光面爆破在某II级围岩隧道施工中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇光面爆破在某II级围岩隧道施工中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要: 光面爆破作为新奥法施工的一种重要技术手段，不仅能够减少对围岩的扰动和损伤，防止开挖轮廓面应力集中，并且对于保证开挖轮廓质量、保障施工安全、节约施工成本、加快施工进度都有着非常重要的意义。本文通过介绍光面爆破在某ii级围岩隧道钻爆开挖施工中的应用，并对光面爆破施工工艺及施工组织进行分析和总结，可为类似工程施工提供一定参考价值。

关键词：光面爆破；施工工艺；施工组织

1.引言

光面爆破是为了控制周边轮廓并维持围岩稳定的一种科学的施工技术，尤其是在对周边轮廓要求较高的隧道爆破施工中具有较明显的效果，它能充分发挥围岩自身的自稳承载能力。通过合理的爆破参数设计，选择合适的炸药品种及起爆器材，采用正确的装药结构、起爆顺序和稳定可靠的起爆网络，能有效的控制开挖轮廓线，减少超欠挖，良好的光爆效果对于保障施工质量和安全、节约施工成本、加快施工进度，都有着非常重要的现实意义。

某隧道位于桂西南岩溶中低山峰丛洼地区，地形陡峻，地势起伏较大，高程270～580m，全长3329m。工点内地层主要为第四系全新统坡积块石土，石炭系中统、上统石灰岩。隧道围岩以Ⅱ级为主，开挖工法采用全断面光面爆破技术进行施工。

2.光面爆破作用机理

光面爆破的作用机理较为复杂，一般情况认为炸药在起爆时对岩石产生两种效应：一是炸药在爆炸的瞬间产生高温高压气体形成的冲击波；二是爆炸气体由于体积急速膨胀对周边岩石作功所起的作用。爆炸时各炮眼的冲击波向岩壁四周同时径向传播，相邻炮眼的冲击波相遇后产生应力叠加，在炮眼中心连线上产生切向拉力（中心点拉力最大），如果岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，沿炮眼连线方向产生裂缝，在膨胀气体继续作用下，裂缝进一步扩展，形成完整、平滑的光爆面。

3. 光面爆破施工

为了保证光面爆破取得良好的效果，对施工工艺提出了较高的要求。在进行光面爆破施工时，爆破参数的选定、施工工艺的流程安排、控制光面爆破的措施、爆破安全及注意的事项等，都应作全面系统的考虑。

3.1 爆破参数的选定

3.1.1 爆破参数设计

目前用于光面爆破参数理论计算的经验公式较多，但由于围岩的地质特征受岩层走向，节理裂隙发育程度，岩石类别等诸多因素的影响，极其复杂。因此光爆参数的选取只能理论计算为参考，充分结合经验数据，在实施过程中进行动态调整。下面主要对该隧道周边眼和内圈眼的参数选取进行介绍，其余眼孔简要叙述。具体爆破参数见表1。

表1 周边眼和内圈眼爆破参数表

（1）内圈眼设计

内圈眼采用不耦合连续装药结构，炮眼直径为ф42mm，眼深L=3.5m，其眼间距为E=65cm,最小抵抗线W=90cm，采用乳化炸药（ø35），炮口用炮泥堵塞，堵塞长度30cm。

（2）周边眼设计

① 炮孔间距E

按光爆一般经验公式：

E=（8～18）d=33.6～75.6cm

式中：d为炮孔直径，取d=42mm。

合理的周边眼间距需要结合围岩类型、地质条件等因素进行选择，对于节理发肓、层理明显的地段，周边眼间距应该适当减小，反之可适当加大。该隧道在开挖过程中，揭示的主要是Ⅱ级围岩。对于Ⅱ级围岩，拱部E=45cm,边墙E=50cm。

②装药量计算

Q=q×l

式中：q周边眼装药集中度，中硬岩一般取q=0.2～0.3kg/m，此处取q=0.2;

l周边眼炮眼深度，取3.5m。

则：Q=0.2×3.5kg=0.7kg

实际施工中Q取0.6kg。

③最小抵抗线

最小抵抗线W是指周边眼到内圈眼的垂直距离，即爆破后剩余光爆层的厚度。

W=E/m

式中，m为装药密集系数，一般为0.7～1.0,取m=0.7。则拱部W=45/0.7=64cm，边墙W=50/0.7=71cm。经过陇布隧道多次试爆的实践证明W=60cm的效果最佳。

