特小断面引水隧洞光面爆破技术

陈 跃 平

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162）

引水隧洞开挖条件复杂，工程质量和工期均受到开挖作业的影响。在生态环境保护工程中，经技术人员的深入探讨，最终提出光面爆破全断面开挖方案，下文则围绕具体内容展开分析，以期给类似工程提供参考。

1 工程概况

新疆伊犁尼勒克隧洞II 标生态环境保护工程的主要目标在于实现对生态环境的有效保护。根据设计方案，输水隧洞断面采取圆形结构形式，洞径5.3 m～5.9 m，为现浇钢筋混凝土衬砌结构，无压洞，最大埋深226.8 m，共包含3 条施工支洞。本工程中，隧洞开挖采用钻爆法，并依据新奥法理论，使用光面爆破可更好地防止围岩松动，避免围岩处于单轴及两轴受力状态。

2 光面爆破效果的主要影响因素及具体施工方案

2.1 主要影响因素

光面爆破以设计开挖线为基准，按照较密的控制标准依次设置周边炮孔，实行弱震爆破，从而松动炮孔及其周边的岩石，经过爆破处理后构成较规整的开挖壁面，可有效避免超欠挖现象。光面爆破施工的干扰因素较多，常见的有最小抵抗线、炮孔密集系数、不耦合系数等，需要以地质条件为依据，将各项参数控制在合理范围内，以便取得较好的爆破效果。

通过临时支护等方式的应用，可有效减少围岩的受扰程度[1]。具体而言，轮廓内的岩石得以顺利爆破需考虑到装药集中度和最小抵抗线两方面的情况；洞室成型的关键在于保证最小抵抗线及打孔精度的合理性；半孔率则与不耦合系数具有直接关联；巩固光爆效果的主导因素在于初期支护方案。

2.2 施工方案

本工程施工中以隧洞施工为核心内容，从项目实际情况出发选用光面爆破技术，具体操作环节及对应的流程如图1 所示。根据围岩类别的不同采取相适应的开挖技术，其中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级围岩均为全断面开挖，Ⅴ级围岩地质条件更为特殊，选用台阶法开挖。通过对新奥法理论的分析可知，光面爆破可有效避免围岩松动现象，在本工程中具有可行性。

3 光面爆破技术的应用要点

3.1 起爆方式

根据光面爆破要求合理展开钻爆设计工作，炮眼间距40 cm，为间隔装药方式。炮孔痕迹的保存率要求为Ⅱ，Ⅲ类围岩达90%，Ⅳ级围岩达70 %，同时严格控制开挖面，使其与设计轮廓线保持一致。围岩不可出现肉眼可见的大宽度爆破振动裂隙，且不允许发生欠挖现象。

掏槽眼和辅助眼两处均选择的是连续装药方式，借助毫秒延期导爆管雷管起爆，装填系数控制在 0.7～0.85，Φ32 mm×200 mm，采用 RJ-2 乳胶炸药。此外，由于围岩存在较明显的夹制力，因此需充分考虑到围岩等级，以此为依据确定合适的循环进尺。

3.2 钻孔作业

做好钻孔前的准备工作，即精准测量并画出开挖轮廓线，并在该处确定掏槽眼和周边眼的布设点，配备YT-28 型风动凿岩机，利用该设备有序完成钻孔作业。

3.3 爆破

以钻爆设计图为依据，准备适量质量达标的爆破材料，利用高压风清孔将孔内堆积的灰尘等杂物彻底清理干净，在确保不存在堵塞或坍孔的前提下装药连线，具体见图2。结束装药作业后全面检查各项安装细节，若无误即可正式起爆。

3.4 光面钻爆设计

出于减少超欠挖、维持围岩稳定性的目的，本工程选用了光面爆破技术。施工现场地质情况将在较大程度上影响光面爆破效果，因此必须认真分析工程地质情况，确定合适的爆破参数，随实际情况的变化而及时优化。有水地段的施工条件更为特殊，以Φ32 mm 乳化炸药专用药卷为宜，采取楔形掏槽的布置方式。以尽可能提高炮眼利用率并降低大块率为基本目标，合理控制单位炸药消耗量。起爆作业选择的是非电导爆管起爆，保证其时差间隔控制在50 ms～75 ms。

