杨家岭隧道光面爆破施工技术探析

谢庆丰

（贵州黔辰建设工程有限公司，贵州 贵阳 550001）

0 引言

鉴于杨家岭隧道光面爆破效果获得质监部门“温州市历史上最好”的评定，本文就其光面爆破施工方案、爆破器材选择、光爆设计、施工控制等加以总结，抛砖引玉，供大家参考并完善，共同促进隧道光面爆破施工质量不断提高。

1 工程简介

杨家岭隧道长3 300m，岩石赋存裂隙水，水量贫乏，水文条件较好，隧道洞口段覆盖第四系残坡积层，厚度＜1m，岩体破碎，裂隙发育，呈碎石状压碎结构，中等风化，属Ⅱ、Ⅲ类围岩[1]；中间段主要为微风化晶玻屑凝灰岩，岩石坚硬，裂隙不发育，岩体结构完整，呈大块状砌体结构，属Ⅳ、Ⅴ类围岩，易采用全断面光面爆破开挖，光面爆破质量对隧道安全、质量、效益、进度都起到了至关重要的作用。

2 钻爆设计

2.1 钻爆施工方案

根据杨家岭隧道地质情况及质量、工期要求，确定对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩采用全断面开挖，以Ⅳ类围岩为例，每循环进尺3.0m，钻孔深度为3.3～3.4m，钻爆机具选择YT—28风动凿岩机。

2.2 爆破器材的选择

2.2.1 炸药的选择

杨家岭隧道主要选用2号岩石铵梯炸药[2]，密度为0.95～1.10g／cm3，爆速＞3200m／s，猛度＞12mm，殉爆距离＞3cm，作功能力＞298ml。这种炸药的优点是：性能优良、结块性小、爆破性能稳定、使用安全、猛度小、成本低、（洞内）生成有害气体少等；缺点是：吸湿性强、抗水性差，受潮后不能充分起爆甚至不起爆。该隧道在有水地段还使用了2号岩石乳化炸药。

2.2.2 炸药用量估算

炸药用量与围岩类别、开挖方法和炸药品种有关。为控制杨家岭隧道超欠挖情况，借鉴其他隧道的施工经验[3]，平均线形超挖h与单位体积耗药量q存在线性关系：

根据隧道规范规定超挖控制目标，平均线形超挖h为7～15cm，利用上式得出q的范围为0.72～1.27kg／m3。 再查阅《工程爆破常用数据手册》，得出全断面开挖单位体积耗药量q＝1.4～1.6，由于开挖断面较大，故选取q＝1.4；炮眼深度为3.0m，炮眼修正系数为0.8，故理论计算得出单位体积耗药量q为：

结合杨家岭隧道钻孔机具、实际围岩地质等情况，借鉴猫山隧道施工经验，采用工程类比法，取单位体积炸药消耗量为1.0kg／m3。在三次试爆过程中，单位体积炸药消耗量约为0.948kg／m3（IV类循环进尺为3.0m，每米开挖方量为66.79m3，每循环进尺开挖岩石3×66.79＝200.37（m3），每循环进尺平均消耗炸药190kg）。

2.3 全断面光面爆破设计

光面爆破是新奥法施工的三大支柱之一，它是采取特殊的装药结构，选择合理的周边布孔和准确的穿孔，严格控制药量，合理安排起爆顺序和起爆方法进行精确开挖的爆破方法。爆破后岩面平整、规则，并留有清晰的半边孔，对围岩的整体性、稳定性损害较小，能保持围岩自身的稳定性和承载力。以杨家岭隧道IV类围岩为例，介绍钻爆设计参数的选择和体会。

2.3.1 起爆顺序

起爆顺序按以下方案进行：

a）段间隔差调配 合理的起爆时差可以避免爆破振动波的叠加，减小振动对围岩的扰动，从而减小超欠挖，根据对以往隧道爆破资料的统计，段与段间隔25ms时，振动波就不会产生叠加，为了使前一段爆破的岩石离开原位，为下一段爆破创造临空面，杨家岭隧道爆破段间隔差控制在50～100ms范围内；

b）起爆顺序 光面爆破从掏槽孔开始，先爆破出一个临空面，再从截面中心往外一层层进行，最后进行周边眼爆破；

c）炮眼布置 先布置掏槽孔、周边孔，然后是底板孔、内圈孔、辅助孔。

3 杨家岭隧道超欠挖施工控制

在隧道钻爆开挖中，超欠挖的控制是一大难题，超欠挖控制较好，将对隧道的质量、安全、进度、效益起到显著的作用。

3.1 造成超欠挖的主要因素和控制措施

对超欠挖影响最大的是钻孔精度（44.2%），然后依次为爆破技术（20.3%）、施工管理（17.6%）、测量放线（7.6%）、地质条件变化（6.1%） 等，其中前四项的影响占89.7%。因此杨家岭隧道控制超欠挖的重点是控制钻孔精度、爆破技术、施工组织管理、测量放线。

