經濟效益

光面爆破技術所獲得的經濟效益主要包含以下幾點：①通過開展光面爆破施工工作，可以解決超欠挖問題，確保后期支護量降到最低。當該工程隧道光面爆破施工結束后，炮眼利用率得以有效地提高，達到90%～96%，有效地避免隧道超欠挖不良問題出現，確保工程施工成本降到最低。經過實際測試后，獲得較高的經濟效益。②光面爆破施工完成后，有效地避免因爆破不到位而出現二次補炮問題。同時，縮短循環作業時間，有效地提高工程施工效率和效果。③與普通爆破模式相比，光面爆破技術的出現和應用，可以促使圍巖應力分布得更加均勻化，降低圍巖擾動度，提高圍巖整體的穩定性和可靠性，避免因應力分布過于集中而出現嚴重塌方安全事故，同時，還將落石出現概率降到最低，可以獲得良好的安全效益和經濟效益。

5" 結束語

綜上所述，在進行隧道施工期間，通過應用本文提出的光面爆破技術方案，不僅可以保證光面爆破質量，降低常規光面爆面凹凸不平現象的出現概率，還能實現對炸藥能量充分化利用，保證工程施工效率，從而獲得較高社會效益和經濟效益。因此，本文所提出的光面爆破技術控制方案具有較高的可靠性和可行性，降低工程施工成本，提高開挖爆破的質量，保證工程施工安全性，完全符合不同圍巖下隧道施工需求。該方案值得被進一步推廣和應用。

參考文獻：

[1] 方俊波，劉洪震，馬留闖.鑿巖臺車采用長短眼配套控制隧道超挖技術[J].隧道建設（中英文），2020，40（11）：1642-1648.

[2] 趙碩，劉恒鳳，李傳龍，等.騾馬寨隧道數值模擬與施工控制技術研究[J].公路，2018，63（6）：296-301.

[3] 馬孟軍.光面爆破技術在公路隧道工程施工中的應用[J].現代工程科技，2022，1（1）：90-92.

[4] 張俊弘，王余，蔣云東.隧道光面爆破施工技術研究[J].建筑安全，2022（9）：33-35.

[5] 李源源.微差光面爆破技術在既有隧道擴建中的應用[J].工程機械與維修，2021（3）：218-219.

[6] 張慶華.光面爆破技術在礦山隧道掘進中的應用研究[J].中國石油和化工標準與質量，2021，41（2）：196-198.

[7] 劉海波.聚能水壓光面爆破新技術在成蘭鐵路隧道施工中的應用[J].現代隧道技術，2019，56（2）：182-187.

[8] 郭忠.隧道光面爆破及超欠挖現象分析與控制技術措施[J].低碳世界，2019，9（11）：234-235.

[9] 馮進軍.簡述鐵路單線隧道硬巖施工光面爆破技術及風險控制[J].價值工程，2020，39（19）：133-134.

[10] 文志榮.高速公路隧道光面爆破施工技術及質量控制探討[J].西部交通科技，2020（3）：89-91.