3.4.1 参数设计

关于炮眼装填系数β，可按如下公式求得：

式（1）中：E 为炮眼间距，cm；W 为最小抵抗线，cm；[τ]为岩石抗剪强度，Pa；dk 为炮眼直径，cm；[σe]为岩石抗拉强度，Pa；L 为炮眼深度，cm。

通过上述公式可算出，炮眼间距E=40 cm，最小抵抗线W=50 cm，光面爆破炮眼间距与最小抵抗线之比取0.8 左右，即E/W=0.8。

3.4.2 爆破参数和器材的选择

为减少超欠挖、降低洞壁粗糙率，在Ⅳ，Ⅴ级围岩施工中应优先选择光面爆破技术，影响该技术应用效果的因素错综复杂，其中周边眼的光爆参数最为显著，需通过试验的方式确定合适的光面爆破参数。此处主要考虑硬岩和软质岩两类，具体内容见表1。

表1 光面爆破参数

钻爆施工的主要器械和材料有：选用Φ25 mm×200 mm，Φ32 mm×200 mm 两种规格的 RJ-2 乳胶炸药；6#，8# 的工业雷管；Φ3.0 mm 的塑料导爆管；导爆索尺寸Φ5.7 mm～Φ6.2 mm。

3.4.3 装药结构与堵塞

周边眼选用的是半截（2/3）Φ32 mm 乳化炸药，采取间隔装药的方式，利用竹片和导报索连接，配套半卷Φ32 mm 乳化炸药作为加强药包而使用，将其置于炮孔底部，除此之外的其它炮孔均选用Φ32 mm 乳化炸药，并遵循连续装药原则。安排专员检查现场情况并及时记录，余下的起爆器材统一放回炸药库妥善保管[2]。完成装药作业后使用适量黄泥封堵炮孔，应确保堵塞长度达到30 cm 或更多，所用的炮泥均利用专业的炮泥机生产而得。

3.4.4 起爆方法

本工程选用电毫秒雷管起爆的方式，部分周边眼较为特殊，若使用导爆索装药结构，此条件下以导爆索起爆为宜。按照掏槽眼→扩大眼→周边眼→底板眼的顺序依次起爆，经过持续性的通风后使现场的炮烟吹散，若现场空气质量达标，等待15 min后即可组织人员进入现场作全面的检查。需注意的是，检查人员必须是原装药爆破员，其对于现场情况更为熟悉。若存在瞎炮或是围岩失稳等问题均要及时处理。

3.4.5 装药量计算

严格控制单孔装药量g，具体可按照如下公式求得：

式（2）中：E 为孔距，cm；W 为抵抗线，m。

同时，应控制好装药集中度q，具体方法为：

根据上述给出的公式展开计算，再将所得结果与行业规范中的参考值对比分析，最终得出以下数值：药卷重0.07 kg，装药集中度q=0.24 kg/m。

3.4.6 炮眼布置

各炮眼所对应的布置原则有所差异，具体作如下分析。①掏槽眼：选择的是中空直眼掏槽形式，考虑到钻眼精度要求，应合理控制好掏槽的位置，较合适的是隧洞中线偏下的区域；②周边眼：以设计的周边眼间距为参考，保证外插角的合理性，以免出现超挖现象；③内圈眼：较合适的是布置在周边眼抵抗线的边缘处；④扩大眼：以施工区域的岩石坚硬程度、装运方法等为参考，合理控制炮孔间距，在岩石坚硬的情况下以小间距为宜，反之则采取大间距布置方式；⑤底板眼：应当沿开挖轮廓线方向依次布置，此处可增加药量，以便发挥出翻碴作用，确保在爆破结束后产生的岩碴能够被有效翻松，给装载作业创造良好的条件[3]。根据钻爆设计内容，经计算后确定炮眼在不同等级围岩条件下合适的布置方式，伴随施工作业的持续推进，结合实际情况合理修正钻爆设计参数，提高其在实际施工中的可行性，从而取得更良好的爆破效果，做到全程安全、可靠，使围岩可维持稳定状态。

4 结语

生态环境保护工程施工中，特小断面引水隧洞爆破环节选择的是现阶段较先进的光面爆破技术。工程技术人员根据实际情况合理调整爆破参数，爆破对围岩的影响可降到最低，有效避免围岩变形现象，使围岩抗力维持在合理的水平，临时支护和衬砌施工质量都满足要求，具有较显著的社会经济效益，因此光面爆破技术可作为类似工程的参考。