隧道施工光面爆破特征及有关参数选择的分析

尹功龙，李丙银

(江西中煤土木工程设计研究有限公司)



隧道施工光面爆破特征及有关参数选择的分析

尹功龙，李丙银

(江西中煤土木工程设计研究有限公司)

通过某个隧道的个案研究为背景，通过对采用钻孔台车的深孔光面爆破问题的研究，探讨有关爆破的方案选择、参数的确定、装药的结构以及掏槽眼的布置方式、爆破的特点、效果等相关问题。

光面爆破；钻爆设计；技术要点；安全措施

1 工程的有关概况

某隧道全长375 m，位于新宁县回龙寺镇桃李村，为重丘区地貌，工程地质条件主要为紫红色、灰白色砾石岩。围岩级别主要为Ⅲ、Ⅳ级围岩，该隧道根据奥新法原理进行施工，根据工期的要求和工程的特点进行不同工区的施工，确定在高木凼端洞口布置场地，由邵阳向新宁方向掘进。采用的是自卸汽车进行的运输，对于装渣则使用的是反铲式挖机与装载机的配合使用。另外，在施工过程中，对于断面的开挖控制在没循环进尺1～2 m之内，通过这种做法来尽量减少对围岩造成的扰动。

2 有关光面爆破的工作原理

有关光面爆破的破岩原理是一个比较复杂的问题，通过对起爆中的爆炸气体做功进而对岩体产生一定的效应。光面爆破会使周边的炮眼同时进行起爆，然后各炮眼的冲击波会向四周进行径向的传播，相邻的炮眼冲击相遇后会发生应力波的叠加效应，并会产生切向的拉力。当该拉力大于岩体的极限抗拉强度时岩体就会发生破裂，并在炮眼的中心连线上产生裂缝，随着裂缝的进一步扩展，最后则形成相对平整的爆裂面。光面爆破的主要内容包括炮眼的数目、深度、角度、布置、装药结构以及装药量等。采用“新奥法”进行施工，也需要根据工程的有关地质条件以及实际需要进行光面爆破。

3 钻爆的设计和操作的要点

3.1 钻爆设计

在钻孔之前按照规范和设计测量放线绘出要开挖断面的水平、中线以及断面轮廓线，并标出炮眼的位置，而后进行相关标准的检查，符合要求后即可进行施工。本文研究的隧道同时为了成本和设计的要求采用的是风钻进行钻眼，其中风钻采用的是φ42合金钻头，采用湿法进行施钻，在施工时并要保证风压不能小于0.5 MPa，而工作面水压不能小于0.3 MPa。在钻眼完成之后如图1进行检查并做好相关记录，若不符合则需重钻，合格后才可装药。对于已经装药的炮眼需要用炮泥进行及时的堵塞，而且堵塞的长度应大于20 cm。

图1 有关隧道开挖的钻爆设计(单位：cm)

3.2 人员以及设备的配备

(1)人员：进场人员共30人，其中安全员4人，爆破员4人，负责人1人。

(2)设备：YTP-28风钻20台、挖掘机(CAT320B)1台、自卸车(5T)6台、20 m3/min风压机3台、20型风枪10把、装载机(ZLB50)1台。

3.3 光面爆破的参数确定

采用光面爆破的效果如何主要取决于炸药的性质和用量、掩埋深度、不耦合系数以及岩石的条件等。需要确定的主要参数有：

(1)炮眼直径d。

炮眼直径d增加，药卷直径随之增加，有利于提高爆炸的稳定性，使爆速增大，但若炮眼直径d过大，就会降低钻速。另外，如果炮眼的数目较少则会影响药量均匀分布的状态结果会使岩石破碎的质量变差，所以，一般的炮眼直径d的范围为35～45 mm。

(2)周边眼的间距E。

对于坚硬的岩层，周边眼的间距E应该大些，对于跨度小的隧道应当适当的减小周边眼的间距E，反之则增大。在隧道爆破时，周边眼的间距E的计算公式为：E=(12～20)d。一般周边眼的间距E的范围为600～700 mm，但是如果开挖面的曲率比较大，那么间距则可以减小至450～500 mm，但是最小一般不小于400 mm。

(3)最小抵抗线V。

其计算公式为：V=Q/CEL，其中E为炮眼间距；C为爆破系数；L为炮眼深度；Q是炮眼装药量的单位耗药量。

(4)光面炮眼的深度和角度。

在隧道的开挖中，硬岩隧道通常要比循环的进尺深0.05～0.15 m。底板眼、掏槽眼一般比炮眼要深0.15～0.25 m，在硬岩时应取大值，一般的炮眼深2.1 m，而底板眼和掏槽眼则为2.3 m。如果采用的是先进的凿岩台车时，则其深度一般不小于3 m。有关炮眼的角度一般为4°～5°。

