曹阳山隧道光面爆破技术

廖明雄

（中铁十七局集团第六工程有限公司）

曹阳山隧道光面爆破技术

廖明雄

（中铁十七局集团第六工程有限公司）

本文阐述了曹阳山隧道Ⅱ级围岩光面爆破施工控制技术，研究了有效的减小对围岩扰动，保持围岩原有承载能力的措施。保证围岩壁平整、应力均匀，防止局部落石。减少了超挖和回填量，节省混凝土，同时加快施工进度。

光面爆破；钻孔参数；效果

1 工程概况

曹阳山隧道位于连江县东湖镇洋门村-浦口镇幕浦村之间的山体中，进口位于东湖镇洋门村东南约500m，出口位于为浦口镇幕浦水库西北约1km。隧道左线起讫桩号为ZK1+141～ZK3+ 746，长2605m。隧道右线起讫桩号为YK1+103～YK3+724，长2621m。隧道单洞净高5m，净空14.50m。隧道进出口位于圆曲线上，隧道左线纵坡2.5%，长度177m，接纵坡0.889%，长度2444m；右线纵坡2.5%，长度146.8m，接纵坡0.889%，长度2458.2m。曹阳山隧道右洞进口段Ⅱ级围岩桩号为YK1+445～ YK2+335，本文对其开挖中的光面爆破技术进行了详细的阐述。

2 光面爆破设计及施工要求

光面爆破是减小爆破振动、减少飞石、改变爆破效果的一个主要的爆破控制手段。光面爆破是沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业。通过光面爆破，可以有效地控制开挖面的超欠挖。另外，光面爆破是在两个自由面条件下爆破，受夹制作用小。因装药量远比主炮区炮孔小，故振动影响较小，对保留基岩的破坏较轻微。全断面导坑为半圆型，高度9.128m，宽度16.07m。月掘进计划180m，每月施工30d，每天二循环，每炮进尺3m，炮眼利用率为0.9，采用2#岩石乳化炸药。在曹阳山隧道的施工中我项目设计炮眼为：掏心眼内斜45°，深3.6m，φ50mm钻杆；周边眼，辅助眼进行中空直眼掏槽，深3.5m，φ45mm钻杆。严格控制掏心眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm，辅助眼眼口排距，行距误差均小于10cm，周边眼眼口位置误差小于5cm，眼底不超过开挖端面轮廓线15cm。

2.1 钻爆设计

光面爆破起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。辅助眼由里向外逐层起爆。

光面爆破参数的确定：

（1）周边孔间距E。周边眼通常布置在距离开挖断面0.1～0.2m处，光爆孔的孔底的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3～5°，E= （10～16）D，根据本设计Ⅱ级围岩周边眼间距取55cm。

（2）周边眼最小抵抗线W。W与开挖面的大小有关，断面大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落W值可以稍微大些，反之亦如此。同时，W还与岩石的性质有关，坚硬岩石W可以小些，松软破碎的岩石W可以大些。根据设计，曹阳山隧道Ⅱ级围岩W取60cm。

（3）密集系数K。周边眼的间距E与光面爆破层厚W有着密切关系，通常以周边眼密集系数K表示为K=E/W。根据施工经验，一般取K=0.6～1.0，能达到最佳光爆效果。根据以上计算得K=0.9。

（4）装药量Q。光面爆破的爆破装药量的计算就要是确定周边眼爆破层炮眼的装药集中度，即Q=qEW=1.1×0.55×0.6=0.36（q为炸药单耗量，它取决于岩性、断面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素，取值1.1kg/m3）。

（5）炮孔数量N。炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增多，爆破效果差，相反，造成工程量过大。

式中：s——122.05m2（导坑开挖面面积，根据设计图纸）；

q——1.1kg/m3（单位炸药消耗量，根据围岩类别选定）；

a——0.6（炮眼装填系数，根据药卷直径φ32）；

r——1.0kg/m（炸药每m长度的质量，根据药卷直径φ32）。

（6）每一循环炮眼深度l：

每一循环炮眼深度：Ⅱ级围岩设计循环尺寸为3m，炮眼利用率为0.9，则：掏槽眼及底眼深度=3/0.9+0.1=3.4，辅助眼、帮眼、顶眼深度=3/0.9=3.33m。

在光面爆破中，对以上参数的取值采取先初取，然后通过爆破试验再确定一个比较合适的取值范围。光面爆破不但受孔径、孔距、线装药密度、不耦合系数等因素影响，而且在各种因素不变的情况下保证成缝的装药量变化区间也相当大。因此有必要对开始几次爆破进行光爆试验，以获得比较可靠的光爆参数。待多次试验取得比较适宜的数值后再在施工中推广使用。

