光面爆破技术在柿花寨隧道施工中的应用

摘要:隧道施工关键工序是开挖，开挖的关键是光面爆破，影响光面爆破效果的因素很多，文章以沪昆客专柿花寨隧道为例对光面爆破的设计、保证光面爆破的技术措施进行了论述。

关键词:光面爆破;方案设计;技术措施

中图分类号： U652.7+2 文献标识码： A

1. 绪论

隧道钻爆开挖，爆破质量直接影响洞身周边应力分布状况，同时直接影响施工单位的经济效益及施工形象。目前隧道爆破基本全部采用光面爆破技术，光面爆破的成功与否是隧道施工的关键所在。同时光面爆破也是一种难度较大的施工技术，在施工中如果爆破参数、施工方法选取不当，往往无法达到理想的爆破效果。

本文结合沪昆客专柿花寨隧道光面爆破现场实践经验，对隧道光面爆破进行浅谈如下：

2.工程概况

柿花寨隧道起讫桩号：D1K568+762~D1K570+939，全长2177m，为单洞双线结构隧道。主要由Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级三种围岩组成，其中Ⅲ级围岩1875m，占隧道比例的86.1%。

隧道位于云贵高原侵蚀构造中低山区，区内地形总体为东高西低。隧道洞身穿越区域以碳酸盐岩广泛分布为主要特征，具构造剥蚀～溶蚀槽谷地貌特点。槽谷的发育多与断层、大型节理等构造走向线一致，呈线状分布。坡麓自然斜坡陡峻，自然坡度10～20°。地质构造简单，无大的断裂构造形迹。

3.爆破方案设计

3.1．爆破参数的选择

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。柿花寨隧道主要为Ⅲ级围岩，开挖断面的面积为142.4m2，采用2号岩石铵梯炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用电雷管和毫秒导爆雷管起爆。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

3.1.1光爆层厚度(B)

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。柿花寨隧道确定光爆层厚度(B)为0.50～0.80。

3.1.2周边眼密集系数

周边眼密集系数(K)是周边眼间距(E)与光爆层厚度(B)的比值，是影响爆破效果的重要因素。

E=(12～16)d K= E/B

式中，E为周边炮眼间距，cm；d为炮眼直径，mm。K值总是小于1，当d=38～46mm，E =30～60cm，B=75～80cm时，K=0.6～0.8。周边眼间距(E)需要通过现场光爆效果不断调整，既达到减少钻孔数量、节约炸药，又需要满足光爆效果，节约成本的目的。

3.1.3装药量计算：

光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q=Q ×E ×B

式中q—装药集中度，kg/m；

Q—单位体积耗药量，g/m3(根据岩质情况查施工手册取值)

E—周边眼间距，m；

B—光爆层厚度，m；

通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.15～0.25kg/m。

3.1.4炮眼装药、堵塞及起爆

周边眼及辅助眼采用不连续装药结构，其中周边眼为导爆索连接传爆，其它炮眼采用底部放置非电毫秒延时雷管反向起爆装药结构，导爆管传爆。炮孔装药完毕后，炮泥堵塞长度不小于20cm。炮眼起爆采用非电毫秒延时雷管分段起爆，使用1、3、5…15段，顺序为：掏槽眼----辅助眼---周边眼---底眼。

3.2．装药量分布及光面爆破炮眼布置图(见下表)

光面爆破炮眼布置图

光面爆破系数表

炮眼类型 间距（cm） 数量(个) 炮眼深度(m) 每孔装药量(卷)

每孔 小计 每孔 小计

掏槽眼 40*25 18 4.5 81 18 324

掏槽辅助眼 80 20 4.0 80 12 240

底板眼 120 10 3.7 37 12 120

底板辅助眼 130 14 3.7 51.8 9 126

周边眼 49 52 3.6 187.2 2 104

其他辅助眼 80 55 3.6 198 8 440

合计 169 671 1354

4.光面爆破施工技术措施

钻爆法施工工艺特点决定了超挖是不可避免的。合理的超挖，炮孔中心应与开挖轮廓线重合、仰角应按炮孔深度确定。光面爆破首先是选择爆破方案，其次是钻孔、爆破、组织管理、测量放线等。有统计资料显示，影响光面爆破的主要因素不是地质条件，排在第一位的是钻孔技术，其次是爆破技术和施工管理。这三项影响光面效果的82%。

