长大隧道光面爆破施工技术的研究应用

岳军

摘要：我国长大隧道一般采用新奥法施工技术，光面爆破作业是支撑新奥法原理的重要一环，针对不同的岩性和开挖工法进行专项设计，通过合理地选择爆破参数等进行爆破施工，可使开挖轮廓圆顺、有效控制隧道超欠挖，实现安全、快速的施工作业，所以本论文将基于工程项目设计情况，对长大隧道光面爆破相关施工技术进行探讨与研究。

关键词：光面爆破;长大隧道;应用

1.前言

当前社会对隧道工程的施工要求也越来越高。光面爆破技术的应用可增强隧道施工中的圍岩完整性及稳定性，提高隧道施工质量，因此针对隧道光面爆破施工技术进行研究及探讨，是提高隧道工程项目质量的重要途径之一。

2.光面爆破施工技术要求

2.1光面爆破的基本概念

⑴掏槽眼：为辅助眼提供新的自由面，影响隧道爆破的循环进尺和掘进效果。

⑵辅助眼：一般按线形或环形均匀布置，进一步扩大掏槽空间。

⑶周边眼：沿设计轮廓线的环向小孔距的平行炮孔，直接关系隧道开挖轮廓超欠挖和对围岩的扰动程度，是光面爆破的核心。

2.2光面爆破设计要点

⑴周边眼间距E

周边眼孔距过大，孔间导向作用消失，光面裂隙就不能形成;过小则会增加钻孔数量和爆破工作量，所以周边眼应适当加密。一般情况下，E=（8～18）D，D-炮孔直径。

⑵最小抵抗线W和炮孔密集系数m

最小抵抗线W即光爆层厚度，一般情况下，W=（10～12）D，W过小，与孔间的光面裂隙来不及贯通前，各孔就朝自由面方向形成爆破漏斗，结果产生凹凸不平的破裂面;过大易导致自由面方向爆破效果恶化，大块多，在壁面造成凹坑。

炮孔密集系数m=E/W，最大可以达到1。要获得平整的轮廓面，一般情况下取值如下：硬岩：E=45～55cm、W=（50～60）;中硬岩：E=40～45cm、W=（45～55）;软岩：E=35～40cm、W=（40～50）。

⑶不耦合系数k

不耦合系数k=炮孔直径D/装药直径d。

K（一般为1.1～2.0之间）的确定可使炮眼壁岩石上受到的冲击压力不大于岩石的极限抗压强度，避免压碎圈的形成，从而留下半炮眼痕迹，同时，在炮眼连心线上产生的切向拉应力大于岩石的抗拉强度，产生定向裂隙。

⑷线装药密度ρ

指单位长度炮孔中装药量的多少。施工中应根据孔距、光面层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。一般情况下，软岩中用70～120g/m，中硬岩中为100～150g/m，硬岩中为150～250g/m。

⑸钻孔深度H及外插角a

炮孔深为每循环开挖进尺长度，并考虑10%～15%的超深。外插角取2°～5°，眼底不应超出开挖断面轮廓线10cm。

⑹起爆方向

正向起爆：将起爆药包放在孔口药卷处，雷管聚能穴朝向孔底。

反向起爆：起爆药包放置在孔底，雷管聚能穴朝向孔口。

掏槽眼采用正向连续装药起爆，辅助眼采用反向连续装药起爆，周边眼采用反向间隔装药或导爆索串联装药起爆。

2.3光面爆破影响因素

⑴地质条件：地质状况对光面爆破效果的影响较大，相同爆破条件下，岩石坚固性系数与超欠挖量成反比，施工过程中要根据岩性情况动态调整爆破参数。

⑵钻孔精度：为减小或尽可能消除测量误差，半断面或全断面开挖爆破，应坚持每个循环都用仪器测量放线，认真准确放出开挖轮廓。炮孔越深，孔底偏差越大，因此，炮孔越深越应采取相应措施控制钻进方向。

⑶爆破参数

炮眼间距：光面爆破的实质是使炮眼之间产生贯通裂缝，沿着设计开挖轮廓线形成规整的断裂面。合适的炮眼间距，是以两眼在连线上叠加的切向应力大于岩石的抗拉强度为原则。炮眼间距的大小，主要取决于围岩岩性、节理裂隙发育程度、炸药性质、不耦合系数和光爆层厚度。一般情况下，围岩坚硬完整，抗拉强度则相对较低，眼距相对较大;反之，则相对较小。当炮眼间距比抵抗线小一些或等于抵抗线时，光爆效果较好。

炮眼密集系数：m值较大，炮眼间距过大，两炮眼就会各自形成单独的爆破漏斗，就会在两眼之间留下岩石残根形成欠挖。m值较小，两装药距离过近，大部分能量用于抛掷岩石，就会在两眼之间形成超挖。

起爆时差：周边眼同时起爆，炮眼间的贯穿裂缝形成得较早，裂缝形成会使其周围岩体内的应力下降，从而抑制了其它方向裂缝的形成和扩展，爆破形成的壁面较平整。实际操作证明，起爆时差小于10ms的光爆效果较好。

炮孔装药量：炮孔装药量取决于要求爆破的岩石的体积、爆破类型等。为减少爆震裂隙，减少静压的破坏作用，其周边眼的药量必须控制，尽可能减少装药密度，采取多打炮眼少装药的方式。

3.工程实例

3.1工程概况

沈白高铁白山隧道位于吉林省白山市，全长12740m，是全线第一长隧道，为I类高风险隧道，围岩以石灰岩为主，最大埋深约289m，不良地质地段多，存在有断层破碎带、崩塌落石、岩溶，易发突水、突泥，施工安全风险高。

3.2白山隧道石灰岩地段光面爆破设计

白山隧道石灰岩为隐晶质结构，层状构造，天然密度ρ=2-2.5（g/cm3），基本承载力500-800KPE，最大单轴饱和抗压强度90MPE，岩质较硬，围岩以Ⅲ、Ⅳ为主，节理裂隙及裂隙水较发育，稳定性较好，断面开挖面积142m3，采用台阶法开挖，上、下台阶同步开挖，上台阶高度6.8～7.0m，下台阶高度3.5～3.7m。

根据石灰岩的岩性特征进行专项光面爆破设计，采用楔形掏槽与直眼掏槽相结合，上下台阶采用电雷管分次起爆，周边孔与辅助孔的孔底在同一垂直面上，周边眼采用导爆索间隔装药结构，其他眼采用毫秒管集中装药结构，起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。

3.3光面爆破施工技术参数

通过对现场掌子面爆破循环作业的数据分析，基本固定了白山隧道石灰岩地段的光爆参数，周边眼间距拱部采用40cm，边墙采用45cm，下台阶周边眼间距采用60cm，具体爆破参数见下表。

3.4光面爆破现场效果

通过对白山隧道石灰岩地段掌子面现场每循环爆破作业效果及时进行对比分析，本着相对固定，动态调整的原则，对爆破参数进行动态调整，不断优化，目前现场光爆效果基本达到预期要求，有效的控制了超挖量和对围岩的扰动。现场爆破效果如下图：

4.结束语

对于隧道工程项目施工来讲，地质及围岩情况是个不断变化的过程，因此在施工过程中要做到岩变我变，施工过程中要及时对比爆破效果，分析爆破数据，动态调整，不断优化各项爆破参数，确保光面爆破效果，为后续施工打下坚实的基础，提高隧道整体施工质量。