光面爆破施工技术在红庙岭斜井工程中的应用

李东华

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

隧道工程项目控制施工工期与保证开挖轮廓的关键是钻爆作业。在围岩条件允许的情况下，大断面隧道采用全断面光面爆破技术开挖，可加快施工进度，提高施工效率[1]。红庙岭斜井工程设计时选择采用微振控制，进行全断面光面爆破施工，目的就是充分发挥围岩的自承能力，有效减小对围岩的振动破坏，期望通过科学设置爆破参数取得较为理想的爆破效果和开挖断面，避免超欠挖现象出现[2]。本文以红庙岭斜井开挖施工为背景，对光面爆破施工技术的应用进行分析。

1 工程概况

岭头乡隧道位于福建省福州市，进口位于三山陵园附近的程田正境白马尊王府边上，出口位于战扳村园山附近。起讫里程为DK2+895～DK10+772，全长7877m，单洞双线。隧址区最高标高510m，隧道最大埋深约450m。红庙岭斜井在岭头乡隧道线路前进方向右侧，在线路左线里程DK8+150 相交，和线路大里程方向交角43°，斜井综合坡度为2.32%，平距1117m，采用无轨运输双车道衬砌断面。

2 光面爆破施工技术

2.1 测量

在爆破施工环节中需要准确的测量数据，来有效控制开挖轮廓精度。红庙岭斜井工程采用全站仪对断面以及炮孔线进行测量，并由施工人员在掌子面上对开挖轮廓以及炮孔位置进行明确标识。

2.2 定位开眼与钻孔

钻眼使用钻孔台车，严格按照炮眼布置图进行钻孔，需要注意的是台车方向应该与隧道走线方向保持一致，同时要求掏槽眼和周边眼精度要高于其他。掘进工要熟悉炮眼布置图，尤其是在周边眼钻进时要具备丰富的经验，确保钻孔能够完全吻合布置图的炮孔设计位置，从而提升爆破质量。此外还要求周边孔外插角为1°～2°，炮孔线之间相互平行。在钻掏槽孔时应将误差控制在3cm以内，其它炮孔开眼误差控制在10cm以内。为了确保不同炮眼的底部在同一个平面上，在实际钻眼过程中需要基于岩孔位置和岩石的凹凸程度对炮眼深度进行适当调整。

2.3 装药与堵塞

钻孔作业结束之后，先用高压风吹孔后进行钻孔质量检查，待检查合格之后进行装药。通常按照从上到下方向基于爆破设计规定确定装药量并进行装药。爆破网路连接以及起爆等各项工作一定要严格遵守爆破设计以及《爆破安全规程》，确保各个环节均符合操作规范。红庙岭斜井选择塑料导爆管和毫秒雷管起爆系统对电雷管进行引爆；选择乳化炸药（Ф32药卷）。所有装药的炮眼均用炮泥堵塞，堵塞长度要超过40cm。

2.4 炮眼布置

2.4.1 钻爆设计

参照类似隧洞爆破经验、红庙岭斜井围岩性质和隧洞面积，采用Ф42孔径；根据围岩性质，开挖断面尺寸和爆破效果，对具体的单位炸药消耗量q值与炮孔布置进行不断的调整，最后达到合理的施工进度与成本[3]。掏槽孔采用中空孔直眼掏槽或二级楔形掏槽（见图1所示），中空孔直眼掏槽孔距为30cm，排距为30cm，共计6个掏槽孔，二级楔形掏槽孔距为0.3m、0.6m，排距为0.4m，共计8个掏槽孔，掏槽孔比其他炮孔超深20cm。辅助孔的主要目的是扩大掏槽体积，便于周边孔爆破。辅助孔应在周边孔与掏槽孔之间交错均匀布置，辅助孔也垂直钻孔，爆下的石渣块体大小适合装渣要求。周边孔（光面孔）是指沿边缘轮廓线布设的炮孔，孔口离开挖轮廓线10cm。线装药密度取0.2kg/m，周边孔装药结构采用不偶合间隔装药，用导爆索连接各药卷，并用竹片固定药卷。掏槽孔、辅助孔装药一定要连续，周边孔采用不耦合间隔装药，雷管绑扎导爆索后入孔，孔外采用毫秒导爆管雷管连网起爆。布孔图如图2所示。

图1 掏槽孔布置示意图

图2 斜井断面炮孔布置图

2.4.2 起爆网路设计

红庙岭斜井工程爆破采用分段微差起爆方法，孔内电子雷管起爆顺序按1（0ms）、3（50ms）、5（110ms）、7（200ms）、9（310ms）、11（460ms）顺序起爆，通过数码起爆器设定毫秒延时顺序，如图3所示。

图3 隧洞起爆网络示意图

红庙岭斜井隧洞周边眼采用光面爆破，如用导爆索连接，导爆索采用搭接、水手结等方法连接；搭接时两根导爆索搭接长度不应小于15cm，中间不得夹杂异物或者炸药，捆扎应牢固，支线与主线应<90cm，雷管的聚能穴应朝向导爆索的传爆方向。

