光面爆破在顺层偏压软弱破碎围岩段的技术应用

曹艳非

摘要：在隧道开挖过程中，根据隧道不良地质的类型，及时调整爆破参数，是保证施工安全、控制超欠挖及施工成本的关键，以陈家场隧道进口段實际施工为例，介绍了施工中顺层偏压地段光面爆破施工参数的选择、具体的施工工艺，对于控制隧道超欠挖起到了积极的作用。同时介绍了采用光面爆破的爆破效果和取得的经济效益。为类似的工程项目提供参考。

关键词： 陈家场隧道；顺层偏压；软弱破碎；光面爆破

1光面爆破技术简介

光面爆破是一种根据掌子面岩体情况选择合适的爆破参数，用合理的方法应用到现场实际施工中，使隧道开挖轮廓达到理想状态的一种爆破技术。理想状态的标准为：开挖轮廓成型符合设计轮廓要求，眼痕率不小于80%， 岩面没有明显的炮震裂隙，无欠挖，平均线性超挖值小于20cm等。光面爆破是不良地质隧道中比较实用的开挖控制爆破技术，它在隧道施工中的效果好坏主要取决于爆破参数的确定是否合适，光面爆破参数主要包括：周边眼间距、周边眼抵抗线、装药集中度等，爆破参数的确定需要在现场爆破实践中根据爆破效果不断的调整修正后最终确定。

2工程概述。

陈家场隧道位于重庆市巴南区一品镇境内，为正线双线隧道，中心里程DK17+730，最大埋深76m，全长950 m，隧区属低山丘陵地貌，海拔标高为249.3～361.2 m，相对高差为20～100 m，地形起伏较大，穿越地层部分主要为泥岩夹砂岩、砂岩，节理裂隙发育，较破碎，隧道沿线不良地质主要为顺层偏压，洞身岩层倾角为40～50°，岩层走向与线路夹角小于30°，其围岩级别主要为Ⅴ、Ⅳ，为软弱围岩。

3施工方案选择。

地质顺层偏压段在隧道开挖过程中岩体易受扰动，扰动后会使围岩应力沿顺层面转移释放，围岩本身节理裂隙较发育，围岩破碎，导致隧道开挖存在较大的施工安全隐患，在顺层偏压地段，围岩又相对软弱、破碎，如何在开挖后保持围岩稳定爆破设计中需要考虑的一个重要问题，根据陈家场隧道的围岩情况和施工设计采用台阶法开挖， 为保证隧道开挖施工安全以及更好的控制超欠挖，控制施工成本，经项目部组织召开隧道施工专家研讨会后，决议在陈家场隧道开挖施工中采用光面爆破，采用光面爆破可以更好的控制超欠挖，特别是松软岩层中效果明显，而且爆破后开挖轮廓成形规整，围岩产生的爆震裂缝也能大量减少，提高了围岩的稳定性和自承能力，减少了支护工作量和材料消耗，从而加快了开挖工作的速度，降低成本，保证了施工安全和施工质量。

4爆破设计

爆破采用光面爆破。钻爆设计的关键在于掏槽方式的选定和爆破参数的确定。

4.1火工品的选择：

（1）选用2#岩石乳化炸药，炮孔直径Φ42mm，药卷规格为Φ32mm×200m、Φ25mm×200m；

（2）雷管选用1～17段的非电毫秒雷管，导爆管采用塑料导爆管。

4.2 炮眼深度的确定

根据设计和规范相关要求，以及现场的实际施工情况，确定陈家场隧道在不同围岩级别下选择不同的开挖循环进尺，Ⅴ级围岩每循环进尺为1.2m，周边眼及辅助眼深度确定为1.8m，Ⅳ级围岩每循环进尺为2.4m，周边眼及辅助眼深度确定为3.0m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。

4.3掏槽方式的选定

掏槽的目的是为其它炮眼拓出临空面，实现有效爆破。掏槽关系到隧道爆破的成败，直接影响爆破效果，掏槽深度直接关系到循环进尺。而掏槽又与地质条件、掏槽深度及形式、炸药种类及装药量等因素有关。经过比较，采用斜眼掏槽。 掏槽眼眼口间距：B=2×300×cos54°+0.2=3.72m，确定为3.7m。

4.4周边眼间距及最小抵抗线等爆破参数的确定

根据以往的施工经验，光面爆破周边眼间距E一般取（8-15）d（d为炮孔直径），Ⅴ级围岩取40cm，Ⅳ级围岩取50cm，周边眼最小抵抗线w一般取（10-20）d（d为炮孔直径），Ⅴ级围岩取50cm，Ⅳ级围岩取60cm，不偶合系数D，Ⅴ级围岩为取1.8，Ⅳ级围岩取2.2，装药集中度q，Ⅴ级围岩为取0.2，Ⅳ级围岩取0.3kg/m。

