光面爆破技術在雞公嶺隧道施工中的應用

楊曉東

摘 要：光面爆破技術被廣泛應用于公路隧道開挖中，其優點主要是爆破成型后斷面規則、超欠挖量小；對圍巖擾動小，圍巖幾乎不產生或產生很少的爆震裂縫；減少了圍巖應力集中現象，增強了圍巖的穩定性，充分發揮了圍巖的自身承載能力，減少了支護工作量和材料消耗；能加快掘進速度，保證施工安全，降低施工成本。

關鍵詞：光面爆破 隧道 施工 應用

1.工程概述

雞公嶺隧道為左右線雙洞4車道公路隧道，隧址位于江西省上饒市樟村鎮、臨湖鎮境內，起于樟村鎮小源村，終于臨湖鎮外榨棚附近。隧道左線起訖點樁號為K36+965～K39+565，長2600m，隧道右線起訖點樁號為K36+960～K39+575，長2615m。最大埋深約400m。左右幅隧道均設計為“人”字坡，進口段縱坡為1.15%、出口段縱坡為1.52%。雞公嶺隧道施工采用新奧法，開挖采用鉆爆工藝。

2.隧道光面爆破的特點

光面爆破技術被廣泛應用于公路隧道開挖中，其優點主要是爆破成型后斷面規則、超欠挖量小；對圍巖擾動小，圍巖幾乎不產生或產生很少的爆震裂縫；減少了圍巖應力集中現象，增強了圍巖的穩定性，充分發揮了圍巖自身的承載能力，減少了支護工作量和材料消耗；能加快掘進速度，保證施工安全，降低施工成本。

光面爆破的實質是在隧道掘進設計斷面的輪廓線上布置間距較小、相互平行的炮眼，控制每個炮眼的裝藥量，選用低密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥，同時起爆，使炸藥的爆炸作用剛好產生炮眼連線上的貫穿裂縫，并沿各炮眼的連線——隧道輪廓線將巖石崩落下來。

3.鉆爆方案設計

3. 1爆破參數選擇

（1）周邊炮眼間距E

周邊眼的位置是沿著設計輪廓線均勻布置，眼口應放在設計輪廓線以內，眼底則應根據巖石抗爆性來確定位置，應將炮眼方向以0.03～0.05的斜率外插；對于堅硬巖石可將眼底放在設計輪廓線以外10～15cm；中硬巖層則放在設計輪廓線上，軟弱圍巖落在輪廓線以內10～15cm；底眼應將眼底放在設計輪廓線以外10～15cm。周邊眼間距E取（10～18）d。雞公嶺隧道施工時炮眼直徑為40mm，經過試爆和觀察效果確定Ⅲ級圍巖E值取40cm，Ⅳ級圍巖E值取50cm比較合適。

（2）周邊眼抵抗線W與裝藥密集系數K

周邊眼最小抵抗線也俗稱光爆厚度V，它與開挖的隧道斷面大小及圍巖的性質和地質構造有關。周邊眼的間距E與周邊眼的最小抵抗線W有著密切的關系，通常以周邊眼的密集系數K表示，K=E/W，根據德國專家模型試驗結果，取K=2時，爆破后開挖面凹凸狀嚴重，圍巖嚴重損傷； K≈0.8時開挖面平滑，與設計輪廓線基本一致，據此，雞公嶺隧道確定光面層厚度為50～63cm。

（3）周邊眼裝藥量

周邊眼裝藥量通常以線裝藥密度表示。恰當的裝藥量是既具有破巖所需的能量（不留殘眼），又不造成圍巖的過度破壞。設計時應根據孔距、抵抗線、石質和炸藥種類、裝藥結構綜合考慮確定裝藥量（裝藥集中度q，kg/m）。下面提供“光面爆破參數表”（表1），可供設計選用。

（4）炮眼數量N

炮眼數量主要與開挖斷面、炮眼直徑、巖石性質和炸藥品種（性能）有關，炮眼的多少直接影響鑿巖工作量。孔數過少會造成大塊多、周壁不平整，甚至出現炸不開現象，相反，孔數過多將使鑿巖工作量增大，還增加施工成本。

N=qS/xr

N—炮眼數量，不包括不裝藥的空孔眼數，個。

q—單位炸藥消耗量，一般取1.2～2.4kg/m3，硬巖取大值，軟巖取小值。

S—開挖斷面面積。

x—裝藥量系數（計算裝藥系數），即裝藥長度與炮眼全長的比值。

r—每米藥卷的炸藥質量，kg/m，2號巖石銨梯炸藥每米質量。

按公式計算出的N值，還應根據光面爆破周邊眼需增加一些來做調整，應根據工程類比法或自己的經驗做適當的調整。

3.2裝藥結構和起爆方式

（1）根據經驗和現場實際情況，雞公嶺隧道選用乳化炸藥，所有炮眼統一裝φ32mm標準卷，周邊眼使用導爆索和小量炸藥。采用不耦合裝藥結構連續裝藥，不耦合裝藥系數大于2。周邊眼采用導爆索起爆，其余均采用非電毫秒雷管起爆。炮眼裝藥量按照爆破效果驗證調配（見雞公嶺隧道光爆布孔圖），孔口采用砂石和粘土、石粉混合物堵塞。

