光面爆破施工技术研究

刘健

摘 要：针对泥质砂岩等软弱地质隧道工程爆破开挖施工，优化爆破施工工艺、措施，将施工管理与控挖技术相结合，并纳入施工安全措施，形成软弱围岩地质安全控挖技术，现场实施取得了良好的效果，为此类工程提供了宝贵的经验借鉴。

关键词：软弱围岩;光面爆破;控挖;安全质量

1 工程概况

杨家坪隧道位于湖南省吉首市太平镇境内，进口位于王屋云2号桥丘坡陡坡中，植被发育，交通不便;隧道出口位于岩桥溪1号中桥丘坡陡坡中，交通不便。隧道全长1774.02m，进出口里程分别为：DK133+061、DK134+835.02;进出口隧线分界里程分别为：DK133+074、DK134+809.02;洞内设单面坡，最大埋深约160m。本隧道Ⅲ级200m，Ⅳ级1169m，Ⅴ级365.02m。

隧道区出露的底层有第四系全新统坡残积层粉质黏土，层薄、下伏基岩为白垩系下统东井组（K1d）、泥质砂岩，遇水易软化，岩层斜理发育，较破碎，增加光面爆破控制难度。

2 工程爆破任务完成情况

截至目前为止，杨家坪进口单个掌子面开挖629.2m，自7月份光面爆破實施后，已完成光爆开挖494m，其中III级围岩80m、IV级围岩414m，完成爆破方72015m3;未采用光面爆破开挖135.2m，其中IV级围岩90.2m、V级围岩45m，完成爆破方20175m3。

3 钻孔爆破参数确定

3.1 凿岩机具的选取

隧道爆破机具采取YT28型气腿式凿岩机，Φ42mm直径的钻头钻孔。钻头为“十”字型硬质合金钢，钻杆规格为中空六棱型，钻杆长度分别3m、5m几种规格。

3.2 爆破器材的选取

根据爆破规模及岩石特性，选用2号岩石乳化炸药为主炸药、非电导爆雷管起爆.

3.3 爆破参数的选择

根据隧道岩质情况，按光面爆破参数表进行选择。施工过程中通过爆破效果检查，结合地质变化情况适当调整，以求达到安全、经济和最佳爆破效果。

4 光面爆破施工工艺

4.1 钻爆设计

1）周边眼钻孔孔径取42mm。

2）光面爆破周边眼间距E。

根据隧道实际围岩地质情况，泥质砂岩的单轴极限抗压强度，属软岩，且节理较发育，岩石层理线规则，因此，为了控制隧道开挖轮廓线光滑、美观，周边眼间距E选取45cm。

3）周边眼最小抵抗线W

周边眼最小抵抗线W=1.2～1.8×42mm（孔径）

故W=1.8×42==75.6cm，取80cm。

4.2 测量放样

测量人员使用全站仪，准确标出周边眼及辅助掘进眼位置;每次放线对上次爆破的断面进行检查，对测量数据进行处理，及时调整爆破参数，改进爆破效果。

严格按照爆破设计钻孔图进行钻孔，对周边眼位的钻孔做重点控制，使误差在3cm以内;外插角小于3°，减少两循环之间的台阶;在掌子面凹凸不平的地方，调整钻孔深度，确保炮眼底面在一个平面上。

4.3 钻眼

光面爆破钻孔主要控制辅助掘进眼及周边眼，辅助掘进眼钻孔按照平行于隧道中轴线控制;周边眼起孔于开挖线位置，钻孔完毕后，眼底外插距开挖线≯10cm。

1）开孔：根据爆破设计及中线水平，选好开孔位置，刨去浮石，调整支架角度，使支架与开眼处岩面保持垂直。操作时，先供水后供风。先开半风，为防止钻杆打滑，钻进3～5cm后再调整支架，保持设计规定的角度，开全风，加大推力。

