浅谈隧道光面爆破施工技术

　　摘要：超欠挖是一个当今隧道开挖施工中普遍存在的现象，直接影响到施工安全及经济效益，而光面爆破技术有效地控制了超欠挖现象，结合拉日铁路盆因拉隧道施工经验，对光面爆破施工技术进行简单阐述。
　　关键词：隧道超欠挖，光面爆破，施工，参数，技术
　　1概述
　　光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个完整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断面开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超欠挖，提高工程质量和进度。
　　2工程概况
　　新建拉日铁路TJ5标段盆因拉隧道位于雅鲁藏布江北岸中高山区，地形起伏大，地势极为陡峭，整体上西高东低，洞身穿越的山体高程范围为3750～4990m，隧道最大埋深约1080m。隧道起讫里程IIIDK134+763～IIIDK145+173，全长10410m，为单线隧道。除进口104.38m位于R=5000m的曲线上外，其余均位于直线上，洞内坡度依次为5‰、9‰、7‰、-3‰。是拉日铁路全线最长、控制工期的隧道。
　　本隧道共有辅助坑道4处，一号斜井长度515m，二号横洞长度1335m，三号横洞长度1536米，四号横洞1076米，四座辅助坑道总长4462m。隧道正洞II级围岩4620m，III级围岩4025m，IV级围岩1415m，V级围岩337m，明洞13m，其中II、III级围岩长度约占隧道全长的83%，隧道及辅助坑道洞身岩体主要为燕山期闪长岩，中粗粒结构，块状构造，节理较发育，岩石较完整，岩石的饱和抗压强度Rb在85.8～152MPa之间。
　　3光面爆破的作用机理
　　光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题。一般认为，炸药起爆时，对岩体产生效应：一是冲击波拉伸破坏作用，二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于切向拉力时，岩体便被拉裂，这样就能使围岩不受损伤而在炮眼连线方向上的岩石被拉断形成贯穿裂缝，同时也抑制了孔壁上其它方向裂缝的产生从而达到不破坏围岩的目的，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动，随后，爆破气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。
　　4光面爆破影响因素
　　4.1对于地质条件较好的围岩（II、III级）可采用全断面光面爆破，对于软弱围岩（IV、V级），采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工方法，以“多打眼、少装药”为原则，尽可能减少对围岩的振动和破坏。
　　4.2钻眼精度与开眼误差、钻眼角度误差、测量放线误差等因素有关，因此在隧道开挖施工过程中要选择熟练地钻眼班组，并不断加强管理及培训，提高钻眼的施工精度。
　　4.3为了获得较好的爆破效果及开挖进尺，必须进行爆破参数比选实践，选择合适的炸药品种类别及起爆器材，采用正确的装药结构、起爆顺序和稳定可靠地起爆网络。
　　5盆因拉隧道光面爆破设计
　　5.1光面爆破参数的选定
　　若要“爆下来”主要与装药集度（q）和最小抵抗线（W）有关；“完整的轮廓面”主要与周边炮眼间距（E）、炮眼密集系数（m=E/W）、最小抵抗线（W）有关；“炮眼残痕和减少对周边眼的扰动”主要与不耦合系数(D=d炮眼/d炸药)有关。
　　①周边眼间距E；
　　根据经验公式确定：E=（8～18）dk，即336～756mm。式中：d为炮孔直径，取d=42mm。
　　②炮眼密集系数m。光面爆破周边眼间距E与最小抵抗线W的比值称为炮眼密集系数，用m标示，m=E/W。炮眼密集系数一般取m=0.7～1.0为宜，并且最好小于1，本隧道工程m取m=0.8。
　　③最小抵抗线W。最小抵抗线及光面层厚度，直接影响光面爆破效果和爆破块度。最小抵抗线W可以通过选定的炮眼密集系数来确定：
　　W=E/m。对于II级围岩计算得：拱部W=500/0.8=625mm，边墙W=550/0.8=688mm；对于III级围岩计算得：拱部W=450/0.8=563mm，边墙W=500/0.8=625mm；在本隧道施工中，W统一取W=600mm。
　　④装药集度q。周边眼装药集度可以按以下经验公式计算：
　　q=（E+W）*10*√Rb式中：q为装药集度g/m；Rb为岩石抗压强度MPa。
