水压光面爆破技术在隧道施工中的应用
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摘 要 通过结合某隧道工程施工实例，采用水压光面爆破技术对其Ⅲ级围岩地段进行施工，通过探讨该爆破技术在该隧道工程中的实施技术，提出相应的爆破技术控制要点，旨在能为同类隧道工程提供实例参考。
关键词 隧道工程；水压光面爆破；炮眼布置；爆破技术
中图分类号TU7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0127-02
1工程概况
本管段隧道共计1 345m/3座，均为双线隧道，隧道内主要铺设CRTSⅠ型双块式无碴轨道。本标段的隧道地貌形态为剥蚀丘陵，地形高低起伏，部分地段冲沟发育，基岩大部分裸露。隧道穿越的地层岩性多为片岩、花岗岩、变质岩等，岩性变化较大。暗挖隧道按新奥法施工，全部采用复合式衬砌结构，隧道内主要铺设CRTSⅠ型双块式无碴轨道。
2水压光面爆破施工设计
对于本隧道的Ⅲ级围岩地段采用上下正台阶法钻爆施工。台阶长度满足机具正常作业要求，每次开挖进尺根据围岩情况而定。本隧道的开挖采取水压爆破掘金方式，为了能有效地减小对围岩的扰动，开挖时禁止出现超欠挖现象，同时为了收到较优的爆破效果，结合施工现场的地质情况适时地对爆破参数进行修正，并且开挖隧道后即时采取初期支护措施。
2.1 水压光面爆破要求
水压光面爆破采取与光面爆破相同的药量计算以及起爆技术，但其在孔口封堵以及装药环节上存在区别。对炮眼的适当位置采取爆破机理灌入适量的水，然后采用炮泥对炮口采取填塞。鉴于水在炮眼中的存在，传播的冲击波对水具有不可压缩性，能量毫无减弱地的通过税传递到炮眼周边围岩，因为毫无能量损失所以应力波对岩体的破碎相当有利，另外由于“水楔”效应的产生，更是促进的岩体的破碎，并且由于水的存在有效地降低粉尘对环境的污染。
另外，在周边眼采取孔径不藕合装药法，充分利用空气间隔装药并且采取导爆索连接，可有效地保证隧道周边眼炸药起爆后所产生的切线方向的拉应力大于两个炮眼上连线方向围岩的抗拉强度，从而促进了拉断光爆层内岩石而出现光爆面和贯穿裂缝。同时在辅助眼和掏槽眼内进行孔口或孔底注水，装药方式采取连续装药，采取炮泥填塞紧密孔口。
2.2 水压光面爆破施工原则
根据本隧道工程地质及现场施工条件，以Ⅱ级围岩为例，根据炮眼深度2.8m~3.2m范围不变下，采用本隧道现场试爆和工程类比法相结合方式，确定出隧道各部位炮眼的注水长度、钻爆参数以及封口炮泥之比，为隧道炮眼以及补孔、爆炸药量等给出合理分配，得到完全符合本工程设计要求的开挖轮廓面，因而有效地避免隧道的超欠挖出现，而且还有效地把对围岩的破坏程度减轻，使得隧道经爆破后仍然保持隧道壁面平整圆顺。在采取水压光面爆破时，应对单循环进尺控制不少于3m，以有效地节省药量，而且还可提高施工进度，进而降低隧道施工成本。
2.3 水压光面爆破设计
1）最小抵抗线W与周边眼间距E参数确定。周边眼间距E参数的确定目前主要根据经验公式E=（8~12）天而定，其中式中的天为本隧道采用炮眼的直径；而抵抗线W参数则根据（1.0~1.5）E而定。经计算，本隧道的炮眼间距E采取500mm，炮眼直径天为40mm。根据爆破效果和具体岩层，在隧道爆破施工过程适当调整参数；
2）周边眼每米装药长度L、装药集中度q。1）装药长度根据公式L=2m2.8[δ]c/（V0×ρ0）1.4-L1.4计算，但计算所得的长度其精度应满足0.005m。上式中，m取1.25；ρ0采用2＃岩石炸药，取0.95g/cm3；根据本隧道为弱风化砂岩，[δ]c取1 400kg/cm3；V0为每克炸药生成气体的体积，经查表得到V0为8 000cm3/g。2）装药集中度q根据下式q=（π天2/4）ρ0・L计算，经计算q取0.2kg/m；
3）炮眼数量N参数确定。炮眼数量经计算得：N=S0/E+CS=24.25/0.5+1.5×120=230（个）；鉴于较多工程实践表明，上式计算得到的炮眼数量偏大，为此本隧道炮眼数量取220个；