4.1 爆破方案的选择

本隧道采用一次分段爆破法，光面爆破孔和开挖主爆孔用迟发雷管同次分段起爆。光面爆破孔迟主爆孔150~200ms。必要时，采用短进尺钻孔，从总体上提高光面爆破的效果。

4.2 钻孔技术

4.2.1.实行分区、定位、定质、定量、定人的岗位责任制,开孔做到“准、直、平、齐”。

4.2.2.勤量勤测,找准中线水平,标定周边眼及掏槽眼的孔位。

4.2.3.在拱顶1m处,定一临时中线,以保证炮眼沿隧道中线钻进;然后在标准孔内插上炮棍,作为其他炮孔的钻进方向标志。

4.2.4.根据要求的钻孔深度在钻杆上做好标记,使孔底落在同一平面上。周边眼孔深不超过辅助眼孔深。

4.2.5.正确掌握支架的角度：钻机和支架间的角度在硬岩中一般保持在130°~140°之间；在软岩中应保持120°~130°之间。

4.2.6.严格清孔及炮眼堵塞控制,确保清孔干净及炮眼堵塞符合要求。

4.3.爆破技术

4.3.1.使用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药。

4.3.2.采用不偶合装药结构。光面爆破的不偶合系数最好大于2,但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。当采用间隔装药时，相邻炮眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。

4.3.3.严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。

4.3.4.严格控制装药集中度。为克服眼底岩石的夹制作用，通常在眼底需加强装药。

4.3.5.当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。

4.3.组织管理

组织管理的中心是充分认识开挖工程的重要性和科学性，并在此基础上提高施工人员的知识和技术水平。只有让操作人员掌握了外插角的含义、各种炸药的成分及其特性，才能主动去落实技术措施。

4.4.测量放线

4.4.1.严格控制隧道中线及标高。在洞外控制测量成果的基础上，利用横通道对左右洞进行中线和水平的闭合导线测量，确保测量精度。

4.4.2.采用先进仪器，激光投点，直接划出开挖轮廓线。

4.4.3.周边眼距离和最小抵抗线，要按不同的石质，选取效果较好的参数。一般情况下，周边眼距离E，略小于最小抵抗线的距离V，其比例一般是E/V≈0.8。如果V 值较大，则围岩会受到很大振动，残孔难以保留，有时还会有小型塌方；如果V 值太小，爆炸的冲击力轻易将外层爆开，而相临周边眼之间会留下一道鼓包，形成了欠挖。

光面爆破实施效果

柿花寨隧道开挖掘进300m，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的试验段外，现已开挖地段光爆效果良好。爆破后炮眼痕迹率达90%以上，超欠挖量仅为5%左右。且岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。大大减少了支护投入，降低了工程造价。

6.结束语

本项目采用光面爆破开挖, 取得了较好的经济和社会效益, 达到了设计和规范要求。

爆破设计是隧道开挖的关键技术，在进行爆破设计时应根据隧道断面大小、围岩级别、机械设备等进行综合考虑。

2．对同级围岩，根据其岩石构造、破碎程度等不同情况，选取不同的光爆参数，可获得比较的理想效果。

3．合理选用炸药品种和优化装药结构是保证光爆质量的重要因素。

4．提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的一项重要措施。

5．加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制，为光爆孔提拱良好的爆破条件。

参考文献

[1]《铁路隧道施工规范》(TB10204-2002)

[2]《爆破安全规程》(GB6722-2003)

[3]侯全欣，付颜生，政艳.彭水隧道光面爆破施工技术[J].铁道标准设计，.2003(增刊)

[4]交通土建工程爆破工程师手册 北京：人民交通出版社2002张志毅 王中黔

作者简介：胡艳峰：男，1982年4月生，本科，工程师