2）钻进：钻进中应充分发挥气腿作用，以加快钻进速度，减轻体力劳动：

一条线：钎子、风钻、气腿必须在同一垂直面上，从后面看是“一条线”，这样使钻机不会左右摇摆;

中心钻：掌握好风钻的进气量，控制风钻摆动幅度，使钻杆始终在炮眼中心位置旋转;

靠边站：一人操纵一台风钻，人要站在钻机的侧后方，使风钻贴在身边，稳住风钻，不使风钻左右摇摆;如下图一：

3）拨钎：钻孔满足设计深度后，应及时拨钎转移。在整体性较好的岩石中，可停风拨钎，停机时应先关水后关风。在破碎岩石中，为克服阻力，钻机应带风转动拨钎。

4.4 炸药制作

周边眼利用切制好的PVC管作为定位管道，每根炸药30cm，切成4段，每段长度7.5cm，药卷间距60cm，每根炸药直径32mm，装药过程中，用手挤压药卷，减小药卷直径为20mm～25mm间，导爆索连接至底管，并用胶带绑扎，导爆索串联所有药卷伸出孔外75cm以便导爆线路连接;剩余炮眼均装整条30cm药卷，辅助掘进眼、底板眼每孔7条。

4.5 装药

周边眼装药用3.5m长φ32的PVC管耦合分段装药，每孔装药450g，分成6段，每7cm一段，用导爆索（红线）连接。炮孔堵塞采用纸盒充分泡水后进行堵塞，堵塞长度30cm。在装药时，炸药外露部分（PVC管缺口）必须对应隧道中轴线。

4.6 连线

周边眼利用导爆索串联，连接接头采用T型连接（每个接头可向两侧传爆），导爆索接头设置在孔口位置，禁止伸入孔内，并且要求导爆索紧贴岩面;每循环光爆掌子面拱脚、拱腰及拱顶放置11段、13段或15段雷管引爆，雷管可插入周边眼中任意一根药卷内，与周边眼、辅助掘进眼及底板眼捆绑起爆。掏槽眼、辅助掘进眼及底板眼按常规爆破连接方式连接成型。

4.7 起爆、爆破后检查

爆破必须由专人统一指挥，起爆前人员、设备、料具照明、电器设施，均应撤离爆破作业区。按起爆准备、起爆、解除爆破警戒三个阶段发出警报信号。

爆破、通风15分钟后方可进入爆破面检查，检查有无瞎炮及可疑现象，瞎炮未经处理，不得进入下道工序作业，每班必须有责任心强、经验丰富的专职人员进行找顶撬帮工作，使用的工具应轻便，并有监护人。

未使用的爆破器材及时退库，处理瞎炮收集的、不宜使用的炸药、雷管、传爆线等爆破器材退库后，另行按有关要求集中处理。

5 光面爆破成果

5.1 超欠挖效果

超欠挖得到有效的控制，在使用光面爆破后，平均超挖由40cm降低至20cm，C25喷射混凝土超方量由51.4m3降低至20.4m3。

5.2 光面爆破效果

自7月份光面爆破实施后，残眼率高达90%以上，爆破排险后，轮廓清晰、凹凸有致，平均超挖控制在20cm左右，节约喷锚混凝土及工序时间，以达到减亏、创效的目的。

6 光面爆破成本分析

6.1 经济效益

1）周边眼爆破成本分析。采用光面爆破每循环进尺（3m）爆破物品需增加成本569.3元，如下图二（周边眼爆破成本分析）

2）喷射混凝土成本分析。采用光面爆破每循环进尺（3m）喷射混凝土节约31m3，C25喷射混凝土生产成本731.6元/m3，成本减少22679.6元.