4.5 其他各部位炮眼单孔的装药量均可按下式计算：

q=kawl λ

式中：

k――单位炸药消耗量，kg/m3，软岩隧道取直1.2～1.5kg/m3。

w――炮眼爆破方向的抵抗线，m

a――炮眼间距，m

l――炮眼深度，m

λ――炮眼的部位系数，一般取1～2；

4.6装药结构型式。

周边眼采用竹片，导爆管、药卷间隔装药结构，药卷直径Φ25mm，装药不耦合系数为1.8，底部装药量可以适当加大。其他炮眼采用Φ32mm药卷，连续装药结构。

5光面爆破施工工艺流程

5.1测量放样布眼。

周边眼应沿着开挖轮廓线布置准确，确保开挖轮廓满足设计要求，然后在根据爆破参数，将辅助眼。掏槽眼合理的布置到开挖掌子面上，司钻前，开挖红斑要通知测量组人员放样标出钻孔位置，炮眼位置误差应小于5cm。

5.2钻孔。

隧道内加工简易开挖台车作为钻孔平台，使用装载机将开挖台车推送至掌子面并进行准确就位。钻工按照测量放样炮孔点位布置正确钻孔，开眼误差不能过大，应控制在3cm以内，周边眼钻孔，应定岗定人，使用经验丰富的钻工进行钻孔作业，钻孔过程中周边眼的外插角角度要合适，一般不大于3°，尽可能使两茬炮交界处台阶不大于15cm。经过现场施工的几个循环，经过不断的比较、调整和优化爆破参数，在顺层偏压软弱破碎围岩隧道施工中，无论是Ⅴ级围岩或者是Ⅳ级围岩，将周边眼间距控制在40cm以内，爆破效果是比较理想的。

5.3清孔。

装药前用高压风清孔，吹干净孔内积水及碴粒粉屑。

5.4装药。

装药前用高压风清除炮眼内的岩粉、 积水， 防止堵塞。 并用炮棍检查炮眼深度、 角度、 方向和炮眼内部情况。验孔完成后按照钻爆作业规程、 爆破设计规定的炮眼装药量、 起爆段位进行装药。 所有装药的炮眼采用炮泥堵塞， 最初填塞的炮泥慢慢用力， 轻捣压实， 以后各段炮泥依次用力一一捣实。

5.5连接起爆网络。

起爆网络为并联网络，以保证起爆的可靠性和准确性，联结时导爆管不能打结或拉细。起爆雷管用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处。网络联结好后要派专人负责检查没有问题后再起爆。起爆顺序应为掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼，先起爆掏槽眼，形成临空面，然后再依次起爆辅助眼和内圈眼将围岩层层剥离，最后起爆周边眼，使开挖断面轮廓成型。

6光面爆破在现场施工过程中的应用效果及经济效益

6.1 应用效果

在陈家场隧道应用光面爆破施工工艺后，经过不断的调整优化爆破参数后，在隧道施工过程中，应用效果显著，主要表现为：

爆破后开挖轮廓成型规整，炮眼痕迹率可以达到85%，两茬炮衔接台阶最大尺寸12cm，且平均线形超挖最大不超過20cm，基本上无欠挖，爆破碴块大小适度较均匀，便于出碴装车，提高了出渣效率，岩面较平整，无较大凸凹，既节省了排险时间，也大大提高了支护工人施工的安全系数。

6.2经济效益

时间效益：采用光面爆破虽然钻孔及装药时间比一般爆破长将近30分钟，但成型轮廓好，碴块大小均匀，出碴、排险和支护时间节约1.5小时，缩短了工序时间，加快了施工进度，并且为后续的防排水施工提供了便利条件，更进一步提高了隧道的衬砌质量。

经济效益：采用光面爆破更好的控制了隧道的超前挖，与一般爆破比较，超挖量可以减少15%～20%，不仅可以节省因超挖造成的回填喷射混凝土工程量，而且也可以减少火工品的耗费量，节约了施工成本。

7 结语

光面爆破施工关键是要严格的按照爆破设计参数及工艺要求将布置炮眼、司钻、清孔装药、联络起爆等工序应用到隧道施工中，在施工过程中更要定人、定岗、定孔、定责，加强对操作人员的培训，使其树立认着、严细的作风，加强工作责任心，不断的提高光面爆破效果和开挖质量。

在顺层偏压且围岩较软弱破碎的隧道实施光面爆破施工工艺，虽然取得了不错的爆破效果，但在后续的施工过程中还需要根据掌子面的围岩情况随时调整爆破参数，使爆破效果的理想状态化不断提高。

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（作者单位：中铁十五局集团第三工程有限公司）