光面爆破技术在鸡公岭隧道施工中的应用

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摘 要：光面爆破技术被广泛应用于公路隧道开挖中，其优点主要是爆破成型后断面规则、超欠挖量小；对围岩扰动小，围岩几乎不产生或产生很少的爆震裂缝；减少了围岩应力集中现象，增强了围岩的稳定性，充分发挥了围岩的自身承载能力，减少了支护工作量和材料消耗；能加快掘进速度，保证施工安全，降低施工成本。

关键词：光面爆破 隧道 施工 应用

1.工程概述

鸡公岭隧道为左右线双洞4车道公路隧道，隧址位于江西省上饶市樟村镇、临湖镇境内，起于樟村镇小源村，终于临湖镇外榨棚附近。隧道左线起讫点桩号为K36+965～K39+565，长2600m，隧道右线起讫点桩号为K36+960～K39+575，长2615m。最大埋深约400m。左右幅隧道均设计为“人”字坡，进口段纵坡为1.15%、出口段纵坡为1.52%。鸡公岭隧道施工采用新奥法，开挖采用钻爆工艺。

2.隧道光面爆破的特点

光面爆破技术被广泛应用于公路隧道开挖中，其优点主要是爆破成型后断面规则、超欠挖量小；对围岩扰动小，围岩几乎不产生或产生很少的爆震裂缝；减少了围岩应力集中现象，增强了围岩的稳定性，充分发挥了围岩自身的承载能力，减少了支护工作量和材料消耗；能加快掘进速度，保证施工安全，降低施工成本。

光面爆破的实质是在隧道掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线――隧道轮廓线将岩石崩落下来。

3.钻爆方案设计

3. 1爆破参数选择

（1）周边炮眼间距E

周边眼的位置是沿着设计轮廓线均匀布置，眼口应放在设计轮廓线以内，眼底则应根据岩石抗爆性来确定位置，应将炮眼方向以0.03～0.05的斜率外插；对于坚硬岩石可将眼底放在设计轮廓线以外10～15cm；中硬岩层则放在设计轮廓线上，软弱围岩落在轮廓线以内10～15cm；底眼应将眼底放在设计轮廓线以外10～15cm。周边眼间距E取（10～18）d。鸡公岭隧道施工时炮眼直径为40mm，经过试爆和观察效果确定Ⅲ级围岩E值取40cm，Ⅳ级围岩E值取50cm比较合适。

（2）周边眼抵抗线W与装药密集系数K

周边眼最小抵抗线也俗称光爆厚度V，它与开挖的隧道断面大小及围岩的性质和地质构造有关。周边眼的间距E与周边眼的最小抵抗线W有着密切的关系，通常以周边眼的密集系数K表示，K=E/W，根据德国专家模型试验结果，取K=2时，爆破后开挖面凹凸状严重，围岩严重损伤； K≈0.8时开挖面平滑，与设计轮廓线基本一致，据此，鸡公岭隧道确定光面层厚度为50～63cm。

（3）周边眼装药量

周边眼装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量是既具有破岩所需的能量（不留残眼），又不造成围岩的过度破坏。设计时应根据孔距、抵抗线、石质和炸药种类、装药结构综合考虑确定装药量（装药集中度q，kg/m）。下面提供“光面爆破参数表”（表1），可供设计选用。

（4）炮眼数量N

炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药品种（性能）有关，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。孔数过少会造成大块多、周壁不平整，甚至出现炸不开现象，相反，孔数过多将使凿岩工作量增大，还增加施工成本。

N=qS/xr

N―炮眼数量，不包括不装药的空孔眼数，个。

q―单位炸药消耗量，一般取1.2～2.4kg/m3，硬岩取大值，软岩取小值。

S―开挖断面面积。

x―装药量系数（计算装药系数），即装药长度与炮眼全长的比值。

r―每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石铵梯炸药每米质量。

按公式计算出的N值，还应根据光面爆破周边眼需增加一些来做调整，应根据工程类比法或自己的经验做适当的调整。

3.2装药结构和起爆方式

（1）根据经验和现场实际情况，鸡公岭隧道选用乳化炸药，所有炮眼统一装φ32mm标准卷，周边眼使用导爆索和小量炸药。采用不耦合装药结构连续装药，不耦合装药系数大于2。周边眼采用导爆索起爆，其余均采用非电毫秒雷管起爆。炮眼装药量按照爆破效果验证调配（见鸡公岭隧道光爆布孔图），孔口采用砂石和粘土、石粉混合物堵塞。