6.2 进度效益

按照每循环3m进尺计算，装药、爆破节约时间0.5h，掌子面排险、出渣节约1h;喷射混凝土节省时间节约时间为2.5h;综合统计得：每循环总节约时间为4h。

6.2.1 光面爆破存在问题及对策措施

在进行光面爆破施工时，都必须注意整个作业的工艺流程，只有严格按《爆破安全规程》的要求和工作程序执行，才能取得良好的爆破效果，并达到预期的目的。隧道洞身掘进采用光面爆破过程中，遇到问题及措施如下：

1）炮眼布置：作业人员未按爆破设计进行炮眼布置，按照常规辅助掘进眼至周边眼距离小于周边眼间距布置（间距为45cm），怀着陈旧思想，担心周边眼药量过小、周边眼下围岩爆破不下来。

措施：项目部安排接受过培训，并具有隧道施工经验的技术员、总工程师跟班作业，亲自动手放样周边眼及辅助掘进眼点位、标出轮廓线，要求班组必须按照布置图打眼。

2）钻孔施工：作业人员未按照操作程序，钎子、风钻、气腿不在同一垂直面上，起孔风压未控制，导致炮孔外插角过大，影响光爆效果。

措施：项目部在每次光爆前组织队伍进行现场培训，钻眼过程中，每个台架上安排一名技术人员，盯控钻机操作手规范作业，保证钻机钎子、风钻、气腿在同一垂直面上，并起孔时控制半风，进尺3cm～5cm后全风钻进，全程跟班两个循环控制操作手钻孔习惯。

3）药卷制作：周边眼药卷利用φ32PVC管定位，采取不耦合装药方式，操作人员制作药卷存在侥幸心理，定位管制作不按爆破设计间距割孔，药卷未用手进行按压以减小药卷直径。

措施：根据工人心理，要求技术人员对制作成型的定位PVC管进行抽查，量取间距误差大于3cm判定不合格，要求重新制作，在装入药卷过程中，全程盯控，未对药卷进行等分及未按压入管的药卷，返工重新制作，局部增加工人工作量，矫正其侥幸心理，现场交底制作药卷便捷方式。

4）堵孔连线：堵孔采用泡软的纸箱，撕碎成团顶入孔内，此道工序施工时，随意性过大，未按要求堵孔密实;导爆索连线未采用T型（两端传爆）连接。

措施：针对此问题，组织隧道开挖班人员到项目部聽取教授讲课，并进行现场实践，讲述堵孔工序针对光爆效果重要性及T型连接两端传爆理论知识，现场实际操作演示便捷性，矫正工人传统繁琐习惯，让工人从心理上接受。

5）非光爆效果：爆破后，无轮廓线形，凹凸感十分明显，甚至出现局部掉块现象。

措施：针对此问题，项目部采取心理及技术战，一是召开现场会对光爆效果进行点评，查找问题原因，提振队伍信心;二是针对此次光爆进行详细分析，确定问题原因，针对问题重新调整爆破参数。

6.2.2 体会及建议

光面爆破实施后，深刻体会到，这一门技术不仅仅是在完整、坚硬的III级围岩中能达到控挖效果，在IV、V级软弱、破碎泥岩中同样可以达到控挖效果，爆破后，围岩轮廓圆顺、稳定，为施工安全提供屏障;在实施光爆过程中，技术问题频现易解决，最主要问题存在于落实情况，对作业班组、工人的管理是光面爆破成败的关键。

综上所诉，光面爆破并不是纯技术问题，而是技术与技术管理相结合产物。如何能长期坚持、如何提高（施工、技术）人员的积极性方面也值得思考。

参考文献

[1]房玉中，汪祥平，褚怀保，张志和，李治国.水平缓倾岩层极高地应力隧道光面爆破施工控制技术[J].公路交通技术，2019，35（01）：97-104.

[2]王建亮.碎裂岩层隧道开挖施工中光面爆破技术的应用[J].建筑安全，2018，33（12）：61-64.

[3]张龙.地铁隧道全断面开挖施工中光面爆破技术的运用[J].绿色环保建材，2018（10）：146-147.

[4]杜国辉，张欣，苏木林，张一兵.光面爆破技术在熊冲隧道的研究与应用[J].价值工程，2018，37（20）：135-137.