浅谈隧道光面爆破的设计与施工
时间：2022-09-19 09:17:40
摘要：在隧道施工中，首要要求是开挖轮廓与尺寸准确，对围岩扰动小。过去采用的普通爆破方法不仅对围岩的扰动大，而且造成大量超、欠挖。采用光面爆破能使开挖轮廓与尺寸准确，对围岩扰动小，大大地减少了超、欠挖，不仅仅使后序初期支护的平整度、质量得到有效的保证，并且有显著的经济效益。
中图分类号： U45 文献标识码： A
1、光面爆破简介
光面爆破是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆炸先沿各孔的中心连线形成贯通的破裂缝，然后内围岩体裂解，并向临空面方向抛掷。这种爆破在围岩中产生的裂缝较少，使爆破后的岩石表面能按照设计轮廓线成型，表面平顺，超欠挖很少。
光面爆破的主要标准：开挖轮廓成形规则，岩面平整；围岩岩壁上保持50%以上的半边炮眼痕迹（亦称“炮眼痕迹保存率”），无明显的爆破裂缝；超欠挖符合规定要求，围岩无危石、无坍塌等现象。
光面爆破法的主要要点：周边眼间距比一般爆破间距小，周边眼的最小抵抗线亦要相应减小，即适当加密周边眼，调整间距与抵抗线比值E/V。
光面爆破的优越性：对围岩的扰动小，又尽可能保存围岩自身原有的承载能力，这正是实施NATM的基本原则之一，从而改善了初期支护和衬砌结构的受力状况，可以减小初期支护强度。由于围岩岩壁圆顺平整，减少了应力集中和局部落石现象，是隧道防坍的有力措施，从而增加了施工安全度，减少了超挖和回填量，能节省大量混凝土，降低工程成本，加快施工进度。光面爆破可减轻振动和保护围岩，所以它是山岭隧道、城市市政隧道、地铁隧道等有效的开挖爆破方法。
2、光面爆破的设计
钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破材料和出渣能力等因素综合考虑。
隧道光面爆破主要参数包括：周边眼的间距（E），周边眼的抵抗线（W）（即周边眼至内圈眼的距离）、周边眼密集系数（K=E/W）和装药集中度（线装药密度）等。
同时，应根据爆破器材，选择周边装药结构和安排起爆雷管。
2.1 周边炮眼间距E
在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力小于爆破体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件。按以下公式确定E值。
E≤[σc]/[ σp]≤Kid
d――炮眼直径，cm。
[σc]――岩体极限抗压强度，Mpa。
[σp]――岩体极限抗拉强度，Mpa。
E――周边眼间距，cm。
实施施工中，取得经验数据作为设计参数，一般Ki=10-18，即E=（10-18）d；当炮眼直径为φ32mm-φ40mm时，E=35cm～70cm。
2.2 周边眼抵抗线W与装药密集系数K。
周边眼的间距E与周边眼的最小抵抗线W有着密切关系，通常以周边眼的密集系数K表示，K=E/W，其大小对光面爆破效果有较大影响。必须使应力波在两期相邻炮眼间的传播距离小于应力波到临空面的传播距离，即E
台阶法施工炮眼布置示意图如下：
陶槽眼布置示意图如下：
说明：炮眼的深度由每循环进尺大小决定。
2.3 周边眼装药量
周边眼装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量（不留残眼），又不造成围岩的过度破坏。设计时应根据孔距、抵抗线、石质和炸药种类、装药结构综合考虑确定装药量（装药集中度q,kg/m）。
2.4 装药种类、装药集中度与装药结构
（1）使用低爆速、低猛度、低密度、高威力传爆性能好的炸药。
（2）采用不偶合装药结构。不偶合装药系数（为炮孔直径与药卷直径之比），不偶合装药系数最好大于2。但应注意药卷直径不小于该炸药的临界直径，以保证传爆。当采用不偶合装药时，一般使用小药卷连续装药或也有使用间隔装药的。当采用标准药卷时，不偶合系数小于2，往往采用间隔装药。此时，相邻炮眼所用的药卷位置应错开，以充分利用炸药效能。
