隧道开挖的光面爆破技术应用

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　　 摘要：本文结合工程实例，对光面爆破在隧道开挖过程中的应用谈一些看法。
　　关键词：隧道，开挖 ， 光面爆破，应用
　　Abstract: combining with practical engineering, the smooth blasting in tunnel excavation process some views on the application.
　　Keywords: tunnel excavation, smooth blasting, applications
　　
　　
　　中图分类号：U615.6 文献标识码：A 文 章编号：
　　
　　光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，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，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
　　一、光面爆破的机理
　　为便于问题分析任取周边炮孔当中的相邻两孔A、B进行分析：如右图示：A、B炮孔中各自产生的爆炸气体分别向炮孔周围扩散，当A、B间距适当时，由于各自起导向孔的作用，因此无论是A、B炮孔同时起爆还是A孔先爆，应力首先是在各自炮孔壁产生应力集中现象，并且发展最快，就向被削弱的介质方向集中，沿两孔联心线方向形成贯穿的裂缝，继之在爆炸高压气体的准静态应力作用下，使径向裂缝尽一步发展，在爆炸气体压力作用下，由于最长的径向裂缝发展所需要的能量最小，所以该处的裂缝将首先得到扩展。因此连心线方向也就成为裂缝继续扩展的最优方向，而其它方向的裂缝发展甚微，从而保证了裂缝沿连心线将岩体断开。当然有个前提是间距适当，当间距过大时，是形不成贯穿裂缝的。
　　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。
　　二、在隧道开挖的应用
　　1、工程概况
　　隧道全长998m，为单洞双向双车道，线性走向为进出口位于直线段，隧道内位于R=700m圆曲线上，超高3%，采用单向坡，纵坡为2.85%。隧道围岩分为Ⅱ级、Ⅲ、Ⅳ三类，施工采用“矿山法”和“新奥法”相结合的方法，以“新奥法”为主，实行光面控制爆破、全断面开挖。施工中根据爆破效果和围岩监控观察资料，及时修正有关参数以严格控制质量。
　　2、钻爆设计控制要点
　　最大限度地减少爆破震动对围岩的扰动，避免造成或加大既有裂隙而出现渗漏水现象；控制后续爆破对隧道初期支护或衬砌结构的震动影响；根据分部开挖方案，爆破时不影响相邻洞室的支护结构的稳定性；控制爆破震动对临近建筑物的影响，确保地表建筑物的安全。提高爆破效果，即隧道开挖轮廓的质量及机械化施工对岩石块度要求。动态设计，隧道开挖时进行爆破监测，及时反馈信息，经济技术指标设计合理，操作方法利于推广应用。
　　3、减震措施
　　根据以往研究成果及施工经验，影响爆破振动强度的主要因素有：爆破器材的质量、爆破体的物理性质、爆破开挖方式、微差时间间隔、单段起爆药量等。为此，减振爆破主要从以下几个方面采取措施：
　　（1）爆破器材要获得比较好的减震效果，必须根据炸药与岩石的匹配程度选择合适的爆破器材。为此，在隧道开挖爆破时，掏槽眼、扩槽眼和掘进眼选用高爆速的2#岩石硝铵炸药(有水地段采取乳化炸药)，光爆孔采取专用的φ25小直径光爆炸药(炸药均要求防水性能好)。雷管采用精度高的非电毫秒延期导爆管雷管（1～20段），避免爆破时出现串段现象，防止因爆破器材质量问题，增大爆破振动，降低爆破效果。
　　（2）微差时间间隔合理的设计起爆时差，一是减震，即避免相邻段位雷管起爆时产生爆破振动叠加效应；二是先爆区雷管爆炸时不破坏后续爆破区的网路，避免造成拒爆，提高爆破效果。拟采取以下几点措施：①避免使用串段严重的2、4段雷管或者选取高精度的雷管；②掏槽孔与扩槽孔的时差扩大至100ms；③1～5段雷管跳段使用，根据部位不同分别选取不同的间隔时差，时差控制在≥50ms不等。
　　（3）单段起爆药量隧道爆破时，合理的分段即适当减少单段起爆药量，是控制爆破震动的有效措施，为此，钻爆设计时根据被保护对象允许的最大震速要求，计算出单段最大药量，并据此进行合理的分段。最后还要根据分段结果，进行安全校核，以确保施工安全。