(5)装药量Q′。

其计算公式为Q′=qEVL，其中L表示炮眼的平均深度；q是单位炸药的消耗量；其他符号意义如前。一般来说，当炮眼深度为1.0～3.0 m时，单位体积内的岩石耗药量为0.4～0.8 kg/m3，当炮眼深度为3～3.5 m时，单位体积内的岩石耗药量为0.9～2.0 kg/m3。

(6)不耦合系数D。

不耦合系数指的是炮眼与药包的直径之比。当D=l时表示孔壁与药包是紧密接触的；D>1时表示孔壁与药包之间有空气间隙。存在空气间隙时，炸药的爆破威力则会衰减许多，所以，在施工中需要使用耦合装药来改变装药的结构以实现对爆破的正确控制。

表1 光面爆破参数

注：1.关于软岩隧道的光面爆破其相对距离应取小值；2.装药的集中度应该按2#的岩石硝铵炸药进行考虑。如果使用其他炸药，则需进行换算

(7)炮眼的密集系数m。

炮眼的密集系数也被称为炮眼的临近系数，它表示了炮眼的间距a与最小抵抗线V之间的相关关系，即m=E/V，这是有关爆破参数确定中的一个比较关键的值。现如今，在爆破工程的施工过程中，确定光面层厚度，一般情况下是光面层厚度V与周边间距a两者之间的比值m=EfV=0.8～1.0时则表示较好。当m>1时，则说明E值是偏大的，V值偏小，爆破的时候容易出现眼间的裂缝，而周边眼尚未沟通前应力波就已经传到了二圈眼，结果就是这样的光面眼就变成偏斗的爆破。当E=V时，m=1。爆破时光面眼之间的裂缝形成较好。当m=0.5时，即2E=V光面层不易爆下来，实践证明m=0．8～1.0时较好。

3.4 爆破的安全措施

根据《爆破安全规程》( GB6722-86)有关爆破的安全注意事项主要有：

(1)进行爆破时应使用符合技术要求并经过检测合格的器材，根据实际的爆破方案，进行炮孔深度、炮位、以及用药量的设计，在施工之前有关该设计的图纸及爆破的方案需要报送公安部门审批后才可以进行实施。

(2)禁止在雷雨、浓雾、黑夜以及暴雨天气等进行有关的爆破作业。

(3)爆破工作必须有专人指挥，爆破前需要做好安全防护，确定的危险区边界应有明显的标志，警戒区四周必须设警戒人员、警戒区内的人、畜必须撤离，施工机具器材应妥善安置。预告、起爆警戒等信号应有明确的规定。爆破时，应确保人员和机械应撤至受爆破影响范围之外。

(4)导火索的长度要保证点完后人员可以安全撤离。

(5)在爆破最后一响的20 min之后才可撤除警戒防护。

(6)环境条件“复杂”和“十分复杂”的爆破工程，每次爆破要进行爆区设计，装药前爆破工程技术人员需要逐个进行验收炮孔，计算装药量，并落实覆盖防护以及安全警戒等措施，确保不发生震动、飞石等过大的危害。

(7)有专人负责爆破后的清帮找顶的工作，确保不留下危石。爆破通风15 min后，必须立即进行安全方面的检查，查出有无未超爆的瞎炮，确认无误后才可以出碴。隧道出碴采用的是无轨装碴、无轨运输，即装载机装碴，自卸汽车运输至弃碴场。

4 施工技术要点

(1)根据围岩的特点选定周边眼的最小抵抗线和间距，尽量提高钻眼的质量水平。

(2)控制钻眼的装药量，尽量使药量在炮眼处实现均匀分布。

(3)对于周边眼使用低爆速、低猛度的炸药和小直径药卷。另外，为了能够满足对炮眼装药结构的要求，可以借助传爆线进行空气间的隔装药。

(4)采用毫秒微差进行有序的起爆。按照规定的程序进行施工，能够使爆破后的光敏啊具有很好的临空面。

(5)注意边孔的直径应不大于50 mm。

5 结 论

通过以上的分析可以看出，在隧道的施工过程中，有关爆破开挖方案选择的好坏对后面的开挖速度起着至关重要的作用。同时爆破后的结果又直接的影响着下一步衬砌支护和装岩运输的成本和速度。简要探讨我们知道在对隧道进行爆破开挖的过程中，采用本文提到的光面爆破技术不仅能够减少使用爆破技术的使用对围岩的损伤，而且也能够达到较大的进尺。在隧道开挖的过程中，爆破技术的设计和采用是其能否顺利和成功进行的关键。

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2015-02-11

U442

C

1008-3383(2015)12-0108-02