高速公路隧道施工光面爆破技术应用探讨

摘 要：本文结合某高速公路隧道工程实际，详细介绍了光面爆破的工作机理、参数选定及施工技术要点。

关键词：高速公路 隧道 光面爆破 施工技术

【分类号】：TU855

光面爆破是通过控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的工程量，增加岩壁的稳定性，减弱爆破振动对围岩的扰动，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术，广泛应用于隧道开挖施工过程中，本文结合某高速公路隧道工程实际，详细介绍了光面爆破的工作机理、参数选定及施工技术要点。

一、光面爆破的机理

光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮眼，在这些光面炮眼中进行药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平整的光面。通过国内外实验室研究和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采用不耦合装药，药包爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为准静压力。当炮孔压力值低于岩石的抗压强度时，在炮眼壁上不至造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂隙。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径一定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则细微裂隙数愈少而长度也愈短。

光面炮眼组同时起爆时，由于起爆器材的起爆时间误差，不可能在同一时刻爆炸。先起爆的药包的应力波作用在炮眼周围产生细微径向裂隙（图1-b的A炮眼）。由于B炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发育。在爆炸气体作用下，这条裂隙继续延伸和扩展，在相邻两炮眼的连心线同眼壁相交处产生应力集中，此处拉应力最大。A、B两炮眼中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以，扩展，成为贯通裂隙。

a）孔装药情况；（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响；（c）光面的形成

图1光面爆破时炮眼连心线上破裂面的形成

二、光面爆破在隧道施工的应用

1、工程概况

某高速公路隧道设计衬砌断面采用马蹄形断面，Ⅴ级围岩开挖断面高10.25m，宽12.78m，断面积为107.16m2，Ⅳ级围岩开挖断面高9.75m，宽12.46m，断面积为98.94m2。隧道洞身开挖采用光面爆破，炮眼钻孔采用YT28气动凿岩机，钻孔直径为φ42，Ⅳ、Ⅴ级围岩均采用上台阶全断面一次爆破开挖，下台阶左右分幅拉槽开挖。上台阶拱脚为隧道断面起拱线处，Ⅳ级围岩高度为6.2m，断面积为61m2，Ⅴ级围岩高度为6.4m，断面积为64.1m2，下台阶高度Ⅳ级围岩为2.4m，Ⅴ级围岩为2.6m。

2、光面爆破的设计

（1）爆破器材选定。根据施工中常用的爆破器材以及本地的实际情况，隧道的爆破器材选用直径为32mm，每卷长度为20cm，重量为200g，爆速大于3200m/s的2号岩石乳化炸药作为主爆药，周边眼采用导爆索引爆，电雷管和非电毫秒延期雷管作为起爆器材。

（2）爆破参数的确定。本隧道采用的是平巷掘进爆破，平巷掘进的特点是只有一个自由面，同时炮眼深度受到限制，一般只有1.5-3.5m。平巷掘进中的炮眼，按其位和作用不同，可分为掏槽眼、辅助眼、周边眼。周边眼又可分为顶眼，底眼，帮眼。三种炮眼起的作用不同，其孔深、孔角、孔间距、排间距也不相同。

①孔位的确定。孔位的确定直接影响爆破面形状、大小和轮廓。而对炮孔有影响的是岩石的坚固系数、爆破面积和深度等。根据辅助眼和周边眼的布原则，其间距根据岩石的性质而定，一般辅助眼取0.6-1.2m，周边眼取0.4-0.6m，周边眼距掌子面轮廓线取0-0.2m。光爆层厚度为0.5-0.8m，辅助眼圈距取0.5-0.9m，硬岩或破碎岩石取小值；软岩或完整岩石取大值。

②孔径的确定。炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位岩石炸药消耗量、爆落岩石的块度和掌子面轮廓的平整性。炮眼直径的增加，有利于爆炸稳定性的提高、爆速的增大。但是，炮眼直径过大不仅钻速降低，而且因炮眼数目减少导致药量的不均匀分布，使岩石破碎质量变差。由于用的是普通型钻机，为方便钻眼，提高钻眼效率，掏槽眼、辅助眼、周边眼及底眼炮眼直径均取42mm，装药直径为32mm。

③孔深的确定。炮眼深度决定了一个循环的钻眼时间、装渣工作量、循环时间以及施工组织和掘进速度。所谓合理的炮眼深度，是在保证围岩和掌子面稳定的前提下，能够充分发挥钻孔机具的钻进效率，并获得良好爆破效果的一次爆破最大进尺。根据围岩条件，断面形状和尺寸，初期支护的结构尺寸，钻孔设备的有效利用等确定。根据万家沟隧道现场实际掌子面围岩情况及以往施工经验，确定万家沟隧道Ⅴ级围岩段开挖进尺为2m，Ⅳ级围岩段开挖进尺为3m，即Ⅴ级围岩段炮眼深度为2.0m，掏槽眼深度为2.2m，Ⅳ级围岩段炮眼深度为3.0m，掏槽眼深度为3.2m，底板眼深度均为1.2m。

④孔角的确定。对于掏槽眼的形式有倾斜掏槽眼、平行眼直线掏槽眼和混合式掏槽眼。倾斜掏槽眼的特点是与工作面相交，分为：单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽。在此设计中考虑到断面较宽、炮眼较深，掏槽形式拟采用楔形掏槽。楔形掏槽中，每对掏槽眼孔眼间距为1-4m，眼底间距为0.1-0.3m，炮眼数目4-6个。掏槽眼与工作面交角为75-65度。Ⅴ级围岩段开挖进尺为2m时采用单层掏槽，Ⅳ级围岩段开挖进尺为3m时采用双层掏槽，其他炮眼采用平行眼。

（3）装药结构。光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。装药结构：①1/2普通标准药卷（￠32）起爆；②普通标准药卷（￠32）空气间隔装药。

3、施工技术要点

（1）放样布眼。隧道开挖每一个循环都要进行施工测量，控制开挖断面，在开挖面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线，标出炮眼位置，误差不超过5厘米。

（2）定位钻孔。钻眼按设计指定的位置进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5厘米，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制在2度到3度以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其他炮眼深20厘米。

（3）清孔装药。装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。装药时派专人分好雷管段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装好药后用炮泥堵塞。装药前先用高压风将孔中岩粉吹净，并用炮棍检查孔内是否有堵塞物，装药分片分组，严格按规定的单孔装药量，雷管段别“对号入座”。周边眼孔口堵塞长度不小于25cm，爆破网络连接，采用“一把抓”法，分片分束连接，每12根塑料导爆管为一束，每束安装两个即发雷管。

（4）网络连接。起爆网采用复式网络，联接时每组控制在12根以内；联接雷管使用相同的段别，且使用低段别的雷管。雷管联接好后有专人负责检查，检查雷管的连接质量即是否有漏联的雷管，检查无误后起爆。

三、结束语

总之，光面爆破后岩面光滑平整，肉眼几乎看不到爆破裂隙，原有构造裂隙也不因爆破影响而有明显的扩展，可保持隧道围岩的整体性和稳定性，因而可有效地保证施工安全，为快速施工创造了条件。

参考文献：

1、张小康，光面爆破技术在软岩隧道掘进中的应用，《山西焦煤科技》2007年11期