公路隧道不同圍巖下光面爆破技術控制要點

劉金興

（重慶鐵發建新高速公路有限公司，中國 重慶 400700）

0　引言

高速公路隧道施工中，目前均采用光面爆破施工技術，該工藝以其成本低廉，施工工藝簡單，能減少爆破炸藥用量，加快施工進度，取得了良好的爆破效果和經濟效益。本文以石黔高速連湖隧道為例，介紹光面爆破在不同圍巖條件下技術參數，供同類工程參考。

1　工程簡介

石黔高速公路全長83.064公里，橋隧比高達76%，除三義隧道和連湖隧道進口圍巖巖性主要為灰白色、灰色灰巖外，其余隧道圍巖均以鈣質泥(頁)巖、粉砂質頁巖為主，受不同風化程度影響，分部呈深褐色、深灰色。針對每個隧道不同的圍巖巖性、完整程度、節理構造面產狀、巖質軟弱強度等工程特性，通過開展高速公路雙車道隧道光面爆破施工應用，進行技術攻關，使光面爆破施工技術具體應用于工程實踐中，以降低工程成本。

首先制定隧道光面爆破技術攻關目標：（1）炮眼利用率大于90%；炮痕保存率大于85%；爆破后圍巖面圓順平整，無欠挖，拱部最大超挖值不超過25cm,邊墻平均線性超挖值不超過10cm，且圍巖面上無粉碎巖石或明顯裂隙。（2）降低工程成本：鑒于常規爆破進尺2.65m（鉆眼深3.0m），通過應用水壓爆破技術，使隧道單循環進尺不僅要達到2.8m以上，而且降低炸藥消耗15%以上。

2　光面爆破鉆爆設計及施工

2.1　光面爆破技術要點

（1）根據圍巖特點，合理選定周邊眼的間距和最小抵抗線，控制循環進尺及周邊眼鉆孔角度。

（2）嚴格控制周邊眼的裝藥量，盡可能將藥量沿眼長均勻分布間斷裝藥，采用導爆索起爆。

（3）采用臺架鉆孔時嚴格控制各臺之間的孔位間距、角度，尤其是實踐摸索出各類炮眼司鉆工相對固定，比如左架和右架、上架和下架，發揮工人熟練程度，盡可能避免鉆孔精度誤差。

（4）為滿足裝藥結構要求，必須采用導爆索來實現空氣間隔裝藥起爆。要安排好起爆順序，使光面爆破層具有良好的臨空面。

（5）孔口堵塞是隧道（洞室）光面爆破的又一技術關鍵，常規作業中往往忽視。實踐表明，從掏槽眼、輔助眼至周邊眼，孔口堵塞是光面爆破中充分發揮爆破能量、減少圍巖擾動的又一技術關鍵。孔口堵塞采用自制的 “膠泥+沙”的炮泥材料，堵塞長度為20cm左右。

（6）周邊眼間距和最小抵抗線是光面爆破的2個重要參數。控制原則是：軟巖和層理、節理發育的巖層上，眼距應小而抵抗線適當調大；在堅硬穩定的巖層上，眼距應大些，抵抗線應小些。在同一循環施工時，根據各段落圍巖情況可調整最小抵抗線。

（7）對于導爆索和雷管，在使用前需對外觀檢查，若發現有裂口、折斷、發霉、黑斑及變色等，則不宜使用。在切割導爆索是需用鋒利刀子切割，禁止鋸割、錘砸、折斷等。

圖1　兩臺階開挖鉆孔臺架加工大樣圖

2.2　隧道開挖臺架制作

圖1所示為兩臺階開挖鉆孔臺架，開挖臺車尺寸及高度綜合考慮施工工法、開挖斷面、施工機具作業空間、掏槽眼開口間距等因素進行設計。

2.3　鉆孔爆破施工設計

（1）鑿巖機具選取

根據現場確定的爆破方案，隧道爆破機具選用YT28型氣腿式鑿巖機，Φ42mm直徑的鉆頭為 “一”字型硬質合金鋼，鉆桿規格為中空六棱形，鉆桿長度分別為 1.5m、2.0m、2.5m、3.5m四種規格。

（2）爆破器材選取

1）炸藥：采用2號巖石乳化炸藥，采用標準藥卷φ32mm。

2）雷管：連接件及孔內均采用非電毫秒微差雷管（1～15段）,起爆雷管用電雷管。

3）導爆索：周邊眼間隔裝藥，采用導爆索傳爆。

4）裝藥結構：周邊眼采用間隔不耦合裝藥形式，使用導爆索連結各藥卷(根據實際情況,周邊眼也可非電雷管起爆φ32mm巖石乳化炸藥,采用空氣間隔裝藥、堵塞方式)。其它炮孔采用孔底正向起爆。

