光面爆破技術在碎裂巖層隧道開挖中的應用

白建山

一、引言

光面爆破技術被廣泛應用于路橋工程及基礎設施建設工程中。在人口密度大的南方城市此類工程偏多，受南方地區丘陵地貌影響，公路工程的建設往往要修建隧道。由于隧道工程在整個項目中占的產值百分比往往偏高，隧道工程的質量好壞對整個工程影響很大。采用光面爆破技術對隧道圍巖進行開挖，可以大幅度減小爆破對圍巖的擾動，保證隧道圍巖的完整性和自承載能力，并形成光滑的輪廓面，符合巖石力學理論新奧法的要求。達到既保證施工進度，改善作業環境，又保證施工質量，并節約成本的目的。磨巖山隧道圍巖情況復雜，需要通過現場試驗來指導爆破施工。根據施工經驗，光面爆破一般采用兩種方式，即預留光爆層法和全斷面開挖法，全斷面開挖法一般用于斷面較小的中小型隧道的開挖，預留光爆層法則一般用于大斷面隧道開挖。

二、光面爆破施工原理

光面爆破，主要針對隧道開挖輪廓超欠挖和平整度控制的爆破技術，通過周邊眼、掏槽眼、輔助眼、底板眼布置，利用起爆順序的微差時間形成臨空面，采用壓頂式爆破，達到理想效果，并采用不連續不耦合裝藥、雷管分段位布設、專用紅線導爆索形式裝藥結構，達到周邊眼同時起爆，分散裝藥量，降低對圍巖的擾動，減少對周邊圍巖的破壞，從而獲得光滑、平整巖面的施工技術。在地質條件確定的情況下，爆破參數選擇的合理與否是影響光面爆破效果的關鍵因素，施工過程中要嚴格按照爆破參數施工炮眼，并根據圍巖情況隨時進行動態調整爆破參數，以保證光面爆破的效果。

磨巖山隧道最大埋深深度為79m。隧道左右洞都采用的是“一”字坡的方式進行設計，根據工程的實際情況以及施工的需要，本工程中選擇使用的是鉆爆施工工藝來進行。

三、影響光面爆破的主要因素

1.地質因素

由于工程的地質構造復雜，圍巖節理發育，分層明顯，開挖應采用“短進尺、弱爆破、強支護”的施工方法，以“多打眼、少裝藥”為原則，盡可能避免對隧道圍巖的擾動、破壞。一般情況，中硬以上巖石（f＞8），若其整體性好、節理裂隙不發育、風化不嚴重，其光爆效果好；若巖石的整體性差、節理裂隙發育、層理多且其走向與設計開挖輪廓線走向不一致，會導致局部掉落及順層遛塌，從而造成超挖，此部分量隨支護時間延遲而增加，因此及時初噴、掛網支護尤其在頁巖施工中顯得非常重要。

2.爆破參數

在地質條件確定的情況下，爆破參數選擇的合理與否是影響光爆效果的關鍵因素。如掏槽方式不合理，直接影響掏槽爆破效果，從而影響其他孔的爆破效果。炮孔間距和抵抗線過大，爆破后輪廓線的平整度就差，超欠挖也較大；裝藥密度過大，易造成輪廓線巖石破壞較嚴重，影響圍巖的穩定，且超挖嚴重，半孔率低；線裝藥密度過小，則達不到光爆的效果，欠挖嚴重，需進行二次爆破，造成更大的浪費；一般要求周邊眼不耦合系數為1.2～2，在孔距較小情況下一般取大值，其值過大或過小都會影響光爆效果，特別是影響半孔率。

3.堵塞

在裝藥量、裝藥結構和不耦合系數確定的情況下，堵塞時要保證堵塞物不小于40cm，否則，會造成周邊眼欠挖，影響光爆效果。

4.起爆間隔時間

輔助眼和掏槽眼微差間隔爆破，隔段使用雷管，輔助眼和周邊眼微差間隔時間1～2個段別，底板眼同周邊眼宜同時起爆，間隔時間過長或過短都將影響光爆質量，要求起爆連接系統逐段引發，嚴禁私自亂接。否則會造成啞炮，嚴重者更是爆破失敗，引發安全隱患。

5.施工因素

影響光爆效果的施工因素主要有炮孔定位誤差和鉆孔角度誤差。一般要求炮孔平面定位誤差不大于5cm，否則將直接影響開挖輪廓線的效果，定位誤差是造成欠挖的主要因素。鉆孔角度誤差（外插角、水平角角度誤差），鉆孔誤差是造成超挖的主要原因，此誤差隨進尺而增大，在一次開挖中掛口時需收縮定位，形成超欠平衡，合理運用規范要求。