（3）周边眼的装药结构和起爆方式

为了使爆破时能沿周边眼形成贯穿裂缝，减小对孔壁岩层破坏，保证光爆后岩壁的平整度，需降低炸药在炮孔壁的压力峰值，增加爆炸压力作用时间，并使爆炸压力沿炮孔全长均匀分布，该隧道采用不耦合空气柱间隔装药，采用炮泥堵塞，堵塞长度20cm，周边眼眼深L=3.5m，炸药采用乳化炸药（ø35），炮眼底部采用整节炸药，其余匀采用半节。沿炮孔全长设置导爆索，以保证光面爆破效果。

3.1.2 掏槽眼设计

（1）掏槽方式的选择

由于掏槽眼主要为其它后续炮眼爆破创造自由面，掏槽眼的设计和布置直接影响后续炮眼的爆破效果，并决定碴石的抛掷距离和堆积方式。因此，根据现场施工实践和施工条件，该隧道选用二级楔形掏槽，即由两对对称的相向倾斜的炮眼组成，爆破后形成楔形的槽子。掏槽眼的炮眼直径为ф42mm，炮眼深度分梯度，一级L=4.0m，二级L=2.5m。

（2）掏槽眼的装药结构和起爆方式

掏槽眼采用一耦合连续装药结构，采用乳化炸药（ø35）。孔口采用炮泥堵塞，堵塞长为30cm。起爆方式采用反向起爆，即起爆雷管放置在孔底药包中，聚能穴对着孔口方向。采用这种起爆方式，可提高爆炸应力波的作用，增大应力波的动压和爆轰气体的作用时间，增强孔底爆破作用，从而提高炮孔利用率，减少岩石块度，取得良好的爆破效果。II级围岩全断面爆破参数见表2。

表2Ⅱ级围岩全断面爆破参数表

3.1.3 炮眼布置原则

炮眼的布置应先布置掏槽眼、周边眼，然后才底板眼、内圈眼、辅助眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置即可。为了提高炮眼利用率，保证爆破后断面轮廓符合设计要求且爆渣均匀适中，该隧道制定以下原则进行炮眼布置：

（1）掏槽眼选择在中央偏下。钻孔应严格控制好其楔形角度，钻眼深度比其他炮眼深20cm。

（2）周边眼严格按照爆破设计参数布眼，孔底超出设计轮廓线5～10cm，外插角应在2°～3°,并且周边眼深度在实际施工中应超过掘进眼深度5cm。

（3）底板眼孔深与掏槽眼相同，孔口布置在设计高程上，孔底低于设计高程15cm，下插角应保持在3°左右。并适当比普通内圈眼增加装药量。

同时在布置炮眼时应充分考虑到现场的实际施工情况，如钻爆台车的制作，隧道断面是否方便施钻等情况。

3.2 光面爆破施工组织

3.2.1 施工准备

隧道开挖工作，要取得好的光面爆破效果，必须做出精心组织，积极加强施工中的各种准备，同时还要从隧道的围岩情况、机械设备情况、人员技术状况、施工安全等方面综合考虑，作出合理的选择。

3.2.2 人员及设备组织

该隧道配备熟练爆破工人17人，其中15人为钻爆人员，2人为协助人员，所有人员都要求持证上岗。主要设备有YT28型风枪，自制工作台车即开挖台车一台，空压机4台。为了确保光面爆破的实施效果，所有钻爆人员必须定人定位定机，不得随意改变各操作人员的位置。

3.2.3 起爆方法及起爆顺序

该隧道采用导爆管簇联爆破网络。电雷管引爆，非电毫秒雷管起爆。光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼辅助眼掘进眼内圈眼周边眼底板眼。