　　（4）掏槽方式根据隧道各部开挖方式、开挖断面大小及循环进尺的要求，同时结合工期总体安排、钻孔设备配备情况，采用减振效果较好的几种掏槽方式。
　　4、主要部位爆破设计
　　（1）Ⅱ级围岩全断面法钻爆设计。为充分发挥机械效率，加快循环进度，根据围岩条件及开挖方案，在Ⅱ级围岩中采用全断面光面爆破法施工。由于Ⅱ级围岩稳定性较好，设计每循环进尺4.0m。
　　（2）Ⅲ级围岩上下台阶法钻爆设计。根据开挖方案，隧道Ⅲ级围岩，采取上下台阶法光面爆破技术，掏槽采取中空直眼法掏槽，Ⅲ级围岩循环进尺3.0m。
　　（3）Ⅳ级围岩钻爆设计。Ⅳ级围岩根据开挖方案采取中壁法开挖，采取上下台阶法微震控制爆破技术，掏槽采取楔形掏槽，每循环进尺1.5m。
　　5、光面爆破参数确定
　　（1）光面爆破层厚度。即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的10～20倍。岩质软弱、裂隙发育者，眼距应小而抵抗线应大；坚硬、稳定的岩石上，眼距应大而抵抗线应小。
　　（2）孔距。一般为光面爆破层厚度的0.75～0.90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。
　　（3）钻孔直径及装药不偶合系数。不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取2～5。
　　（4）线装药密度Qx。一般按照松动爆破药量计算公式确定：Qx=qaW
　　式中q—松动爆破单耗，kg/m；
　　a—光面爆破孔间距，m；
　　W—光面爆破层厚度，m。
　　6、光面爆破施工
　　（1）放样布眼。钻眼前，技术人员用具有隧道断面测量功能的徕卡全站仪打出炮眼位置，测量人员用红油漆准确标出炮眼位置，其误差要求不超过5cm距开挖面每50米埋设一个中线桩，100米设一个临时水准点）（每。
　　（2）定位开眼。采用钻孔台车辅以风动凿岩机钻孔，其轴线与隧道轴线要保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它炮眼要高，开孔偏差控制在5cm以内。
　　（3）钻孔。按照不同孔位，由钻工定点定位。钻工要熟悉炮孔作业布置图，要能熟练地操作凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要由丰富经验的钻工负责钻孔，并有专人指挥，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处偏差不大于15cm。同时，根据孔口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。
　　（4）清孔装药前，用炮钩和高压风将炮眼内石屑、水及其它杂质全部清理净。
　　（5）装药。装药需分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”要定人、定位、定段别，不得乱装药。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于30cm。
　　（6）起爆网络的联结与起爆。起爆网络采取孔内延期微差、孔外簇联的起爆方式，各孔外数字即雷管的段别号，各引爆雷管之间采取并联的方式，以保证起爆网络的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点的牢固性；导爆管不能打结和拉细；引爆雷管用黑胶布紧紧包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，网路联好后，要有专人负责检查，确认无误后，方准起爆。起爆顺序：光面爆破时，从掏槽眼开始，一层一层向外进行，最后是周边眼、底板眼。为确保安全，起爆采取非电法起爆即针孔式起爆器起爆，引爆点捆绑两发同段的非电雷管，导爆管引线至少保证在200m以上，必要时起爆点可采取临时防护措施。
　　三、结束语
　　总之。光面爆破成形规整，符合设计轮廓，特别在松软岩层中更能显示出光面爆破的作用。光面爆破后通常可在新形成的壁面上残留清晰的半边孔壁痕迹，超挖量大为减少。如采用普通的爆破方法开挖隧道，超挖量可达到20%～30%，而采用光面爆破时可以降低到4%～6%，因此光面爆破可大大的节省开挖，回填，支护等工程量和费用。
　　
　　参考文献：
　　[1]JTJ042-94，公路隧道施工技术规范[S].
　　
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