四、光面爆破參數設計

1.裝藥結構和起爆形式

在進行炮眼裝藥時，以裝藥集中為標準，將藥量均勻地裝入到炮眼里面。將半個標準藥卷放置在炮眼底部，這樣可使底部炮眼的阻力得到較好的克服。

2.Ⅴ類圍巖開挖、爆破設計

V類圍巖受斷裂影響和構造節理的影響較小，且圍巖質地堅硬，抗風化能力較強，因此V類圍巖可使用全斷面開挖的方法進行施工。在爆破過程中，四周巖體“挾持”作用會影響爆破效果，掘進進尺控制為3.5m，設計最小抵抗線W=70cm，K=E/W=50/70=0.71，周邊眼眼距E=50cm，炸藥量為386kg。設計炮眼數量為207個。

五、施工方法及工藝

1.放樣布眼

鉆爆作業最為重要的就是進行掌子面布孔。首先，測量工作人員根據工程的具體需要來進行位置的確定，此時可以使用全站儀來完成。然后在使用紅色油漆畫出清洗的開孔輪廓線，并且根據設計的具體要求來布置好紅點來確定孔位。由專業人員進行上述數據的檢測，全部正確之后就進行放樣，根據爆破要求來調整其參數，保證最終的爆破效果。

2.調整鉆眼裝藥率

如果開挖面的凹凸度較大，炮眼深度就需要具體分析，可以適當地改變，但是應該保證所有的炮眼都處于同一平面上。鉆眼完成之后，要檢查其炮眼與設計位置是否完全相符，經過檢查之后合格才能將所有的炸藥裝入，然后進行爆破施工。

3.炮眼的布置

首先應該將槽眼清理干凈，保證炮眼的方向與巖體某一特定的位置層理是垂直的。與其他的眼比較，槽眼深度需要更深20cm。對于不同巖體性質要選擇不同的布置方式，這就需要具體問題具體分析。

4.臺車定位、鉆孔

本隧道工程中選擇使用的是臺架鉆眼的施工方式，首先應該將掌子面清理干凈，從而保證臺架可以與掌子面穩定接觸。鉆孔的過程中，周邊眼的外插應該嚴格控制尺寸，太大或者太小都會影響后續工作的進行，對于整體的爆破效果影響也比較大。

5.清孔裝藥

裝藥前必須要保證眼孔的內部清潔度符合要求，如果其內部存在石硝、巖灰或者積水等雜物，可以使用相應的設備清理干凈，然后檢查炮眼的深度、直徑、角度等參數是否符合要求。嚴格的按照設計圖進行分類，并且根據其結構形式選擇最佳的裝藥方式，雷管要安裝在指定的位置上，不能混裝。

6.連接起爆網絡、起爆

根據本工程中的起爆順序以及間隔的時間選擇采用復式網絡的起爆網。起爆實施之前，應該詳細地檢查導爆管起爆法的各個連接位置是否準確可靠，按照每束所包含爆管不超過15根的要求來進行連接使用。

六、安全防護

1.飛石控制防護措施

在爆破施工中控制爆破飛石應考慮以下措施：

（1）炮孔用巖粉或黃泥填塞，保證孔口堵塞長度和加強堵塞質量；

（2）嚴格按設計和具體地質條件選擇單位炸藥消耗量和填塞長度，利用地形地質條件，避免炮孔布置在地質弱面或斷層、裂隙上；

（3）合理的起爆模式，每個炮孔都具備側向自由面和延遲起爆時間。

2.振動控制措施

（1）根據爆破區域的實際環境情況采用諸如數碼雷管爆破、打減振孔等積極的爆破減振技術。

（2）進行爆破振動測試，根據振動測試數據，控制最大段藥量，合理選擇毫秒間隔時間。

（3）根據被保護物與爆源的相對位置，確定合理的抵抗線方向和起爆順序。

3.沖擊波控制措施

隧道內應加強警戒，所有人員撤離到警戒線外，躲避沖擊波的傷害。隧道掘進在小于 100m 時，警戒范圍為暗洞洞口 100m 內；隧道掘進大于100m 時，安全警戒點為暗洞洞口周邊。

4.有毒氣體

隧道爆破后，需做好排氣通風工作（通風時間不少于30min），并確認安全后，經現場指揮員批準方能進入作業區，并采取通風以外的其它消煙和檢測措施，確保每次入洞人員的安全。

七、結語

綜上所述，光面爆破施工方法節省了施工成本，保證了施工質量和施工安全，值得類似工程借鑒和參考。