（3）灰巖地質巖層爆破設計

項目三義隧道、連湖隧道進口圍巖以三級、四級灰巖為主，灰色、灰白色，中厚層狀，結構面常見白色帶狀方解石條脈，脈寬小于1cm，經取樣試驗，巖石天然單軸抗壓強度大于30mpa。多呈潮濕狀。據此展開爆破設計。

1）炮眼布置。沿開挖臺車一架二架采用四排掏心眼布置；壓頂炮眼布置兩排；輔助眼、周邊眼、底板眼各一排。如圖2。

圖2　灰巖地層隧道光面爆破炮眼布置圖

2）參照光面爆破常用參數表結合實際情況確定預裂眼間距為48cm，光面眼間距為80cm，巖石環厚度60cm。起爆順序為掏槽眼→擴槽眼→掘進眼→內圈眼→周邊眼→底板眼。

3）布眼特點：充分利用開挖臺架進行布眼。除常規爆破周邊眼間距與輔助眼間距為1.25倍外，次排輔助眼與輔助眼間距也控制的比周邊眼與輔助眼間距小。保證輔助眼起爆時內側抵抗線大于外側抵抗線，起到保護周邊眼作用。

4）起爆網路設計

圖3　炮眼布置橫斷面圖

周邊眼采用導爆索傳爆；其余眼均用非電毫秒1段雷管雙發連接，用電雷管引爆。堵塞材料采用炮泥。堵塞質量要求密實，除周邊孔堵塞0.3m～0.5m以外，其他裝藥后余孔全部堵滿堵實。

表1　Ⅲ級灰巖上臺階鉆爆參數表

5）下臺階及仰拱開挖炮眼布置圖

6）光面爆破現場照片圖4

2.4　頁巖地質巖層爆破設計

以連湖隧道出口為例，多以四級、三級中風化鈣質、粉砂質頁巖為主，灰色、深灰色，薄層狀構造，裂隙較發育，巖質較軟，經取樣試驗，巖石天然單軸抗壓強度35mpa左右。地下水不發育，多呈潮濕狀。據此展開爆破設計。

（1）炮眼布置。沿開挖臺車一架二架采用四排掏心眼布置；壓頂炮眼布置兩排；輔助眼、周邊眼、底板眼各一排。

表2　各眼位雷管、炸藥統計表

（2）周邊眼間距取 40cm，周邊眼距輔助眼排間距30cm，形成光爆結構。起爆順序為掏槽眼→擴槽眼→掘進眼→內圈眼→底板眼→輔助眼→周邊眼。

（3）上臺階光面爆破采用毫秒延時雷管順序起爆：選用單數段位，1-13段。 掏槽眼使用 1、3、5、7、9段，底板眼使用9段，頂層內圈眼使用9段，底板眼使用9段，周邊眼使用13段，其余輔助眼使用11段。起爆網絡采用“一把握”式復合網絡，電雷管引爆。

圖4　

圖5　

圖6　

（4）光面爆破現場照片

圖7　

3　光面爆破技術實際經濟效益

（1）采用光面爆破施工，能有效控制超欠挖，減少后期支護量。連湖隧道右洞光爆實施后，炮眼殘存率達到90%—95%，基本杜絕了隧道超欠挖現象，大大降低了施工成本，經實際測試，所取得經濟效益如表 1、表 2，經濟效益顯著。

（2）光面爆破后基本杜絕了由于爆破不到位二次補炮的現象，循環作業時間大大減少，加快了施工進度。

（3）光面爆破同普通爆破相比，使得圍巖應力分布均勻，對圍巖擾動小，有利于圍巖穩定，可有效減少應力集中引起的塌方，減少落石，安全效益明顯。

圖8　

圖9　

圖10　

表3　每循環光面爆破前后經濟對比表

表4　光面爆破后砼節超統計表

4　結論及建議

在連湖隧道工程實例中，成功采用了光面爆破技術，提高了光面爆破質量，避免了常規爆破光爆面凹凸不平的現象；提高了炸藥能量利用率；提高了施工效率，加快施工進度；降低了工程成本，提高了經濟效益。

【參考文獻】

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［2］李夕兵.鑿巖爆破工程.中南大學出版社，2011.

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［4］何廣沂著.工程爆破新技術,中國鐵道出版社,北京：2000.