光面爆破施工技術探析

張巍

摘要：橫山隧道埋深相對較大，巖層主要為砂巖或泥巖水平走向，故使用光面爆破技術有利于降低對圍巖的擾動，減弱地應力的集中，保證施工能安全、快速地進行。文章結合橫山隧道工程，對在Ⅲ、Ⅳ類圍巖條件下的光面爆破進行了探析，并總結了在該條件下的光面爆破參數設計和施工工藝，為以后類似隧道施工提供借鑒。

關鍵詞：隧道施工；光面爆破；施工工藝；參數設計；圍巖 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2015）03-0086-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0235

1 概述

橫山隧道位于新建太中銀鐵路太原-中衛之間，全長為11448m（起迄里程DK333+265～DK344+713），設計為單洞雙線隧道。隧道所在范圍地層巖性為第四系全新統沖洪積層細圓礫土，上更新統風積新黃土，中更新統風積老黃土，第三系上新統粉質粘土和侏羅系中統砂巖夾泥巖含煤線層。隧道洞身通過的基巖主要為泥巖夾砂巖，泥巖、砂巖互層，層厚不一，薄層～厚層不等，節理發育，泥質膠結，呈碎塊狀，壓碎、鑲嵌結構，易產生掉塊、坍塌現象。隧道設計以Ⅲ級圍巖為主，分布總長度為9690m，占隧道總長的85%；Ⅳ級圍巖分布總長度為1390m，占隧道總長的12%；Ⅴ級圍巖分布總長度為368m，占隧道總長的3%。

2 光面爆破的必要性

由于該隧道埋深相對較大、巖層主要為砂巖或泥巖水平走向，故使用光面爆破技術，有利于降低對圍巖的擾動，減弱地應力的集中，保證施工能安全、快速地進行。做好光面爆破，控制好超欠挖，在保證了開挖質量的同時，降低了噴射砼、二次襯砌砼的回填量，減少了防水材料的浪費，從降低生產成本、提高企業經濟效益的角度講，實施光面爆破有其必要性。

3 施工方法與機具

3.1 施工方法

采用多斷面臺階法施工，利用可移動的鉆爆平臺人工風鉆打眼，人工裝藥，非電毫秒雷管引爆，初期支護緊跟，無軌裝碴、運輸，模板臺車襯砌。

3.2 施工機具

采用國產YT-28型手持風鉆，鉆頭直徑42mm，鉆爆平臺（自制）分三層，立體作業。柳工856型側翻式裝載機裝渣，20t自卸汽車運輸。

4 爆破設計

4.1 爆破器材的選用

（1）主爆藥要采用爆炸性能、抗水性能、安全性能均較好及環境污染小的2#巖石乳化炸藥，規格為Φ32mm×200m；（2）周邊眼采用直徑為25mm的藥卷，裝藥結構是用竹片綁扎，進行間隔裝藥；（3）起爆材料采用1～20段的非電毫秒雷管起爆，塑料導爆管引爆，其中雷管，導爆索是作為網絡起爆用。

4.2 鉆眼深度的選擇

綜合考慮作業環境與施工設備等因素，通過現場試驗，確定橫山隧道在Ⅲ、Ⅳ級圍巖條件下每循環進尺為2.5～2.8m，眼深確定為3.0～3.3m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。

4.3 掏槽眼的確定

掏槽技術要為開挖爆破創造一個新的臨空面，影響著炮眼的利用率和開挖進尺。它是隧道爆破的關鍵之一。

分析隧道圍巖的整體性能、巖性特點、開挖斷面的大小、施工隊伍的施鉆技術水平、鉆機鉆進速度、開挖循環時間、炮眼數量、裝藥量、爆破的震動強度、對圍巖的擾動等因素。經過比選直眼掏槽與斜眼掏槽的優缺點，最終確定采用斜眼楔型掏槽方式。

掏槽眼開口間距：B=2×344×cos54°+0.2=4.24m，確定為4.2m。

掏槽眼布置如圖1及圖2所示：

4.4 光面爆破

周邊炮眼間距（E）、周邊眼密集系數（m）、最小抵抗線（w）、不偶合系數（D）和線裝密度（q）是影響光面爆破效果主要參數。只有這些參數確定在一個合理的范圍時，爆破效果才能理想。

