淺析光面爆破技術在隧道工程施工中的應用

摘要 光面爆破技術以其卓越的隧道施工性能，在隧道工程中占據一席之地。該技術憑借對爆破參數的精準把控，可實現隧道壁面的光滑處理，有效避免過度挖掘和挖掘不足的問題，能顯著提升施工效率和工程質量。文章通過實際施工案例，深入剖析了光面爆破技術在隧道施工中的實際應用，著重分析了其技術特性、施工關鍵要點以及實踐效果，旨在為同類型隧道工程施工提供有價值的參考依據。

關鍵詞 隧道施工；光面爆破；施工技術

中圖分類號 U455.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0122-03

0 引言

在隧道施工過程中，傳統爆破方法往往存在超挖、欠挖等問題，這不僅增加施工成本，還可能導致隧道結構的不穩定。而光面爆破技術通過精確設計爆破參數，可以最大限度地減少這些問題，提高隧道的整體穩定性和安全性。該文旨在對光面爆破技術在隧道工程施工中的應用進行淺析，探討其技術原理、實施要點以及實際應用效果。

1 工程概況

某項目隧道洞身穿越斷層破碎帶，總長度3 576.3 m，隧道最大埋深1 470.431 m，Ⅲ級圍巖開挖過程中易出現輕微～中等巖爆。隧道巖性主要為白云巖、灰巖，穿越地層的巖性以灰巖（灰巖夾白云巖）為主。溶蝕強烈地段、巖性變化接觸帶附近存在突水突泥的可能性大，比如在灰巖遇巖溶發育區、地下水富集段。

2 光面爆破原理

光面爆破技術借助炸藥爆炸釋放的能量，使得爆炸力能夠沿著預定的輪廓線均勻擴散。其核心在于精確控制炸藥的爆炸作用。控制過程涉及炸藥的選擇、裝藥結構的設計以及爆破參數的確定等多個環節。炸藥的選擇需要根據具體的巖層情況進行，確保爆炸能量能夠得到充分利用。裝藥結構的設計則是為了使炸藥能夠按照預定的方式進行爆炸，達到預期的爆破效果。爆破參數的確定則包括眼間距、抵抗線以及裝藥量等因素，這些參數的設定將直接影響爆破后巖壁的光滑度和平整度[1]。

光面爆破利用爆炸沖擊波的傳播特性產生強烈的沖擊波和高溫高壓氣體。這些沖擊波和氣體在巖體中傳播，對巖石產生壓縮和破碎作用。通過炮眼布置和炸藥用量，使沖擊波沿著預定的輪廓線傳播，從而實現對巖體的精確切割。周邊眼的精確控制則是光面爆破中形成光滑巖壁的關鍵部分。通過確保周邊眼同時起爆，可以實現對巖體的整體切割，避免出現凹凸不平的情況。周邊眼的布置也需要根據巖層的具體情況進行調整，以確保爆破效果的最佳化。

3 施工工藝及流程

隧道開挖采用鉆爆法施工時，周邊孔采用光面爆破，炸藥采用2號巖石乳化炸藥，雷管選用數碼電子雷管。施工工藝流程見圖1所示。

針對隧道洞眼的巖石情況初次選用如下爆破參數，在施工中可按照選定的參數總結每次爆破效果，通過測量半孔率和輪廓不平整度，不斷調整光爆參數：

孔深L=3.2 m；光爆孔間距a=（10～15）d=（10～15）×42 mm=420～650 mm，取a=600 mm。

單孔裝藥量計算公式：

Q1=η×L×r" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：η——炮孔裝藥系數，η=0.7；L——孔深，L=3.2 m；r——每米長度炸藥量，r=0.4 kg/m。

經計算Q1=0.89 kg，取0.9 kg。

光爆孔布置及裝藥結構圖見圖2所示。

3 光面爆破施工方法

3.1 光面爆破設計參數

（1）孔距

光爆孔的孔距與炮孔直徑、巖性和節理裂隙發育程度等因素有關。孔距過大，難以爆出平整壁面，孔距過小則增加鉆孔費用。通常光爆孔的孔距可按炮孔直徑選取：

a光=（10～18）×d" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：a光——光爆孔孔距（m）；d——光爆孔孔徑（m）。

隧道巖體主要為Ⅲ～V級圍巖，孔距隨圍巖等級提高逐步增大。光爆孔孔距暫按Ⅲ級圍巖46～50 cm、Ⅳ級圍巖44～48 cm、Ⅴ級圍巖42～46 cm選取（爆破施工過程中應根據每次爆破的效果進行調整，直至達到最優值）。

