隧道全断面光面爆破技术应用
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摘要：本文以龙岩漳永高速公路陈田2#隧道为例，介绍隧道全断面光面爆破施工技术，阐述炮眼直径、间距、最小抵抗线等爆破参数的取值对光爆效果的影响，简要说明隧道炮眼的布置和装药量以及施工中的注意事项，尽可能的提高隧道全断面光爆的效果，减轻对围岩扰动，维护围岩自身稳定性，达到良好的轮廓成形。
关键词：隧道；光面爆破；技术；应用
中图分类号：O434文献标识码： A
1. 工程简介
龙岩漳永高速公路陈田2#隧道为双向四车道分离式隧道，洞身长1123m，隧道行车道宽度为（3.75 m×2），侧向宽度为（0.5+0.75）m，检修道宽（0.75+0.75）m，净高5.0m。隧道围岩绝大部分为Ⅲ级，围岩为微风化凝灰熔岩，岩石较坚硬～坚硬岩，围岩自稳能力好，隧道区地表水不发育，地下水多呈点滴状出水或无水，无溶岩、涌水等不良地质。为有效控制开挖轮廓，减少超欠挖，减小对围岩的扰动，隧道Ⅲ级围岩采用全断面光面爆破施工技术掘进。
2．光面爆破的特点
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。隧道全断面开挖光面爆破，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。
3．爆破方案设计
3.1 爆破参数选择
光面爆破受多种因素影响，包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，现场围岩地质结构千变万化，爆破参数进行现场设计动态调整。以同一类围岩经试爆取得的技术参数作为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能地使炸药沿炮眼长均匀地分布，这是实现光面爆破的重要条件。
3.1.1 炮眼直径d
炮眼直径应考虑炮眼利用率、打眼工作效率、围岩稳定等因素。采用小直径炮眼（24～48 mm），能提高凿岩速度，使开挖面轮廓整齐，减轻对围岩的破坏。隧道开挖常用的炮眼直径为32～45 mm，快安隧道炮眼直径为d=42 mm。
3.1.2 周边眼间距b
周边眼间距和最小抵抗线是光面爆破的两个重要参数，软岩和层理节理发育的岩层，眼距小而抵抗线大，坚硬稳定的岩层，眼距大，抵抗线小些。隧道跨度较小时，眼距应适当减小，反之加大。隧道开挖施工爆破可按式（1）确定周边眼距b。
b＝(8～18)d (1)
陈田2#隧道围岩坚硬稳定，跨度大，经试验后得出合理的周边眼间距为60 cm，约为炮眼直径的14.3倍。
3.1.3 最小抵抗线W
最小抵抗线即光面层的厚度，光面爆破效果的好坏，除受周边眼距和周边装药结构的参数影响外，更主要受最小抵抗线的影响，光面层厚度不仅影响周边眼裂纹的形成，而且还影响光面层的破碎和开挖后隧道围岩的稳定。因此，确定合理的光面层厚度，对提高光面爆破有积极的作用。
光面层厚度可以用以下公式来确定：
V=Q/(cqbL) (2)
式（2）中Q为光面炮眼的装药量；b为炮眼间距；L为炮眼深度；cq为爆破系数，相当于单位装药量，对于f=4～10的岩层，cq值的变化范围为0.2～0.5kg/m3。
陈田2#隧道周边眼炮眼间距b=0.6m，炮眼深度L=3.5m，装药量Q=0.6kg，cq取值0.38kg/m3，经计算周边眼最小抵抗线即光爆层厚度V=0.75m。
图1：周边眼间距与最小抵抗线概念图
3.1.4 炮眼密集系数m
炮眼密集系数也称炮眼临近系数，它表达了炮眼间距b与最小抵抗线W之间的关系，即m=b/W，是光面爆破参数确定中的一个关键值，一般情况下，m=b/W=0.8～1.0。当m>1时，说明b值偏大，w值偏小，爆破易出现间隙裂缝，周边眼尚未沟通前应力波已传到第二圈炮眼，这样光面眼就变成偏斗爆破。当b=W时，m=1。爆破时光面眼之间的裂缝形成较好。当m=0.5时，即2b=W,光面层不易爆下来，实践证明m=0.8～1.0时，开挖面平滑，与设计轮廓线基本一致。陈田2#隧道光面爆破参数b=0.6 m，w=0.75 m，炮眼密集系数m=0.8，在经验取值范围内。
3.1.5 不偶合系数E