依據以往施工經驗，光面爆破參數在以下范圍：周邊眼間距E為8～18d，d為炮眼直徑，周邊眼密集系數m為0.7～1.0，最小抵抗線w為15～22d，d為炮眼直徑，不偶合系數D為1.8～2.2，裝藥集中度q為0.15～0.35kg/m。

4.5 爆破參數的確定

4.5.1 炮眼深度。炮眼深度根據循行進尺確定，公式為L=l/η。

式中：

L——炮眼眼深度（m）

l——循環進尺（m），按3.0m考慮

η——炮眼利用率，采用85%

計算并經調整以后，周邊眼及掘進眼為3.3m，底板眼為3.4m，掏槽眼確定為3.8m。

4.5.2 循環裝藥量。單循環裝藥量Q=k×v

式中：

k——單位體積炸藥消耗量，kg/m3

v——需要爆破體積

4.5.3 炮眼數量。炮眼數目N=ks/ar

式中：

k——單位體積炸藥消耗量，kg/m3

s——開挖面積，m2

a——炮眼裝藥系數

r——炸藥的線裝藥藥密度，kg/m

4.5.4 炮眼布置。按照炮眼布置原則，先布置掏槽眼、周邊眼，再布置底板眼，最后布置掘進眼。

4.5.5 周邊眼單孔裝藥量。按照光面爆破的技術要求，E/W比值采用0.8；周邊眼距E=14d，確定為54cm；抵抗線W則為65cm；線裝藥密度q=0.27kg/m。

4.5.6 其他炮眼單孔裝藥量。公式為 Q=kawlλ

式中：

k——單位炸藥消耗量，kg/m3

w——炮眼爆破方向的抵抗線，m

a——炮眼間距，m

l——炮眼深度，m

λ——炮眼的部位系數

4.5.7 裝藥結構。周邊眼采用連續裝藥結構，藥卷直徑Φ25mm，裝藥不耦合系數為1.9，用竹片將藥卷與圍巖隔開，其他炮眼采用Φ32mm藥卷。起爆方式采用導爆管傳爆，采用并聯方式聯結，使用導火索引爆。眼口用泥砂堵塞，長度不小于30cm。

4.5.8 修正。經過計算，鉆爆參數確定以后，按照經驗進行適當修正。最后再根據現場的實施效果，進一步做了調整。炮眼布置見圖3所示，裝藥參數見表2。

4.6 起爆順序及網絡

4.6.1 光爆爆破時，從掏槽眼開始，一層一層從截面中心向外起爆，最后是周邊眼爆破。

4.6.2 根據現場人工裝藥的方便及非電毫秒的延時誤差，確定合理的起爆時差，以保證時差。

4.6.3 為保證周邊眼同時起爆，引爆雷管均采用同段導爆管。

4.6.4 傳爆導爆管均使用雙線加強，以保證傳爆正常。

4.6.5 起爆網絡采用導爆管并聯起爆。

4.7 經濟技術指標

每循環鉆爆的平均鉆孔數量143個，實際開挖斷面71.11m2、單位面積鉆孔2.01個/m2，平均每循環炸藥消耗量201.9kg，單位巖石體積炸藥消耗量1.01kg/m3，單位體積非電毫秒雷管消耗量0.72發/m3。

4.8 爆破效果

實際鉆眼深度3.2～3.4m，平均循環進尺3.0m，平均炮眼利用率90%，兩茬炮銜接臺階拱部最大沒有超過10cm，而且殘眼前后基本在一個平面上，拱部炮眼痕跡率90%～95%，邊墻兩茬炮銜接臺階最大不超過8cm，殘痕跡率平均達90%，爆炸后石碴塊度適度，符合裝載機裝渣要求。

5 結語

（1）E/W值對光面爆破效果有很大的影響，現場作業時必須嚴格按鉆爆設計布眼，每茬炮均要用測量儀器放出輪廓線、炮眼位置及角度，按眼鉆孔清孔，不合格的眼孔要重新鉆，檢查合格方可按設計要求正確裝藥連接爆破，以達到理想的光爆效果；（2）要根據不同的圍巖變化情況及時調整爆破參數，不斷完善爆破設計；（3）光爆施工可以發揮圍堰的自穩能力，減少了找頂時間，減少了臨時支護，為下道工序創造了良好的施工條件；（4）采用炮眼少、耗藥量少、爆破震動強度低楔型掏槽，比直眼掏槽更合理更經濟；（5）在實際操作中，邊墻光爆效果不夠理想，還要進一步總結提高。

（責任編輯：黃銀芳）