2.2 炮眼布置

先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。根据围岩情况，掏槽眼布置在开挖面中央偏下，采用直眼掏槽（柱状掏槽），炮眼的距离为55cm，炮眼数量为10个，并且需要钻2个直径较大的空眼作为临空孔；周边眼距离开挖轮廓线为5cm，间距为60cm，为了减少超欠挖，周边眼设计采用3%的外插斜率；辅助眼间距为70cm，光爆层厚度为70cm，因为炮眼深度较深，所以靠近周边眼的内圈辅助眼与周边眼有相同倾角。布置如图1。

2.3 清孔

图1 炮眼布置图

钻孔完成后及时清空，清孔采用高压风管，高压风管由一台空压机带动把风管放进已钻完的孔中利用喷嘴中喷出的高压气体把孔中的破碎岩块及石粉吹出来，清孔时要不时的活动风管来回抽插活动才能彻底清除杂物，清空后空中不得有杂物。清除后及时量测孔深，孔深要求偏差不大于10cm，把每个孔深都按设计孔深控制确保爆破效果。

2.4 装药

装药结构采用不耦合间隔或连续装药，选用φ32mm的标准药卷。在装药密度确定之后，炸药沿光爆孔分布愈均匀愈好。由于炮孔底部夹制作用较大，不易造成所要求的光爆裂缝，故通常需要将孔底线装药密度增大1～4倍，其取值视孔深和岩性而定，孔深及岩性坚硬时取大值。

间隔装药结构药卷之间的间隔控制在100～300mm范围内，爆破沿炮孔作用均匀，能获得满意的效果。间隔超过300mm时，爆破后岩壁保留面上药包部分呈现出孤立的局部爆破效应。其装药结构图见图2（a）所示。

连续装药可将药卷与导爆索一起连续或间隔绑在一根竹片或线绳上，形成所需长度的药串。其装药结构图见图2（b）所示。

图2 光面爆破装药结构示意图

炮孔装药参数如下：炮孔孔径：40mm；炮眼利用率0.9；循环进度：3m；爆破断面积：122.05m2；药圈直：32mm；根据设计装药长度对每个炮眼分别装不同数量的炸药，装完炸药后要对孔眼进行封堵孔口堵塞是保持高压爆炸气体所必需的。炸药装好以后，孔口的不装药段应使用干沙等松散材料堵塞。堵塞过短而装药过高，有造成孔口成漏斗形状的危险。堵塞过长和装药过低则难以使顶部形成完整的裂缝。因此，堵塞长度通常取炮孔直径的12～20倍为好，本工程中光爆孔堵塞长度取900～1200mm。

2.5 连线

炮眼装药完成以后再把连接雷管的起爆线按顺序里出来，根据爆破毫秒延续的要求，把起爆线分别连接，并分组归类，要求认真理顺确保无误。根据设计的起爆顺序分别把不同的起爆线组接入起爆器。

2.6 起爆

起爆线与起爆器连接完成后，再派人将起爆线路检查一遍确保无漏接，完成检查后对起爆器通电，待安全员并发出警报信号隧道内所有施工人员全部撤出以及洞内所有机械停止工作以后打开起爆器进行起爆。光爆孔在爆破环境和条件许可的情况下，尽量同时起爆，如需延期也应缩短延期时间，使其在75ms以内。

2.7 光爆效果

曹阳山隧道YK1+445～YK1+500采用光面爆破效果如图3。周边轮廓基本符合设计要求，爆破后岩石壁面基本平整，起伏度在15cm以内。爆破后，在围岩壁面上无粉碎损伤，无明显新生裂隙，对围岩破坏轻微。爆破后围岩稳定，基本无剥落现象，大的危石浮石少。循环进尺理想。石碴最大块40cm，碴堆集中，抛距30m。

图3 YK1+445～YK1+500光面爆破效果图

3 结束语

为达到光面爆破的效果，常采取缩小周边眼间距，减小周边眼的最小抵抗线；减少装药量或减少装药密度，以便减小围岩的扰动；周边眼在最后同时起爆。实践证明对于石质较差的岩层，最好使用毫秒迟发电雷管起爆周边眼，可使爆破既有同时起爆的爆破威力，又可减少对设计轮廓线以外围岩的扰动；严格掌握炮眼方向，周边眼的眼底应落在同一垂直平面上，钻眼过程中经常检查炮眼的方向，及时校正，对于个别不符合要求的炮眼，则应废除，重新钻眼；提高画线、钻眼精度，尤其是周边眼的精度，是直接影响超欠挖的主要因素，因此要认真测画中线高程，准确画出开挖轮廓线。

采用光面爆破施工可以有效的减小对围岩扰动，保持围岩原有承载能力。保证围岩壁平整，应力均匀、防止局部落石，施工安全。减少了超挖和回填量，节省混凝土。加快施工进度。

U445.4

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1673-0038（2015）24-0304-02

2015-5-21