（2）起爆順序的正確設計是隧道實施光面爆破的關鍵。爆破時炮眼起爆先后順序正確才能達到理想的爆破效果。

正確的起爆順序：先起爆的炮眼為后續爆破提供更大的臨空面，同時減小巖石間的夾制作用，為后續爆破創造更好的爆破條件。同時起爆的一組炮眼，能共同作用，爆炸力更強。起爆順序是先掏槽眼，再輔助眼，后周邊眼，由里向外分層起爆，然后是底板眼、側壁眼和壓頂眼。起爆順序及時間采用分段ms雷管裝在炮孔中，控制起爆的先后。

（3）起爆網絡是實現隧道爆破順序成敗的關鍵，起爆網絡必須按照設計起爆順序連接，保證每個藥卷按設計起爆順序和間隔時間起爆，其直接決定光面爆破效果和爆破成敗。雞公嶺隧道中采用導爆管起爆系統起爆。

4.施工方法及工藝

4. 1鉆爆機具及材料

（1）鑿巖機具：風動鑿巖機20臺（根據工作面進行配置），8臺20m3空壓機，鉆孔孔徑為50mm一字形合金鋼鉆頭。

（2）炸藥、雷管：φ32mm的二號巖石乳化炸藥，1～15段導爆管毫秒雷管、電雷管及導爆索、導爆管等。

4.2光面爆破施工工藝

（1）放樣布眼

在掌子面布孔，是鉆爆作業的第一道工序，測量人員采用全站儀準確定出隧道中心線和拱頂面高程，然后將設計開挖輪廓線測量放樣用紅噴漆畫在巖石上，并按照設計布孔圖將空位定出并用紅點標注。每次測量放樣的時候要對上次爆破斷面進行檢查復測，并根據檢查檢查結果及時調整爆破參數，以達到最佳效果。

（2）臺車定位、鉆孔

雞公嶺隧道采用的是臺架打眼，首先應保證掌子面前清理平整、掌子面大致找平，臺架才能緊靠掌子面順利的就位。鉆孔應注意掌握周邊眼的外插角，太大超挖大，太小造成欠挖或造成下一循環作業凈空不夠。同時，注意掌子面明顯不平整時，應調整炮眼的孔深，使炮眼底在一個平面上。

（3）清孔裝藥

在裝藥之前，應采用清孔器將孔內石硝、巖灰、積水吹凈，并檢查炮眼位置、孔徑、深度、角度是否滿足操作要求。裝藥需分片、分組按炮眼設計圖確定的裝藥量自上而下進行，雷管對號入座不得混裝。周邊眼采用小量藥卷配導爆索，以增加不耦合系數和爆破時的緩沖作用。炮孔裝藥均采用反向裝藥結構。

裝藥后眼口應采用炮泥進行堵塞，堵塞長度視炮眼直徑而定，周邊眼的眼口堵塞長度不小于20cm，其他眼不小于45cm，堵塞采用分層人工搗實法進行。

（4）連接起爆網絡、起爆

起爆網絡采用復式網絡，起爆網路必須保證每個藥卷按設計的起爆順序和間隔時間起爆。導爆管起爆法聯接方法必須正確，簇聯每束不超過15根導爆管，為了確保每根起爆管都能準爆，施工中可以使用雙雷管起爆。所有聯結雷管都必須使用即發雷管，聯結必須牢靠。引爆雷管用絕緣膠布捆扎在離一根導爆管自由端15cm處。網絡聯結好后由專人負責檢查后起爆，起爆時確保所有人員都撤離到安全地點（一般300m遠）。

5.光面爆破應用體會

（1）隧道開挖前必須要做好隧道爆破設計，這應該是隧道實施性施組的一項內容，也是計劃進度、工期、材料等的依據。并對作業工人進行詳細的技術交底，付諸實施。

（2）施鉆前由測量人員根據設計鉆孔位置，在掌子面布孔標出具體位置，必須標出掏槽眼和周邊輪廓。施工中嚴格按照炮眼的標識位置施鉆，鉆孔中應按照設計的角度、深度和孔徑，分工定點、定位進行鉆孔。

（3）裝藥時嚴格按照設計裝藥量進行裝藥，起爆藥卷按設計起爆順序和雷管段別安排對號入座。

參考文獻：

[1]宋秀清，劉杰.隧道施工[Z].人民交通出版社.

[2]王毅才.隧道工程[Z].第二版，上冊，人民交通出版社.

[3]公路隧道施工技術規范[S].JTG F60-2009.