（2）起爆顺序的正确设计是隧道实施光面爆破的关键。爆破时炮眼起爆先后顺序正确才能达到理想的爆破效果。

正确的起爆顺序：先起爆的炮眼为后续爆破提供更大的临空面，同时减小岩石间的夹制作用，为后续爆破创造更好的爆破条件。同时起爆的一组炮眼，能共同作用，爆炸力更强。起爆顺序是先掏槽眼，再辅助眼，后周边眼，由里向外分层起爆，然后是底板眼、侧壁眼和压顶眼。起爆顺序及时间采用分段ms雷管装在炮孔中，控制起爆的先后。

（3）起爆网络是实现隧道爆破顺序成败的关键，起爆网络必须按照设计起爆顺序连接，保证每个药卷按设计起爆顺序和间隔时间起爆，其直接决定光面爆破效果和爆破成败。鸡公岭隧道中采用导爆管起爆系统起爆。

4.施工方法及工艺

4. 1钻爆机具及材料

（1）凿岩机具：风动凿岩机20台（根据工作面进行配置），8台20m3空压机，钻孔孔径为50mm一字形合金钢钻头。

（2）炸药、雷管：φ32mm的二号岩石乳化炸药，1～15段导爆管毫秒雷管、电雷管及导爆索、导爆管等。

4.2光面爆破施工工艺

（1）放样布眼

在掌子面布孔，是钻爆作业的第一道工序，测量人员采用全站仪准确定出隧道中心线和拱顶面高程，然后将设计开挖轮廓线测量放样用红喷漆画在岩石上，并按照设计布孔图将空位定出并用红点标注。每次测量放样的时候要对上次爆破断面进行检查复测，并根据检查检查结果及时调整爆破参数，以达到最佳效果。

（2）台车定位、钻孔

鸡公岭隧道采用的是台架打眼，首先应保证掌子面前清理平整、掌子面大致找平，台架才能紧靠掌子面顺利的就位。钻孔应注意掌握周边眼的外插角，太大超挖大，太小造成欠挖或造成下一循环作业净空不够。同时，注意掌子面明显不平整时，应调整炮眼的孔深，使炮眼底在一个平面上。

（3）清孔装药

在装药之前，应采用清孔器将孔内石硝、岩灰、积水吹净，并检查炮眼位置、孔径、深度、角度是否满足操作要求。装药需分片、分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管对号入座不得混装。周边眼采用小量药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用。炮孔装药均采用反向装药结构。

装药后眼口应采用炮泥进行堵塞，堵塞长度视炮眼直径而定，周边眼的眼口堵塞长度不小于20cm，其他眼不小于45cm，堵塞采用分层人工捣实法进行。

（4）连接起爆网络、起爆

起爆网络采用复式网络，起爆网路必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和间隔时间起爆。导爆管起爆法联接方法必须正确，簇联每束不超过15根导爆管，为了确保每根起爆管都能准爆，施工中可以使用双雷管起爆。所有联结雷管都必须使用即发雷管，联结必须牢靠。引爆雷管用绝缘胶布捆扎在离一根导爆管自由端15cm处。网络联结好后由专人负责检查后起爆，起爆时确保所有人员都撤离到安全地点（一般300m远）。

5.光面爆破应用体会

（1）隧道开挖前必须要做好隧道爆破设计，这应该是隧道实施性施组的一项内容，也是计划进度、工期、材料等的依据。并对作业工人进行详细的技术交底，付诸实施。

（2）施钻前由测量人员根据设计钻孔位置，在掌子面布孔标出具置，必须标出掏槽眼和周边轮廓。施工中严格按照炮眼的标识位置施钻，钻孔中应按照设计的角度、深度和孔径，分工定点、定位进行钻孔。

（3）装药时严格按照设计装药量进行装药，起爆药卷按设计起爆顺序和雷管段别安排对号入座。

参考文献：

[1]宋秀清，刘杰.隧道施工[Z].人民交通出版社.

[2]才.隧道工程[Z].第二版，上册，人民交通出版社.

[3]公路隧道施工技术规范[S].JTG F60-2009.