　　⑤光面爆破不耦合系数（D）及装药直径（d）炮眼直径d炮眼与药卷直径d炸药之比称为不偶合系数，合适的周边眼不偶合系数应使爆炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度，理论与实践证明，当不偶合系数在1.25～2.5范围时，缓冲作用最佳，光爆效果最好。
　　⑥炮眼数量N=qS/τμ。式中：N——炮眼数量，不包括未装药的空眼；即：N=（0.9×44.95）/（0.48×0.75）=114个。
　　⑦装药量参数设计。每一循环装药量计算及分配Q=qV，即：Q=0.9×3×44.95=121.37m³
　　⑧炮眼深度。一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.5～0.7倍。
　　⑨装药与堵塞。在隧道爆破中，堵塞长度一般为最小抵抗线的0.2～0.5倍，最少不小于20cm，堵塞可采用分层人工捣实法进行。
　　5.2掏槽形式的选择
　　隧道爆破开挖成败的关键是掏槽技术。盆因拉隧道II、III级围岩所占比重较大，开挖断面面积44.95～49.9m2，按照每循环开挖进尺3.0m的中深眼计算，隧道采用三级复式楔形掏槽，上下排距90cm，一、二、三级钻眼深度分别为261cm、317cm、374cm。在装药时炮眼底部1/3长加强装药，炮眼口留有30cm长的炮泥堵塞长度，每级均同时起爆。
　　5.3炮眼布置
　　炮眼布置原则上先布置掏槽眼、周边眼，然后是底板眼、内圈眼、二台眼、最后布置掘进眼，掘进眼应均匀布置。
　　5.4装药结构
　　通过现场试验和成本分析，周边眼采用2号岩石硝铵炸药或小直径药卷结合竹片支架及导爆索和导爆管间隔装药正向起爆，其施工操作简易，制作方便，效果也较好，在施工循环时间和施工成本上都能有效地控制。
　　5.5起爆网络
　　选用非电毫秒塑料导爆管起爆系统，结合现场试验情况，将相邻段别之间的间隔时间定为50ms。选用1～15段的非电雷管，跳段使用，将工作面分成5个区域按先后顺序延时起爆。
　　5.6钻孔台架的设计
　　盆因拉隧道II级围岩开挖断面面积为44.95m2，III级围岩开挖断面面积为49.9m2，采用多功能作业台架，人工手持风钻钻眼，全断面光面爆破施工。
　　6光面爆破施工组织
　　光面爆破质量管理应从爆破参数设计、布置炮眼、钻眼、装药、连线、起爆等环节综合考虑，做到环环相扣，精细管理，心中可控。
　　6.1布眼。为确保光面爆破效果，利用leciaTCR402全站仪，发出的激光直接射于岩面上进行测量放线，用红油漆准确地进行标示，并用红油漆在拱顶标示出炮眼钻孔方向控制线，以便钻眼人员准确掌握钻孔角度，保证测量精度。
　　6.2钻眼。开钻时，先由水平高的司钻人员钻出导向眼（拱顶、拱腰、边墙共5个眼），然后在孔内插导向杆，钻眼作业要求做到准、平、直、齐。
　　6.3装药爆破。严格按照设计装药量、装药结构及雷管段别进行填装。为确保爆破效果避免瞎炮，连线工作由专人负责。非电导爆管簇连时，每簇起爆雷管数量控制在20发内。
　　6.4超欠挖控制。每次爆破后，技术员、现场管理人员都应及时检查，记录超、欠挖值和光爆效果，总结经验，提出改进措施，使超、欠挖得到有效地控制。
　　6.5爆破质量缺陷分析。爆破效果主要表现在：①排间错台较大，开挖平整度较差；②炮眼半孔残留率较低；③周边和底板部位未留半眼存在超欠挖现象。
　　7盆因拉隧道II、III级围岩光面爆破实施效果
　　经过精心组织实施和不断进步、探讨，盆因拉隧道II、III级围岩地段，光面爆破效果基本达到了预期的要求，爆破后形成了光洁平整的轮廓面，炮眼痕迹保存率达到95%；炮孔利用率达到98%,拱部线性超挖基本控制在8cm，最大超挖不超过15cm，边墙线性超挖基本控制在8cm，爆破后对岩壁破坏扰动小，无明显再生裂隙，碴块大小适中，碴堆集中。
　　8结束语
　　光面爆破作为隧道新奥法施工重要手段之一，通过合理的确定各围岩条件下光面爆破的施工参数及施工控制要点，能有效地控制断面的超欠挖，降低施工成本，减少对周围围岩的扰动，确保施工安全和工程质量。
　　
　　参考文献
　　［1］王海亮，铁路工程爆破，中国铁道出版社，2001.83～102.
　　［2］张鸿，公路隧道光面爆破技术研究及应用［J］.公路隧道，2007（2）.6～9.

《浅谈隧道光面爆破施工技术》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 浅谈隧道光面爆破施工技术

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-19091