光面爆破技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用研究

伍 燦,張 濤

(中南航空港建設(shè)公司,湖南衡陽421200)

光面爆破技術(shù)起源于1950年瑞典，1952首次在加拿大應(yīng)用。它是一種控制巖體開挖輪廓的爆破技術(shù)，是通過一系列措施對開挖工程周邊部位實行正確的鉆孔和爆破，并使周邊眼最后起爆的爆破技術(shù)，由于該技術(shù)具有使巷道成形規(guī)整、符合設(shè)計輪廓、不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生爆震裂隙、生成的新巖面能保持原有的穩(wěn)定性、巖體的承載能力不下降等優(yōu)勢，因此在隧道工程應(yīng)用較為廣泛。

1 實例工程概況及爆破相關(guān)參數(shù)

陳家山隧道是陜西至四川巴中重要輔助通道，該路段起于寨坡鄉(xiāng)四埡，止于魏家壩，隧道全長3 km，其地質(zhì)情況以變質(zhì)砂巖為主，光面爆破對圍巖擾動小，又盡可能保存了圍巖自身原有的承載能力，從而改善了襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀況；由于圍巖輪廓圓順、壁面平整，減少了應(yīng)力集中和局部落石、掉塊現(xiàn)象。確定合理的光面爆破參數(shù)，是獲得良好光面爆破效果的重要保證。

光面爆破的主要參數(shù)有：周邊眼間距(E)、周邊眼密集系數(shù)(K)、最小抵抗線(W)、不耦合系數(shù)(D)和裝藥集中度(γ)。炮眼深度受開挖面大小的影響，炮眼過深，周邊巖石的夾制作用較大，故炮眼深度不宜過大，一般最大炮眼深度取斷面寬度(或高度)的0.5～0.7倍。鉆孔采用YT-28風(fēng)鉆，炮眼孔徑為φ42 mm，為克服及減少巖石的夾制作用，除掏槽眼和底眼深度L=3.7 m外，其余周邊眼、輔助眼等炮孔深度L=3.5 m。

炮眼數(shù)量：N=qS/τμ

式中：N為炮眼數(shù)量，不包括未裝藥的空眼；q為單位炸藥消耗量，一般取q=1.2～2.4 kg/m3；S為開挖段面積(m2)；τ為裝藥系數(shù)，即裝藥長度與炮眼長度的比值，暫取0.7；μ為每1 m藥卷的炸藥質(zhì)量(kg/m)2號巖石硝銨γ=0.75。

即：N=(1.2×80.14)/(0.7×0.75)=183個。其中掏槽眼6個，周邊眼46個，底眼16個，輔助眼115個(圖1)。

光面爆破技術(shù)參數(shù)見表1。

爆破效果：

(1)開挖輪廓圓順、平整、規(guī)則成型。平均線性超挖<15 cm，最大線性超挖<25 cm，局部欠挖<5 cm。

表1 光面爆破技術(shù)相關(guān)參數(shù)

圖1 炮眼布置

(2)炮眼利用率>95 %，殘痕保存率>80 %，爆破后圍巖穩(wěn)定，基本無剝落、掉塊現(xiàn)象。

(3)石碴平均塊徑<35 cm，堆碴集中，拋距<20m。

2 光面爆破技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1)隧道圍巖不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生炮震裂縫，保持了圍巖完整性，從而增大了圍巖自身的承載能力，這為采用錨噴支護(hù)創(chuàng)造了有利的條件。光面爆破技術(shù)和錨噴技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了錨噴支護(hù)的作用，特別是在松軟巖層中更能顯示這一特點(diǎn)。

(2)在裂隙發(fā)育的地層中，避免裂隙擴(kuò)大和產(chǎn)生新的裂縫，提高了圍巖的穩(wěn)定性，能基本清除落石傷人事故，為快速施工提供了有利條件。

(3)隧道成型規(guī)整，極大地減少了掘進(jìn)超挖數(shù)量和出碴 工作量，加快了掘進(jìn)速度，節(jié)省了襯砌材料，提高了施工進(jìn)度。

(4)由于隧道成型規(guī)整，凹凸很少，除增強(qiáng)隧道本身穩(wěn)定性外，也減少了隧道的維護(hù)量，在有瓦斯的隧道則不易產(chǎn)生瓦斯局部聚集。

