忻保高速公路夏柳青隧道开挖光面爆破技术

乔晓春

(忻州公路分局，山西 忻州 034000)

1 工程概况

1.1 工程概述

夏柳青隧道右线K179+955～K180+885，930 m;左线ZK179+910～ZK180+880，970 m。左、右线折合单洞长1 900 m。隧道横断面设计:采用分离式断面，净宽 10.25 m(0.75+0.75+2 ×3.75+0.5+0.75)，净高 5.0 m;设计速度:80 km/h;设计载荷:公路—Ⅰ级。本隧设计2个人行横洞(K180+150，K180+700)，1个车行横洞(K180+450)。工程地质总体概况:围岩为二叠系上统上盒子组厚层状长时砂岩，夹泥岩，强～弱风化，节理较发育，呈角(砺)状碎(石)状松散结构，无地下水。

1.2 地质概况

工程地质条件:

隧址区地形起伏较大，冲沟发育，地表被冲沟切割的较破碎，地面标高变化在914.94 m～1 021.84 m之间，相对高差106.9 m。隧址区属构造剥蚀中低山地貌。

1)地层岩性。根据钻探揭露，隧址区在钻探深度内，主要由素填土(Q1m)，第四系全新统坡积(Qd11)碎石、亚粘土，第四系上更新统马兰黄土(Qm3)、第四系中更新统离石黄土(Q12)及二叠系上统上右盒子组(P2s)砂岩、泥质砂岩、泥岩等组成。

2)地质构造。勘察区位于鄂尔多斯断块之次级构造兴县—石楼南北向褶皱带，地层总体表现为倾向SW，地层产状255°＜10°。根据地质调绘、钻探和物探，该隧址区未发现断裂构造，地质构造简单，对隧道工程影响小。

3)水文地质条件。根据野外地质调查、物探、钻探，隧址区地表水主要为大气降水，冲沟发育，多呈V字形，地表水排泄较通畅，沟谷内无地表径流，沟底也未见泉水出露，地下水埋藏较深，在钻探深度内未见地下水，地下水不甚发育。由于组成隧址区的地层为松散的滑坡土体、垂直节理发育的黄土和节理裂隙较发育的泥质砂岩，大气降水时可能有部分水体沿节理、裂隙下渗，在洞室开挖中会形成少量的渗水和滴水，对洞室稳定性影响不大，但地表水的下渗对滑坡的滑动起着奔泻的作用。

4)隧道进出口的工程地质评价。洞身为素填土，基底为第四系上更新(Qm3)马兰黄土，边坡岩性为二叠系上统上石盒子组(P2S)中厚层状砂岩、薄层状泥岩，全～弱风化，坡顶为第四系中更新统(Qm3)马兰黄土。隧道走向与坡向基本正交，边坡岩层倾身与坡向相同，边坡稳定性较差。隧址区未发现不良地质现象。

5)主要工程数量表。开挖:247 870 m3，C25喷混凝土13 061 m3，锚杆169 113 m，钢拱架和格栅架1 181 t，衬砌混凝土56 755 m3，钢筋957 t，片石混凝土回填16 239 m3。

2 光面爆破技术的应用

光面爆破是新奥法的第一要素，光面爆破的实施可以减小岩石的松动范围，减弱对围岩的扰动，控制了超欠挖，使得开挖轮廓圆顺，利于喷混凝土厚度和表面平整度的掌握，为保证喷混凝土的质量打下了基础。另外，也使布设排水盲沟和铺设防水板更加方便，质量更容易得到控制。

故此，光面爆破不仅是保证本隧道施工质量、安全和进度的一个关键技术措施，而且对企业的经营效益也有较大影响。

本隧道光爆的预定目标是“杜绝欠挖，平均线性超挖控制在10 cm以内，光爆炮眼痕迹率Ⅴ级围岩达到70%，Ⅳ级围岩达到85%，Ⅲ级围岩达到95%”。

为切实搞好光面爆破，实现预定目标，我们的对策是确定合理光爆方案，实行程序化、标准化作业，加强全过程的质量管理，完善激励监督机制。具体做法如下。

2.1 合理选择爆破方案

2.1.1 爆破方案的选择

采用塑料导爆管非电起爆，微振光面爆破技术，具体的爆破方案根据各类围岩开挖方法相应制定:

1)Ⅴ级围岩岩层风化破碎程度严重，自稳能力很差，采用三台阶导坑，人工机械辅以微振爆破开挖方案。2)Ⅳ级围岩岩层风化破碎程度严重，自稳能力很差，应采用预留核心土，环形爆破的开挖方案。该方案的优点是:环形开挖周边眼间距小，一次装药量少，因周边围岩振动较小，同时，先开挖出的环形槽，在后续主体部分爆破起到了较好的减振作用。3)Ⅲ级围岩全断面开挖。