3.3控制光面爆破的措施

（1）严格按照爆破设计轮廓先测量放样，然后用红油漆进行周边眼钻孔的布设，炮眼间距误差控制在5cm内，周边眼与内圈眼距离误差不大于10cm。

（2）钻孔时，必须按照“对位准、方向正、角度精”三点要求进行钻孔。

（3）凿岩时做到软岩慢打、硬岩快打，按照设计数量，深度打孔。

（4）装药前必须用炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼内的石屑清除干净。

（5）检查炸药是否受潮，按照钻爆设计参数装药，装药时要分片分组自上而下进行，不同眼位要放置相应段别的雷管，装药后要检查连线是否正确，以免发生拒爆或早爆。

（6）严格按照设计的起爆方式、起爆顺序进行爆破，以免影响光面爆破效果。

（7）炮泥堵塞长度不得小于20cm，周边眼采用不耦合空气柱间隔装药结构装药，围岩较差或节理裂隙发育时可采用隔孔装药。

（8）各工序环节由现场技术人员检查、记录。

3.4 爆破安全及施工注意事项

3.4.1安全指标检算

（1）最大药量检算。根据距掌子面150米初凝3天后的二衬砼为保护对象进行检算：

Qmax=R3(VKP/K)3/a

R――爆破振动安全充许距离，取150米。

VKP――保护对象所在地质点振动安全充许速度，取2cm/s。

K 、a――与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，K取250，a取1.8。

Qmax=R3(VKP/K)3/a=1503×（2÷250）(3÷1.8)

Qmax=1080(Kg)

实际施工时最大起爆药量为11段，起爆药量为48.4Kg，小于允许最大药量。

（2）空气冲击波对掩体内避炮作业人员的安全允许距离检算：

RK=25(Q)1/3

RK――空气冲击波对掩体内人员的最小允许距离。

Q――一次爆破的炸药量，毫秒延时爆破按一次爆破的总药量计算。

RK=25×(201)1/3=146m

实际施工时，作业人员撤离的距离不小于400米。

3.4.2 爆破施工注意事项

（1）炮眼方向的准确程度，直接影响到爆破进尺和光爆效果，钻眼过程中必须设置导向杆，同时可采取定人定眼的方式，使钻爆手所钻孔位相对固定，确保钻眼角度的精确度。

（2）周边眼线性装药量的均匀程度是影响开挖轮廓线的重要因素，周边眼的装药量应尽可能的均匀，必要时可采取将药卷剖开分半的形式进行装药，以减小炸药的集中度。

（3）炸药未端的聚能穴，具有聚集能量的作用，装药时注意应将聚能穴朝传爆方向，以改善炸药的传爆效果，避免瞎炮。

（4）开挖面下半部炮眼所受挟制作用较上半部大，装药时应适当加强。

（5）非电雷管应跳段使用，以增加起爆延时时间，获得较好的开挖效果。

4.光面爆破效果评价

4.1超挖：Ⅱ级围岩允许超挖情况如表3。

表3Ⅱ级围岩允许超挖表

拱部 边墙 仰拱、隧底

线性超挖

最大超挖 15

25 10 10

25

4.2欠挖：隧道开挖不应欠挖。当围岩完整、石质坚硬时，允许个别突出部分侵入衬砌（每1

不大于0.1；平整度满足D/L＜1/10，L＝1m）。拱脚、墙脚1m以上范围内严禁欠挖。

在该隧道Ⅱ级围岩地段，经过多次试验，光面爆破效果基本达到了预期的效果和要求（如图所示）。爆破后形成了光洁平整的轮廓面，半孔率远远超过了规范规定，达到95%；炮孔利用率达到了98%；欠挖很少，补炮工作量不大，拱部线性超挖基本控制在8cm内，最大超挖不超过20cm，边墙线性超挖基本控制在8cm内。爆破后对岩壁损伤较小，无明显再生裂隙，渣块大小适中，碴堆集中。

光面爆破效果

5、结束语

在隧道施工中，为了获得良好的开挖轮廓线，有效地加快施工进度，节约成本，减少围岩的损伤，光面爆破显得尤为重要，因此在钻爆设计中，必须根据开挖断面大小、地质、围岩变化情况，及时合理调整爆破参数，选取合适的炸药类型、装药结构、起爆方式及爆破顺序等才能获得理想的光面爆破效果。同时，必须以人为核心，重点加强施工从业人员教育培训和特种作业持证上岗管理，重视现场文明施工和职业健康管理，做好施工技术和安全交底落实工作，认真做到交底到每一位作业人员，并加强检查现场落实情况。

参考文献：

（1）刘正雄，隧道爆破现代技术.北京：中国铁道出版社，1995.

(2) 铁路隧道施工规范，中铁二局集团有限公司，2002-07-01

（3）才，隧道工程，人民交通出版社，2005.5

（4）张志毅、王中黔，《交通土建工程爆破工程师手册》，人民交通出版社出版。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。