梧地隧道光面爆破的设计和施工
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摘要：光面爆破在施工中可以控制隧道开挖轮廓及尺寸，对围岩扰动小。本文结合现场实际施工情况，介绍了永宁高速公路梧地隧道的光面爆破设计和施工。
关键词：光面爆破 隧道开挖 设计 施工
中图分类号：TB41文献标识码： A 文章编号：
工程概况
梧地隧道位于三明市清流县温郊乡梧地村境内，设计为双线双洞隧道，单洞建筑限界为10.75×5.0（宽×高），属分离式和小净距隧道。隧道进口右线位于R=1325m，Ls=176m的圆曲线上，进口左线位于R=1600m，Ls=200m的圆曲线上；隧道出口右线位于R=2600m，Ls=200m的圆曲线上，出口左线位于R=3100m，Ls=180m的圆曲线上。右洞进口桩号为YK36+163，设计标高为515.516m，出口桩号为YK37+632，设计标高为507.064m，长1469m，坡度为-0.55%的单向下坡；左洞进口桩号为ZK36+256，设计标高为517.168m，出口桩号为ZK37+598，设计标高为507.064m，长1342m，坡度为-0.759%的单向下坡。
本隧道场址区属中低山-高丘地貌，地形呈波状起伏大，进洞口自然山坡坡度约35～40°，自然山坡稳定；出洞口位于沟谷中，沟谷总自然坡度约15～20°，现为沟谷跌水陡坎，高10m ,坡度约60～80°，自然沟谷稳定，洞身最高点海拔约670m，沟堑较发育,主要为出洞方向与轴线平行的NW向沟谷，见地表水，沟内常年有水流动，地表水较丰富，水量较大；沿线地表植被发育，多为山林地，但出洞口清流方向的沟谷内为农田。隧道场区表层为坡残积层，其下伏基岩为燕山早期侵入的花岗岩(γ52)。
隧道围岩级别分别为Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级，其中Ⅴ级为518单洞米，占18.43%；Ⅳ级为724单洞米，占25.76%；Ⅲ级为1160单洞米，占41.27%；Ⅱ级为409单洞米，占14.54%。
光面爆破施工原理
在隧道爆破施工中，首要的要求是开挖轮廓雨尺寸准确，对对围岩扰动小。所以，周边眼的爆破效果反映了整个隧道爆破的成洞质量。经过实践证明，采用光面爆破可以爆出理想的开挖轮廓。
光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法，在设计断面内的岩体爆破崩落后才爆边孔，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原围岩的完整性和稳定性的爆破技术。其主要标准为：开挖轮廓成形规则，岩面平整；围岩壁上保存有50%以上的半面炮眼痕迹，无明显的爆破裂缝；超欠挖符合规定要求，围岩壁上无危石等。
光面爆破主要参数的确定
3.1 炮孔直径D的确定
炮孔直径的选择要本着以下几点：第一，要根据现场凿岩工具的使用情况，尽量使用一种型号，以免经常更换钻头；第二，要根据现场炸药的使用情况，尽量不去定制特殊药卷；第三，考虑到洞身围岩以硬质岩为主，根据《公路隧道施工技术规范》不耦合系数选用1.3。本工程凿岩设备采用YT-28型气腿式凿岩机，炸药选用2号岩石硝铵炸药，药卷直径为35mm，长度165mm，质量150g。综合以上考虑，炮孔直径以42mm为宜，即d=42mm。
3.2 周边眼间距E的确定
在不偶合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的岩体的极限抗拉强度的条件，即
式中 ——岩体的极限抗拉强度（MPa）；
——岩体的极限抗压强度（MPa）；
F——炮孔内炸药爆炸静压力合力（N）；
d——炮眼直径（cm）；
L——炮眼深度（cm）；
——孔距系数，。
一般情况下，软质或完整的岩石E宜取最大值，隧道跨度小、坚硬的节理裂隙发育的岩石E宜取最小值，装药量也需相应减少。
3.3 光面层厚度及炮眼密集系数的确定
所谓光面层厚度就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。其厚度就是周边眼的最小抵抗线W。周边眼的间距E和光面层厚度W的关系密切，通常以周边眼的密集系数K(K=E/W)表示，其大小对光面爆破的效果有较大影响。必须使应力波在两相邻炮眼间的传播距离小于应力波至临空面的传播距离，即E
3.4 装药量的确定
周边眼的装药量通常以线装药密度表示。恰当的装药量应是既具有破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏。施工中根据孔距、光面层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。
光面爆破设计
4.1 Ⅴ、Ⅳ级围岩段爆破设计
Ⅴ、Ⅳ级围岩为强、弱风化花岗岩，节理裂隙较发育，为较软岩，较破碎。断面宽度为12.52m，高度为9.9m，现场施工采取环形预留核心土法施工，分上下两个台阶。上台阶面积为61.6m2，周长为1966.6㎝。下台阶面积为39.8m2，周长为1780㎝。
根据围岩情况和隧道断面尺寸，光爆孔间距E取50㎝，最小抵抗线W取60㎝，光爆孔密集系数K为0.8，装药集中度取0.22kg/m。
（1）上台阶周边眼数量N=1966.6÷50=39.3，实际施工中取40个周边眼。
周边眼单孔装药量：为保证开挖净空，周边眼向外倾斜，眼底距轮廓线10㎝，炮眼深度2m。
则周边眼的长度为：= ≈2m
取周边眼的线装药密度为0.22㎏/m, 则单孔装药量为：q=2×0.22=0.44㎏
实际取0.45㎏（3卷）。
周边眼总装药量：Q=40×0.45=18㎏
（2）下台阶周边眼数量N=1780÷50=35.6，实际施工中取36个周边眼。
周边眼单孔装药量：为保证开挖净空，周边眼向外倾斜，眼底距轮廓线10㎝，炮眼深度2m。
则周边眼的长度为：= ≈2m
取周边眼的线装药密度为0.22㎏/m, 则单孔装药量为：q=2×0.22=0.44㎏
实际取0.45㎏（3卷）。
周边眼总装药量：Q=36×0.45=16.2㎏
4.2 Ⅱ、Ⅲ级围岩以微风化花岗岩为主，属于坚硬岩。断面宽度为12.04m，高度为8.2m，断面开挖面积为83.9m2，周长为3491.6㎝，现场施工采取全断面法施工。
根据围岩情况和隧道断面尺寸，光爆孔间距E取60㎝，最小抵抗线W取60㎝，光爆孔密集系数K为0.8，装药集中度取0.3kg/m。
周边眼数量N=3491.6÷60=58.2，实际施工中取59个周边眼。
周边眼单孔装药量：为保证开挖净空，周边眼向外倾斜，眼底距轮廓线10㎝，炮眼深度2m。
则周边眼的长度为：= ≈2m
取周边眼的线装药密度为0.3㎏/m, 则单孔装药量为：q=2×0.3=0.6㎏
实际取0.6㎏（4卷）。
周边眼总装药量：Q=59×0.6=35.4㎏
5、结束语
在梧地隧道光面爆破设计和施工中，结合工程实际情况，充分考虑了各方面的影响因素，加强了对光面爆破施工的控制，并取得了良好的效果。
参考文献
[1] 朱永全，宋玉香等. 隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2005
作者简介：王建业，男，助理工程师，2009年7月毕业于石家庄铁道学院。