4）每循环装药量Q参数确定。Q主要根据下式Q=q・V计算。鉴于本隧道采取水压光面爆破，为了有效地节省爆破所用炸药，根据本隧道爆破现场实际爆破效果，q取0.9kg/m3~1.2kg/m3为宜，本隧道计算得到q为1.1kg/m3，满足该范围内。根据上式计算得Q=361.9kg。
3水压光面爆破实施
3.1 分配炮眼药量
针对本隧道采取水压爆破，按照火药包对殉爆距离要求，对本隧道的若干个循环爆破效果采取对比，通过对炮眼中炮泥回填堵塞长度与上部注水长度的最佳比例采取优化后，合理地分配本隧道各部位炮眼的药量，对本隧道的底眼大直径药卷和掏槽眼采取连续装药；辅助眼及内圈眼的大直径药卷同样采取连续装药方式，而对于周边眼则采用小直径药卷，所有装药量根据递减原则采取分配。
3.2 水袋安装
本隧道的注水方式采用普通塑料袋浇注，对塑料水袋进行自动灌水并且采用自动封口机采取现场封口，每个封口隔20cm设置，封口温度控制在130℃~150℃范围之间，另外水袋封口后要求灌填饱满，严禁出现泄漏现象。
3.3 炮眼堵塞
本隧道采取的水压光面爆破中，要达到炸药在炮眼被堵塞的情况下仍能发挥高爆破率，根据炮眼的不同而选取相应的炮眼的堵塞长度，而且本隧道还保证最小堵塞长度不小于20cm，对采取现场加工的炮泥应确保其堵塞密实炮眼，严禁出现炮眼中堵塞的炮泥出现间断或空隙。
3.4 装药连线网路
本工程采取爆破装药时，实行一组2人，根据钻爆设计图所计算的装药量采取从上到下方式装药，复式联结被引入到本隧道起爆网路中，对自由端15cm以上的导爆安装2个引爆雷管，并且采用黑胶布包扎各联结，以有效地确保起爆的准确性。在联结时应保证导爆管不能打结和拉细；而且各炮眼雷管连接次数确保相同，有专人对网路连接好后情况采取检查。
3.5 炮眼布置
炮眼布置对于隧道爆破来说至关重要，本隧道掏槽炮眼布置在开挖断面的中部采用直眼掏槽，炮眼方向在岩层层理或节理明显时，不得与其平行，应呈一定角度并尽量与其垂直。周边炮眼沿设计开挖轮廓线布置，以保证爆出的断面符合设计要求。在掏槽眼以及周边眼之间间隔交错布置辅助眼，以满足适合装碴需求为宜。另外，为了确保本隧道开挖面能保持平整，辅助眼和周边眼的眼底布置在同一垂直面上，掏槽炮眼则加深10cm~20cm。炮眼布置数量视隧道开挖断面的大小和围岩情况而定。
3.6 水压光面爆破控制技术
1）本工程结合微震控制爆破以及光面爆破技术，关键是对装药量的控制，同时为避免超欠挖对围岩的扰动，采取控制洞碴粒径；
2）为了有效地控制开挖断面，对隧道开挖的每个循环采取施工测量，同时利用红油漆在本隧道掌子面上标出炮眼位置以及开挖轮廓线，并且利用激光准直仪来控制开挖方向；
3）钻眼按照指定的位置进行，掘进眼与隧道轴线保持平行。为便钻孔时的岩粉自然流出，除底眼外，其它眼底比炮眼口高5cm，同时周边眼外插角控制在3°~4°以内；
4）装药前采取高压风对炮眼吹干净同时对其数量进行检查。在装药时，则分组分片根据爆破顺序装药，保证装药作业有序进行，避免雷管段别吹出现混乱。每眼装药后采取炮泥堵塞；
5）本工程采取复式网络以及非电起爆系统起爆，每组控制在12根以内；联接雷管采取低段别而且相同的段别。雷管联接好后有专人对雷管的连接质量以及漏联进行检查，检查无误后才允许起爆；
6）在隧道开挖过程中关键是根据爆破效果和石质变化情况而对钻爆设计及时调整；
7）通过控制隧道底超欠挖，以有效地保证底面平顺；同时还需保持临时排水系统畅通，防止积水浸泡围岩。
4结论
本文结合某隧道工程施工实例，对该隧道的Ⅲ级围岩地段采用台阶法水压光面爆破施工，提出水压光面爆破的施工要求以及施工技术，尤其是对于炮眼的布置，最后还提出了该隧道所采取的爆破技术控制要点；工程实践表明，所采取的爆破技术能安全而且有效地应用到该类隧道工程中。
参考文献
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