2.5 瞎炮处理

对于瞎炮应该及时进行原因分析，并采取相应处理措施。若是孔外导爆管损坏造成的瞎炮，爆破专业作业人员就要把损坏部分去除，然后重新连接导爆管，作业人员在操作中需要注意的是接头应尽量靠近炮眼，若是孔内导爆管损坏以及其它原因造成的瞎炮，需要基于《爆破安全规程》进行相应处理。

2.6 光面爆破施工控制

光面爆破是掏槽眼首先起爆并形成临空面，然后掘进眼在该临空面形成后起爆，接着周边眼在其它炮眼起爆后才一起起爆，最终形成圆顺的开挖轮廓。预裂爆破顺序为先周边眼起爆，然后掏槽眼起爆，最后掘进眼起爆，周边眼首先起爆挤压周围岩石可以形成预裂缝，接着对里面的岩石进行起爆，里面岩石爆破形成的爆破波就会被预裂缝进行有效地反射与阻隔，防止隧道开挖轮廓外的围岩遭受破坏。

（1）光面爆破周边眼间距E=（8～16）D=40～80cm，E/W=0.8～1.0（W为周边眼与二圈眼之间的长度，即周边眼抵抗线），要求E

表1 光面爆破参数

（2）周边眼炸药选取不仅要求爆速与猛度低，并且要求传爆性能良好。为有效降低爆破破坏程度，一般使用小药卷间隔装药，周边眼的装药集中度q=0.07～0.4kg/m，如果岩石较为破碎，为了最大限度减少对周围岩体的震动破坏，可采用只装导爆索，或周边眼间隔装药或不装药的方法。

（3）周边眼应同时起爆，使相邻周边眼之间形成叠加应力波，便于形成裂缝。预留光面层爆破开挖时，首次开挖没有达到设计轮廓线，预留40～60cm保护层，防止隧道爆破时对周围岩体的破坏，后面施工中再开挖到位。

3 超欠挖控制措施

为有效避免超欠挖情况的发生，在钻爆施工中需要科学合理地采取多种处理措施。

（1）基于现场实际地质情况科学设置钻爆参数，并合理选择爆破器材，优化改进爆破工艺，进而提升爆破效果[4]。大量工程实践表明该措施对于光面爆破来说效果非常显著。

（2）采取有效措施提升画线以及钻眼精度，特别是通过准确测画中线高程以及开挖轮廓线，有效控制周边眼精度，避免超欠挖现象。

（3）提升装药质量，严禁随意装药，避免出现雷管混装情况。

（4）对断面轮廓进行质量检查，对开挖之后断面各个点位情况进行及时了解，如果发现超欠挖情况，应该及时分析超欠挖产生的原因，并对爆破设计等进行优化调整，降低误差量。同时还应该配专职测量人员对已经开挖的断面进行量测，在眼深3m 情况下确保超挖量不超过10cm，在眼深5m情况下确保超挖量不超过13cm。

（5）建立完善的施工管理体系，确保在施工过程中各项技术及措施能够得到落实。具体来说应该形成科学合理的绩效考核体系以及奖惩激励机制，显著提升施工人员的积极性和责任意识[5]。

4 钻爆施工要求

钻爆作业均需要严格按照施工设计进行，如果开挖条件发生变化，则需要重新对施工设计进行评估，对于部分内容及时进行优化调整。在钻孔之前需要准确绘制开挖断面中线、水平线以及断面轮廓线等，清晰标出炮眼位置，然后对上述工作进行检查。只有通过检查之后才能够进行钻爆施工。具体来说钻爆施工要求包括以下方面：

（1）对掌子面的虚渣以及危石等进行清理，基于炮眼布置图实施钻孔；

（2）严格按照要求进行掏槽眼施工，要求平面误差以及垂向误差均不能超过5cm；

（3）辅助井眼施工时其平面误差和垂向误差均不能超过10cm；

（4）在周边眼设计时允许其位置在轮廓线进行调整，但是误差不能超过5cm，同时眼底距离开挖面轮廓线的最大距离不超过15cm；

（5）内圈炮眼在施工时如果炮眼深度≥2.5m，应确保其斜率与周边眼一致，同时其与周边眼的排距误差不能超过5cm；

（6）如果开挖面凹凸情况较为明显时，应对炮眼深度进行适当调整，让所有炮眼眼底基本一致；

（7）钻孔作业结束之后，进行质量检查并做好详细记录，对于不符合的炮眼需要重钻；

（8）在装药前需要应用高压风清除炮眼中的岩粉，并确保内部无堵塞物，然后采用分片分组方式进行装药，雷管段别对应正确。

5 结束语

综上所述，在光面爆破施工过程中任一环节把控不到位，就会影响到斜井洞身的施工安全与施工质量，进而影响到岭头乡隧道正洞施工进度。红庙岭斜井工程开挖施工实践证明，采用光面爆破施工技术具有明显优势，可以有效克服传统隧道开挖施工中存在的问题，显著提升施工效率和质量，保障施工人员的安全，对隧道围岩的损伤较小，围岩稳定，施工效果较好。