（3）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造良好的临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。
（4）严格控制装药集中度，间隔装药与小直径药卷都是为此目的而采用的。为克服眼底岩石的夹制作用，通常在眼底需加强装药，尤其是深孔爆破。但总的装药量不变。
2.5 光面爆破参数表
3、钻爆施工
钻爆施工是把钻爆设计付诸实施的重要环节，包括钻孔、装药、堵塞和爆破后可能出现的问题处理等。
3.1 开挖方法
隧道施工方法的选用，应根据工程地质和水文地质资料，结合设计断面大小、支护类型、隧道长度、工期要求等因素综合研究确定。当采用钻爆法施工时，一般选用全断面法、台阶法和导坑法等。
从施工进度考虑，在岩层完整、岩石较坚硬时，即围岩为Ⅰ～Ⅱ级，部分为Ⅱ～Ⅲ级，以采用全断面爆破掘进为宜。这种方法施工工作面空间大，能充分发挥机械效能，适合于大型机械作业；工序少、便于施工管理与施工组织；开挖断面大且一次成型，有利于采用深孔爆破。
由于台阶法对地质适当性较高，变更容易，目前我国大多数隧道都采用此法开挖。
全断面开挖法，爆破只有一个临空面。起爆顺序：靠临空面的炮眼先起爆，依次由下向上，由里向外爆破。
3.2 钻眼
目前，在隧道开挖施工中，广泛采用的钻孔设备为凿岩机（手持式风钻、液压钻）和钻孔台车全液压钻机或风动钻机。土办法是台架打眼。也有采用“人机套打”开挖大断面隧道。“人机套打”，在地质条件好，台车开挖与人工手持式风钻台架相配合，长短炮眼结合，达到更好的光面爆破效果。
施钻前由专门测量人员根据设计在掌子面布孔，必须标出掏槽眼和周边轮廓，严格按照炮眼的设计位置、深度、角度和孔径，分工定点、定位进行，多台钻机作业。应注意防止炮眼交叉打穿，炮眼总数不小于设计的90%，掏槽炮眼位置误差不大于5cm。如果出现大的偏差，应废弃重钻，切实保证钻孔质量。
注意掌握周边眼的外插角，太大超挖大，太小造成欠挖或造成下一循环“作业净空”不够。还要注意，平行打眼，同时注意掌子面明显不平整时，应调整炮眼的孔深，使炮眼底在一个平面上。
3.3 装药
在装药之前，应清孔，将炮眼残碴，积水清除，并检查炮眼位置、深度、角度是否满足操作要求，装药时严格按照设计装药量进行装药，“起爆药卷”（装有起爆雷管的药卷）按设计起爆顺序和雷管段别安排，“对号入座”。
隧道爆破中，常采用的装药结构为连续装药结构。
实践表明，将起爆雷管装在孔底部位，反向起爆，有利于克服岩石的夹制作用，能提高炮眼利用率，减小岩石破碎块度，减小大块率。现在一般都采取这种方式起爆。
隧道周边眼间隔装药时，往往常用正向起爆方式，即从孔口向孔底方向起爆。
3.4 堵塞
隧道爆破所使用的炮眼堵塞材料一般为砂子和粘土混合物，其比例大致为砂子50%～40%，粘土50%～60%，堵塞长度视炮眼直径为定，一般不能小于20cm，炮眼直径在45cm以上时，不小于45cm。堵塞可采用分层人工捣实法进行。
3.5 起爆
起爆网路必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆。
3.6 隧道爆破质量检验标准
隧道爆破质量直接影响隧道施工安全、掘进进度和经济与环境效益。爆破时，围岩的破坏范围过大，将造成坍方，将威胁到施工安全；石块块度过大，将影响装运速度，甚至还需二次爆理装运不走的巨石；眼底不平，炮眼利用率不高，会影响掘进速度；光爆效果不好，超挖过大，则是造成经济效果不好的直接原因。根据长期的经验，考虑到隧道施工机械设备与施工技术和管理现状，一般采用下列质量检验标准来检验隧道爆破效果。
1m～3m炮孔深爆破质量检验标准
4、结束语
光面爆破与传统的方法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全；同时，又能有效的减少超、欠挖，提高工程质量和效率，节约施工成本。
参考文献
1、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）
2、王力功，光面爆破技术研究及其在隧道掘进中的应用[J]; 工程爆破；2001年01期
3、原丽军；隧道光面爆破技术研究[J];铁道标准设计；2005年04期