3.1.1 钻孔精度控制

在钻爆施工中，周边眼的外插角、钻孔定位、钻孔深度对控制超欠挖影响很大。杨家岭隧道周边眼的外插角根据超欠挖要求及因风钻外观尺寸限制，无法贴近岩石侧面，选定为1.70，周边孔外斜率为3cm／m，最大不超过4.5cm／m，以确保孔底不超出开挖轮廓线10cm，最大不超过15cm；周边眼和掏槽眼的孔位精度要求较高，施工误差控制在3cm以内，最小抵抗线误差控制在5cm以内，通过实践，总结出一套可行的钻孔方法。

钻眼前由测量人员定出隧道中心线、拱脚，用坐标法标定周边眼位置；按标定的周边眼位置进行钻孔，首先选好开口位置，敲掉浮石，根据断面方向确定支架的角度，使钻杆与开口处断面垂直，当开孔5cm深左右时调整钻孔的角度，同时根据眼口位置处岩石的平整程度调整炮眼深度，以保证除掏槽眼外，其余炮眼底均落在同一平面上（掏槽眼比其他炮眼深10cm）；钻杆、风钻、支架必须在同一垂直面上，并掌握好进气量，使钻架稳定，钻杆在炮眼中心位置旋转。钻周边眼时还必须做到“准、直、平、齐”的标准。

3.1.2 爆破技术的控制

技术人员根据围岩的变化，对钻爆参数及时进行修正。特别是对单位体积耗药量、周边眼装药集中度、周边眼间距、最小抵抗线等参数进行修改设计。

3.1.3 施工管理水平对超欠挖的影响

在钻爆作业中必须详细进行人员组织、作业安排、技术交底，并加强质量检查及信息反馈，以减小超欠挖数量，将其控制在目标值内。

3.1.4 测量放线的控制

由于周边眼间距E＝50cm，杨家岭隧道开挖轮廓放样是“五寸弧坐标”放样。每次全断面钻孔前，逐一测定周边眼位置，其他炮眼根据设计图，由周边眼位置定出。断面画眼完成后，为确保其精度，应在已画的孔位内抽查几个，保证其准确性。

3.2 加强断面检测及信息反馈

开挖质量包括两个方面：

a）开挖断面的平整度、炮眼利用率、残留率、错台情况（采用目测、仪器测量结合的方法进行评定）；

b）超欠挖的控制（测出隧道开挖的实际轮廓线，并与设计轮廓线比较，得出超欠挖部位和数量，及时指导下一步的施工）。

杨家岭隧道选择了三种检测超欠挖的方法：a）“圆心、半径、铅垂线”法；b）坐标法；c）以台车内模为参照物检测超欠挖偏差。

4 爆破效果

杨家岭隧道K53＋000～K53＋518段Ⅳ、Ⅴ类围岩光面爆破效果较好，主要表现在：爆破后围岩稳定，无大块岩体剥落和坍塌；断面平整，错台不大于10cm；平均线形超挖不大于10cm，最大超挖15cm；局部欠挖不大于7cm；炮孔利用率93%以上，炮孔残留率85%以上。

同时根据二衬混凝土实际用量与设计用量比较，平均每延米多用混凝土1.71m3，换算后平均线形超挖8cm，低于规范要求的超挖10cm误差，从另外的角度证明了光面爆破效果较好。

5 结论

5.1 钻孔精度对超欠挖影响最大（44.2%），然后依次为爆破技术（20.3%）、施工管理（17.6%）、测量放线（7.6%）、地质条件变化（6.1%）等，前四项因数的影响占89.7%。施工中理论应与实际相结合，根据不同围岩地质条件及时调整钻爆参数，隧道光面爆破效果良好，超欠挖控制符合隧道规范要求。

5.2 “导爆索-继爆管微差起爆法”，在相同的钻爆参数情况下，光面爆破质量比“非电塑料毫秒延期雷管”的光面爆破质量好，但其缺点是成本较高、单独使用时难以在爆破前判断网路的可靠性。

5.3 杨家岭隧道光面爆破也存在一些不足，例如受钻机外观尺寸和路线左转的影响，在开挖右侧边墙时，不得不将周边眼位置水平缩进2～3cm，造成右侧边墙局部超欠挖偏大（仍在规范允许的范围内）。

[1]JTJ 042—94，公路隧道施工技术规范[S].

[2]杨文渊.工程爆破常用数据手册[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]邓江.猫山公路隧道工程技术[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]贾仁辉.隧道工程[M].重庆：重庆大学出版社，2001.