炮眼直径与药包直径的比值称为不偶合系数。当不偶合系数E=1时，表示药包与孔壁紧密接触。当E>1时，表示药包与孔壁之间存在着空气间隙。当药包与孔隙之间存在着空气间隙时，爆破将在间隙中衰减很多，导致作用孔壁的冲击压力大为减少，从而减少了传递给岩面的爆炸能量。因此，在实际施工中主要采取不偶合装药结构来实现光面控制爆破。
当炮眼直径为32～45mm时，不偶合系数E=1.5～2.0。陈田2#隧道炮眼直径为42mm，药包直径为30mm，不耦合系数E=1.4，基本接近经验系数范围。
3.2 光面爆破炮孔的布置
3.2.1 掏槽眼布置
掏槽眼位置一般布置在开挖断面的中下部，采用直眼螺旋掏槽布孔形式，即在开挖断面掏槽位置设置一空孔，各装药炮孔以空孔为中心呈螺旋状布设，距离依次递增，装药段位依次递增，顺序起爆，槽腔体积依次扩大。对岩质强度较大的岩石，可增加空孔数量以加大自由面及补偿空间体积。
3.2.2 周边孔和辅助孔的布置
周边孔通常布置在距开挖断面边缘0.1～0.2m处，光爆孔的孔底朝隧道开挖面方向外侧倾斜4°～5°。辅助孔根据设计的炮眼数目，均匀地布置在掏槽眼与周边眼之间的范围内，同时满足周边眼最小抵抗线要求，钻孔方向垂直于隧道开挖面。
3.2.3 底板眼布置
底板眼爆破主要用于形成隧道底板轮廓。施工过程中通常采用增加药量、减少堵塞长度等措施，以保证底眼爆破强度，产生翻碴作用，以便出碴作业。
图2：隧道全断面开挖炮眼布置图
3.2.4 光面爆破的分区起爆顺序
爆破顺序为：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。采用多段微差起爆（由内向外）。主爆区使用非电毫秒雷管，光爆层的光爆眼用导爆索一次同时起爆。 图3：光爆效果图
3.3 装药量分布
各炮眼装药量分布见下表：
装药量计算表
雷管段数 炮眼名称 炮眼个数 炮眼长度(m) 单孔药量(kg) 总药量 (kg)
MS1 掏槽眼 14 5 2.25 31.5
MS3 辅助眼 14 4.5 2.1 29.4
MS5 辅助眼 21 4 1.8 37.8
MS7 辅助眼 34 3.7 1.5 51
MS9 底板辅助眼 11 4.5 2.1 23.1
MS11 底板辅助眼 17 4.5 2.1 35.7
MS13 底板眼 25 4 1.8 45
MS15 周边眼 46 3.5 0.6 27.6
合计 182 281.1
4.光面爆破施工控制要点
4.1 隧道开挖每个循环都进行施工测量，控制开挖断面，在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置，误差不超过5cm，采用免棱镜激光全站仪控制布点。
4.2 钻眼时周边眼保持与隧道轴线平行，除底板眼外，其它炮眼口比炮眼底高5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制3°～4°以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20cm。
4.3 装药前炮眼用高压风吹干净，装药时专人分好段别，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。每眼装药后用炮泥堵塞。
4.4 周边眼装药严格采用不偶合间隔装药结构，采用细竹条固定药卷来控制装药间隔。
4.5 开挖过程中注意观察围岩的变化情况及爆破效果，及时调整钻爆设计参数。
5. 结束语
光面爆破设计能确保围岩形成一个光滑平整的轮廓，开挖断面符合设计要求，使围岩不受损伤，从而保持围岩的自承能力，减少超欠挖，节约成本，缩短工期等方面都有重要意义。另外，采用光面爆破技术，能降低爆破产生的强烈震动，对保持围岩稳定，施工安全等都有积极作用，施工中要注意光爆参数运用得当，不断总结，可获得较好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]、《隧道工程现场施工技术》，主编：周爱国；
[2]、《隧道爆破现代技术》，作者：刘正雄。
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