（2）光爆孔的最小抵抗線W

光爆孔最小抵抗線（最后一圈掘進孔與周邊孔的距離）多為光爆孔孔距的1.2～1.8倍，巖石破碎、軟弱時取較小值。考慮隧道圍巖等級，設計選取光爆孔的最小抵抗線為0.5～0.7 m（爆破施工過程中應根據每次爆破的效果進行調整，直至達到最優值）[2]。

（3）光爆孔的線裝藥密度q

根據隧道圍巖情況，結合以往工程經驗，采用2號巖石乳化炸藥時，暫選取光爆孔線裝藥密度0.1～0.25 kg/m（爆破施工過程中應根據每次爆破的效果進行調整，直至達到最優值）。

（4）光面爆破的單孔裝藥量

光面爆破的單孔裝藥量按照線裝藥密度計算，由式（3）給出：

Q光=q線×L光" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：Q光——光爆孔單孔裝藥量（kg）；q線——光爆孔線裝藥密度（kg/m）；L光——光爆孔長度（m）。

（5）光爆炮孔的堵塞長度

光爆炮孔的堵塞長度和堵塞質量直接關系周邊孔的爆破效果，一般堵塞長度不應小于0.4 m，該設計統一取堵塞長度為0.5 m。

3.2 施工爆破（部分）

Ⅲ級圍巖選取Z3a型襯砌斷面進行設計，采用全斷面法開挖。由于受地質條件多變等因素的影響，施工中應根據爆破效果及有害效應對孔網參數進行調整。

（1）炮孔直徑：42 mm。

（2）循環進尺設計：3 m。

（3）炮孔利用率：一般為0.85～0.95，取0.91。

（4）炮孔長度：掏槽孔4 m，輔助掏槽孔3.8 m，周邊孔3.3 m，底板孔3.3 m，掘進孔3.3～3.4 m，崩落孔3.3 m。

（5）掏槽方式：選用楔形掏槽。

（6）周邊孔布置：布置在開挖輪廓線，并向外傾斜，孔底在輪廓線外10 cm位置。

各炮孔裝藥參數見表1所示。

連續裝藥和分段裝藥結構圖分別如圖3、圖4所示。

4 控制及檢查

針對不同圍巖的特性制定相應的爆破方案。方案的制定應充分考慮圍巖的硬度、結構以及穩定性等因素。在實施爆破作業過程中，應密切關注爆破的實際效果，根據現場情況進行適時的調整和優化。通過對爆破參數的微調，如眼間距、裝藥量以及起爆順序等，能夠實現對爆破效果的控制，使巖壁更加平整光滑[3]。根據測量數據繪制出開挖輪廓線，并交由項目部測量組進行復測，防止因測量誤差導致的開挖偏差。同時，對周邊眼進行控制和管理，周邊眼對開挖輪廓線有著直接影響，是決定光爆效果的關鍵因素。在爆破作業中經常出現超挖和欠挖現象，應及時進行原因分析，并針對性地調整鉆眼方向、部位以及裝藥量等。欠挖或未爆掉部分，應立即進行處理，以防止對下一個循環的爆破作業造成不利影響[4]。爆破炮孔標準見表2所示。

5 結論

光面爆破技術在隧道工程施工中可提高施工效率，顯著提升工程質量。通過精確控制爆破參數和優化炮孔布置，光面爆破技術可實現隧道壁面的光滑平整，有效減少超挖和欠挖現象。光面爆破技術有助于提高圍巖的穩定性，避免在裂隙發育的地層中產生新的裂縫，減少落石傷人事故的風險，為快速施工提供了有利條件。該技術還能減少掘進超挖數量和出碴工作量，加快了掘進速度，節省了襯砌材料。綜上所述，光面爆破技術在隧道工程施工中的應用具有顯著的優勢和廣泛的應用前景。隨著技術的不斷發展和完善，光面爆破技術在隧道工程施工中將發揮更加重要的作用，為隧道建設的安全、高效、環保提供有力保障。

參考文獻

[1]張寶林.隧道光面爆破施工技術要點分析[J].科技創新與應用，2024（10）：189-192.

[2]王林.光面爆破技術在隧道施工中的應用研究[J].交通科技與管理，2024（6）：149-151.

[3]林志靈.隧道掘進光面爆破關鍵技術參數的確定及應用分析[J].福建交通科技，2023（12）：55-59.

[4]熊春耀.光面爆破技術在隧道施工中的標準化應用[J].品牌與標準化，2023（6）：114-116.