3 光面爆破技術(shù)的基本原理

爆破的過程是瞬間發(fā)生的，在一個密封的炮孔內(nèi)其膨脹氣體壓力可達(dá)十萬個大氣壓，其傳播速度3～5 km/s，炮孔周圍巖石在受到巨大的壓力而破碎，在破碎區(qū)以外巖體內(nèi)產(chǎn)生很大的切向應(yīng)變和應(yīng)力。因此，在實際爆破操作中，可以利用其規(guī)律，炮孔按照一定距離沿預(yù)定的輪廓線進(jìn)行布置，待裝藥后使用同一段發(fā)雷管起爆，孔與孔之間巖石在爆生壓力的作用下，產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，孔間巖石形成裂縫并沿輪廓線貫通，從而達(dá)到光面爆破的效果。

4 爆破質(zhì)量及影響因素

影響光面爆破的爆破質(zhì)量主要體現(xiàn)在：周邊眼的不耦合系數(shù)、裝藥集中度、炮眼間距、最小抵抗線、起爆時間隔、炸藥的選擇、鉆孔的質(zhì)量等等。

(1)周邊眼的不耦合系數(shù)。

不耦合系數(shù)它是炮孔直徑與藥包直徑之比，一般取值范圍在1.0～2.0，若孔距小的情況下取大值，巖石抗壓強(qiáng)度大時取小值。在實際工程中，根據(jù)相關(guān)資料顯示當(dāng)不耦合系數(shù)取值在1.5～3.4范圍時，其緩沖效果最佳，光爆效果好。

(2)裝藥密度。

裝藥密度是指單位體積的空間應(yīng)該填裝的炸藥量。炸藥量對光面爆破的爆破效果影響巨大，因此，我們在實際工程中，應(yīng)該采取不同巖石采用不同的裝藥量。而裝藥密度其值應(yīng)該保證沿孔眼線形成貫穿裂縫而保持新巖面的完整穩(wěn)固性。周邊眼裝藥密度按規(guī)范取值范圍為0.07～0.35kg/m，根據(jù)試驗統(tǒng)計，當(dāng)γ取值0.2kg/m時，效果最好。

(3)炮眼間距。

周邊眼在爆炸之后，會激起應(yīng)力波，應(yīng)力波在各自炮孔壁上產(chǎn)生初始裂縫，然后在靜壓的作用下沿周邊眼鏈接方向成貫通的裂縫，因此炮眼之間的間距要平衡。

(4)起爆時間隔。

周邊眼使用不同毫秒的電雷管對爆破效果有一定的影響。起爆時間低于100 ms，爆破效果好。

(5)炸藥的選擇。

實踐證明深孔光面爆破選擇硝銨、乳化效果比較好，其中乳化爆速高，效果更佳。

(6)鉆孔的質(zhì)量。

當(dāng)我們在鉆孔時，要根據(jù)巖石硬度做出相應(yīng)的改變。在硬巖中，周邊眼口應(yīng)該在輪廓線上，眼底不宜超過輪廓線外100 mm；而在軟巖中，周邊眼口該在輪廓線內(nèi)100 mm左右，眼底處于輪廓線上。

5 結(jié)束語

綜合上述，光面爆破是在巖石隧道和地下工程施工中不可缺少的技術(shù)。本文所闡述的實例工程及相關(guān)參數(shù)設(shè)置不一定通用于其他類似工程，因為爆破的巖石存在很大差異，對于爆破參數(shù)的計算難以得到統(tǒng)一，因此，當(dāng)我們進(jìn)行光面爆破時首先要確定主要的參數(shù)，在實際實施過程中，要對爆破效果進(jìn)行評價，對不足的地方進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到理想的爆破效果。

[1] 徐鵬飛.掘進(jìn)巷道炮眼布置設(shè)計及其三維可視化研究[J]. 福建電腦, 2009,(10)

[2] 雒建奎.隧道工程光面爆破技術(shù)參數(shù)的確定探討[J]. 甘肅科技縱橫, 2009,(5)

[3] 張慧媛.淺談隧道爆破及超欠挖控制[J]. 科技傳播, 2011,(5)