Ⅲ级围岩采用全断面开挖，采用光面爆破施工工艺。预留变形量7 cm。爆破施工时，采用直眼掏槽方式，炮眼深度3.5 m，掏槽眼深度为3.8 m。爆破效果:炮眼残留率硬岩达到80%以上，中硬岩达到60%以上。

采用全断面法开挖，作业台架钻孔，光面爆破技术，装载机装碴，无轨运输出碴。

开挖:采用全断面法施工，作业台架钻孔，非电毫秒雷管起爆，全断面爆破开挖一次成型。

该方案的优点是:下导坑超前，不但探明了地质情况，而且解决了硬岩深孔爆破掏槽难度大，炮眼利用率低的难题;将二次扩挖(预留光爆层)的爆破方式由全断面一次爆破的抛掷式爆破改变为崩解式爆破，装药量可大大减少，显著的减小了爆破震动。以往实践证明:爆破效果极为理想，炮眼利用率接近100%，周边轮廓半眼率普遍提高。

2.1.2 技术措施

1)爆破参数的确定。结合工程具体情况和具体勘测的地质情况，确定试验位置，试验位置要有代表性，然后根据利文斯爆破漏斗理论，进行现场爆破试验，最后根据试验结果确定爆破参数。

2)如地质情况为软弱围岩，为了减小爆破对围岩的影响，减轻地震动则采用减轻地震动爆破技术。

3)为了控制超欠挖，同时减轻爆破时对周边地质环境的扰动，也可选用光面爆破技术，周边眼爆破时光爆参数的选取可以参考表1的数值。

表1 周边眼光爆参数表

4)科学布置炮眼，合理安排起爆顺序。一般周边眼、内圈眼按环形布孔，掘进眼按线性布孔。硬岩深孔爆破优选宽孔距、小抵抗布孔方式;预裂爆破时先预裂后掏槽;光面爆破，从掏槽眼开始，由内向外，最后是周边光面爆破。

5)认真计算装药量，科学分配药量。周边眼的药量计算时应考虑周边眼的装药集中度，掏槽眼的药量计算时应考虑掏槽眼的装药长度，其他炮眼根据相关公式进行计算，科学进行药量分配。

6)采用先进仪器设备，完善检测手段:采用激光准直仪定向，使中线测量准确快捷;采用断面仪测定开挖轮廓及超欠挖情况，及时调整爆破参数，进一步提高爆破效果。

2.2 光面爆破施工程序及作业标准

1)放样布眼。钻眼前，用水平仪、钢尺、经纬仪配合激光准直仪进行定向，把开挖断面的中线和轮廓线用红色油漆精确标出来，然后确定炮眼的位置，这些位置的偏差不能超过5 cm。

2)定位开眼。采用钻孔台车或风动凿岩机根据标出的炮眼位置进行钻孔，其轴线与隧道曲线要保持平行。掏槽眼和周边眼的钻孔精度要求比较高，开眼误差严禁超过5 cm。

3)钻眼。将钻工按照不同孔位定点定位。钻工要持证上岗，要能熟练的操作凿岩机械，钻孔前要首先熟悉炮眼布置，钻周边眼时一定要配备有丰富经验的老钻工，并且专人指挥，确保周边眼有准确的外插角，使两茬炮交界处台阶不大于15 cm。同时，要根据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，要进行清孔工作，将炮眼内的石屑等碎物用高压风清理干净。

5)装药。装药需按炮眼设计图确定的装药量自上而下分片分组进行，雷管的管理要定人、定位、定段别，装药时要对号入座，不得乱装药。所有炮眼装药后要用炮泥堵塞，堵塞长度要大于20 cm。

6)联结起爆网路。按设计的联结网路实施。为保证起爆的可靠性和准确性起爆网路采用复式网路。联结时要注意导爆索的连接方向，必须保证连接点的牢固，各炮眼雷管连接次数应相同;导爆管不能打结和拉细;在离一簇导爆管自由端10 cm以上处用黑胶布包孔，网路联好后，要安排专人检查。

7)引爆前，所有人员必须后退至少200 m，撤离到安全区后(点炮人员除外)，如遇瞎炮要及时检查并分析原因，根据情况调整设计方案。

该隧道在施工中，Ⅲ级围岩段采用了光面爆破技术，每天开挖6 m左右，实现了一年打通的工期目标。

[1] 王 伟，程 鹏，杨慧琳.西山隧道洞身开挖爆破设计方案[J].山西建筑，2010，36(29):327-328.