發鳩山隧道光爆控制技術探討

刁天國（中鐵一局集團第二工程有限公司,河北 唐山 063004）

發鳩山隧道光爆控制技術探討

刁天國
（中鐵一局集團第二工程有限公司,河北 唐山 063004）

爆破參數的選擇直接影響著爆破效果，是光面爆破工程設計的重要內容。本文結合發鳩山隧道光爆施工工程實踐，采取經驗公式與光爆試驗相結合的方法確定了光面爆破的技術參數，并對確保光爆破質量的技術措施進行了歸納總結。

隧道；光爆；爆破效果；控制技術

0　引言

近年來，伴隨著我國經濟的高速發展，道路橋梁的建設施工在不斷的增多，作為聯通地域之間經濟的互通性，需要借助交通來實現。但是由于我國幅員遼闊，地勢呈現三個階梯的形式分布，這就意味著要想溝通地域之間的聯系，就需要進行爆破技術，來幫助在進行施工建設當中，由于地勢險要等因素造成的施工不便。在新中國之后，國家意境開始重視爆破技術在隧道修筑當中的應用。其中，光面爆破技術是當下在我國的隧道交涉當中，應用較為廣泛的一種技術手段，在施工過程當中，發揮著重要的核心作用。

光面爆破借助在傳統施工工藝的基礎之上，通過對于爆破參數的優化來進行制定適合的施工技巧。這樣，在過程當中，跟同類爆破產品相比，擁有更高的穩定性和可控性。同時，對于巖石、山體硬度的不同，以及爆破深淺的不同需要，可以借助光面爆破進行靈活的調節。同時，由于光面爆破的成本較低，因此在應用當中，也可以大大降低施工成本。在靈活使用控制、低成本應用的基礎之上，光面爆破技術在我國的隧道、山體等爆破當中，應用范圍不斷增大。但是在具體的隧道爆破應用當中，由于山體、地質等因素的多樣性，從而導致在具體的施工操作當中，還需要具有針對性的進行區分和對待，這樣，才能夠在根本上保證光面爆破的效果得到最大程度的發揮，同時可以大大降低隧道爆破的安全風險。本文結合工程實踐經驗對光爆施工控制技術進行了一些探討，以供相關施工技術參考。

1　工程概況

發鳩山隧道設計為雙線隧道，全長16118m，隧道最大埋深為475m。隧道洞身坡度分別為3.5‰的上坡和6.0‰的下坡。隧道穿越地層主要為三疊系砂巖、泥巖頁巖及其互層和第四系黃土，地下水主要為基巖裂隙水。本次光爆控制技術探討主要是以發鳩山隧道4#斜井大里程為主，圍巖為Ⅲ級，砂巖，淺紅褐色，屬中硬巖，節理裂隙較發育，呈中厚層～厚層狀分布，邊墻圍巖局部呈厚層狀構造，巖層傾角10°～20°左右，圍巖整體性較好。

2　光爆技術參數選擇

在進行光面爆破過程當中，爆破的參數同效果之間存在著直接的因果關系。因為根據地質的不同，和爆破力度的不同，來進行相關技術參數的選擇。在當下的光面爆破參數計算當中，由于近些年來的發展，積累了較多的專業經驗，因此，在現場施工當中，根據巖石的特性來進行相應的工程地質建設在施工工藝方面都有較高的研究，具體的爆破參數選擇要點有一下幾個方面：

2.1炮孔間距(a)

光面爆破的實質是使炮眼之間產生貫通裂隙，以沿著設計開挖輪廓線形成規整的斷裂面。因此，炮孔間距對形成貫通裂縫有著非常重要的作用。炮孔間距的大小主要取決于圍巖巖性、節理裂隙發育程度、炸藥的性質、不耦合系數和光爆層厚度。炮孔間距可按以下公式進行計算：式中，Li為每個炮孔產生的裂縫長度，為巖石的抗拉強度；d為炮孔直徑；Pa為爆生氣體充滿炮孔時的靜壓kPa，按計算。ki為系數，炸藥密度為1.0g/m時，ki＝25，炸藥密度為1.5~1.6g/m時，ki＝58，Q為炸藥的爆熱，為爆破孔內的裝藥密度g/ml，為炸藥本身的密度g/ml。

2.2掏槽眼的確定

掏槽技術是隧道爆破的關鍵之一，它直接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，因此選擇一個好的掏槽方式是隧道開挖尤為重要的。

通過認真考慮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，最終確定采用斜眼掏槽方式。

2.3最小抵抗線(W)

