隧道光面爆破施工技术
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【摘要】本文以光面爆破的特点及意义为基础，接着分析了光面爆破影响因素，以实际为出发点对隧道光面爆破施工技术进行了探讨。
【关键词】隧道；光面爆破；施工技术
中图分类号： U45 文献标识码： A
一、前言
随着隧道施工水平的不断提高，在施工过程中对隧道光面爆破施工技术的要求也日益渐高。因此，积极采用科学的施工技术，不断完善隧道光面爆破施工技术就成为当前一项十分紧迫的问题。
二、光面爆破的特点及意义
隧道光面爆破是一种能按设计轮廓线爆破岩体，使隧道开挖面平整，并使围岩不受明显破坏的控制爆破技术。其实质就是在隧道掘进设计断面的轮廓线上布置加密周边孔，减小药包直径，减少装药量，采用低密度和低爆速的炸药，以控制炸药爆炸能量及其作用，降低爆炸冲击波的峰值压力，削弱在岩石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体上，减弱对原岩体的破坏作用。这种加密的周边孔称为光爆孔。当相邻的光爆孔爆破时，在其连心线上将形成贯通裂隙，岩体被劈裂，形成平整的断裂面。隧道光面爆破的爆破原理使此种爆破对隧道施工意义巨大。隧道的开挖质量（超、欠挖控制质量）的好坏，直接影响着一个隧道施工的成本控制。采用光面爆破使开挖面平整，岩体破碎少，超欠挖控制质量好。爆破后开挖面基本接近设计轮廓线，直接减少了将来支护的工程数量。据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%。光面爆破后，开挖面平整，危石少，撬顶工作简单，减轻了表面应力集中现象，避免局部冒落，增进了围岩稳定，加快了隧道掘进速度。光面爆破对围岩破坏轻微，危石少，据有关资料表明，采用光面爆破时，围岩松弛带的范围只是常规爆破方法的1/3-1/2，直接提高了围岩稳定性，保证了施工安全及隧道开挖质量。
三、光面爆破影响因素
1、地质条件
如围岩类别、节理裂隙的发育程度、岩层的走向等。不同地质条件应采取不同的爆破方法及相应的爆破参数，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。
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。
3、爆破参数、爆破器材和爆破工艺的影响
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。光面爆破的影响因素是多方面的，要在现场试验的基础上，不断进行比选优化爆破设计参数，才能获得最佳的光面爆破效果。
四、隧道光面爆破施工技术
1、合理确定周边眼间距E
根据国内外经验，光面爆破周边眼间距一般为E=(8～18)d(E为孔距，d为炮眼直径)，该隧道炮眼直径为d=42mm，坚硬或破碎岩取小值，软质或完整的岩石取大值，由于天子岭隧道大跨程以灰岩为主，且岩石岩性呈整体块状，硬度约为80～100MP，考虑到隧道断面较大，本着“短进尺、弱爆破”的施工原则，最大程度发挥围岩自承能力，减小对围岩的扰动，决定E取50cm，实践证明周边眼间距控制在50cm，可有效控制爆破轮廓，避免超欠挖。
2、合理确定光面层厚度及炮眼集系数
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，其厚度就是周边眼最小抗线N，周边眼密集系数K与周边眼间距E及W的关系为K=E/W，其大小对光爆效果有较大的影响，必须使应力波在相邻两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、合理确定装量药
周边眼的线装药密度应合理确定，如周边眼用药量过多，必然会增加对围岩的扰动，同时引起超挖，对施工不利。恰当的装药量应是即具有破岩所需的能量，又不造成围岩过度破坏，在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.15～0.25kg/m，如采取全断面爆破，装药密度需适当增加，一般可达0.3～0.35kg/m。该隧道为全断面开挖，Q取0.3kg/m。
4、采用不偶合装药
在装药结构上，采用小直径药卷连续或间隔的不偶合装药结构，光面爆破的不偶合系数最好大于2，但药卷直径不应小于该炸药临界直径，以保证稳定传爆，采用间隔装药时，相临炮眼所用药串的药卷位置应错开，以便充分利用炸药效能。
5、光面爆施工
（一）、钻眼
钻孔采用YT-28气腿式风动凿岩机钻孔，为保证开挖轮廓圆顺，充分利用围岩自承能力，减小围岩振动，确保良好的爆破效果，施钻前由专门人员根据设计布孔图现场布孔，标出掏槽眼和周边眼的位置，严格按照炮眼的设计位置、深度和眼径进行钻眼，如出现偏差，由现场施工技术人员确定其取舍，必要时废弃重钻，周边眼应有0.05的外插斜率，使前后两排炮前后衔接高度最小，此高度一般要求为10cm，最大不应大于15cm。将炮孔准确地按设计的角度、深度、间距钻到既定位置是实现光面爆破的重要措施。炮眼眼位的标定、点出、钻凿各个环节都必须准确无误，尤其是周边眼一定要做到互相平行且眼底落在同一平面上，否则其他光爆措施都难以实现。现场实践证明，大多数情况下周边眼以一定的角度向轮廓线外偏斜，即“外插”是必要的，眼底落在设计轮廓线外一般不超过20cm。这样，在爆破后就可保证在炮眼利用率为90％的情况下，得到预定的设计轮廓表面而不发生欠超挖。
（二）、装药
在炸药装入炮眼前，应将炮眼内的残碴、积水排除干净并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装药。
（三）、堵塞
所有炮装药结束后必须进行堵塞，炮孔堵塞的目的是保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆炸，防止高温高压的气体过早地从炮眼中溢出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药利用率，堵塞材料为砂子和黏土的混合物，堵塞长度不能小于20cm。
6、聚能药包在光爆孔中的应用
聚能炸药改变了药包形状，使炸药能量在该处聚集产生聚能流提高炸药的穿透能力。较为理想的一个方法是采用一个特制的塑料聚能管套在药包表面上，将对称的聚能槽在装药时对准周边眼炮孔之间连线方向，则药包起爆后，沿连线方向容易产生初始裂缝，此裂缝在爆生气体准静压作用下贯通达到光爆目的。影响光爆质量的要素很多，根据不同的岩性，地质条件，不断探讨研究优化爆破参数，最终实现理想的光爆效应。
7、起爆方法与放炮顺序
在光爆施工中，采用非电导爆管起爆系统能取得较好的光爆效果，这是因为导爆管可与药卷捆扎在一起使其固定在预定位置实现分段间隔装药，有利于缓冲对岩壁的破坏。周边眼可与其它炮眼同时联线起爆，但其雷管段数最高，最后起爆。周边眼之间应尽可能同时起爆。齐发起爆时，孔眼贯通裂缝较长，可抑制其它方向裂隙的发展，有利于减少孔眼周围裂隙产生和形成平整的壁面。所以，实施光面爆破时，时间间隔越短，壁面平整的效果越有保证。
五、结束语
隧道光面爆破施工技术作为工程项目施工管理的核心工作之一。对隧道施工方面具有十分重要的作用。我们必须将科学技术管理融合到项目管理工作中。
参考文献
[1]王海亮，铁路工程爆破，中国铁道出版社，2001
[2]张鸿，公路隧道光面爆破技术研究及应用［J］.公路隧道，2007
[3]关宝树，隧道工程施工要点集，人民交通出版社，2004
[4]铁道部经济规划研究院，TZ204-2008.铁路隧道工程施工技术指南，2008