對于光面爆破，最小抵抗線又稱為光爆層厚度，由經驗公式來確定。

式中，C為爆破系數，相當于炸藥單耗值；Lb為炮孔深度；Q為單孔藥量；a為孔距。

最小抵抗線W也可通過炮孔密度集系數m來確定。光面爆破中的炮孔密度集系數是指孔距a與最小抵抗線W的比值，即

m=a/W

一般取m=0.8~1.0。根據工程試驗經驗，當巖石性質、地質構造和開挖跨度等條件發生變化時，也應作相應的調整。因此，最終選取的m值應通過現場的爆破試驗確定。

2.4炮孔裝藥量(q )

炮孔裝藥量可按下式計算

式中，q為每米深炮孔裝藥量kg/m；A為炮眼口堵塞系數，一般取1.0，K為與巖石性質有關的介質系數，軟巖為0.5~0.7，中硬巖0.75~0.95，硬巖1.0~1.5，m為炮孔密集系數，k1為根據炮孔密度而定的系數，一般為0.5，每加深1m增加0.2，W為最小抵抗線。

2.5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）；η-炮眼利用率。

2.6起爆順序及網絡

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。起爆網絡采用導爆管并聯起爆。

3　光爆效果分析

通過對于光面爆破的各項參數進行分析和對比，同時對于技術參數的調整和控制，在對于參數結果進行反復的實地檢測之后，可以清晰的看到在光面爆破當中，通過對于光面爆破各種數據的分析，來進行整理之后，所得到的整理數據具有一定的理論依據，存在的科學參考價值。本次光爆施工分別采取不同參數進行對比分析，結果如下：

第一次試驗：鉆眼深度2.5m，周邊眼間距35cm，單孔裝藥量為0.24kg，炸藥采用連續裝藥結構，全部塞入眼底；掏槽眼采用斜眼掏槽，單孔裝藥量2.16kg，采用電雷管和非電毫秒雷管起爆，爆破后發現主要存在以下問題：部分炮眼半眼痕跡可以得到有效保留，但整體保存率偏低，僅達到70%；部分炮眼附近出現20～30cm的超挖，個別周邊炮眼眼口附近出現“牛鼻”狀欠挖，總體光爆效果較差。

第二次試驗：鉆眼深度4m，周邊眼間距40cm，單孔裝藥量為0.72kg，采用導爆索配合非電毫秒雷管間隔裝藥結構，周邊眼眼底2支，炮眼眼口1支；掏槽眼依舊采用斜眼掏槽方式，單孔裝藥量3.6kg，采用電雷管和非電毫秒雷管起爆，爆破效果較第一次有了較大改進，周邊炮眼半眼痕跡保存率達到75%，但依然存在爆破后掌子面不齊、局部超挖量較大等問題。

第三次試驗：鉆眼深度4m，周邊眼間距40cm，單孔裝藥量為0.72kg，采用導爆索配合非電毫秒雷管間隔裝藥結構，眼底、中部、眼口各1支，使炸藥盡量均勻分配至周邊炮孔，減小炸藥對周邊圍巖的擾動，其他炮眼采用連續裝藥結構。掏槽眼依舊采用斜眼掏槽結構，單孔裝藥量3.12kg，采用電雷管和非電毫秒雷管起爆，爆破效果較為理想，周邊炮眼半眼痕跡保存率達到90%以上，同時掌子面較為整齊。通過三種不同參數的對比施工，從表1中可以看出第三種光爆施工參數的選取所取得的施工效果最好。實現光面爆破最主要是選取合理的光爆層（最小抵抗線）、周邊眼裝藥量及裝藥結構，通過不斷試驗摸索，確定在發鳩山中厚層砂泥巖Ⅲ級段的光爆層厚度為60cm，周邊眼間距40cm，并在周邊炮眼采用間隔裝藥結構，控制周邊炮眼線性裝藥量0.18kg/m。同時為控制鉆眼方向與線路方向的平行，可選定技術水平高、經驗豐富的開挖工先行打設鉆眼，并在炮眼內插入鋼釬，便于其他開挖工控制鉆眼方向與隧道線路方向及縱坡保持一致，減小因人為因素造成的超欠挖。

光面爆破效果評價表

4　結論

（1）炮眼間距和最小抵抗線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）在進行光面爆破過程當中，要想保證施工效果能夠得到最大化的實現。必須要加強圍巖功能的強化。這樣，不僅可以保證光面爆破的各項參數能夠在穩定范圍內得到控制，同時也可以大大降低施工當中的風險，提升施工效率，實現成本的良好把控。同時，良好的控制和參數把控，也能夠為下道工序創造了良好的施工條件，為實現快速掘進提供了保證。

（3）在光面爆破當中，把握好參數的控制，是實現爆破控制的關鍵。在施工過程當中，對于結構設置和設計要通過反復的審核，這樣才能夠將參數的誤差降到最低，從而提升爆破的質量控制。

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