光面爆破技術在隧道施工中的應用

都基海

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

根據鐵路規劃方案，新建牡丹江至佳木斯客專為沈佳鐵路工程的重要組成項目，全長371.622 km，新建線路長度367.190 km，設計時速250 km/h。據統計，該線路共有隧道34座，總長為63.732 km，地質情況較為復雜，其中Ⅲ、Ⅳ級圍巖范圍大，約為40 718 m，占隧道圍巖全長的63.9%。經反復討論，隧道開挖掘進施工采用光面爆破施工技術。

2 光面爆破

2.1 光面爆破實質

在開展開挖掘進作業的斷面輪廓線上布置炮眼后裝藥，連接井巷輪廓線，進而達到爆破效果。其中，布置炮眼時要確保炮眼間距相同且相互平行，采用低密度、低爆速炸藥，裝藥時要使得每個炮眼中的藥量相同，提升爆破效率和保證施工安全。

2.2 光面爆破機理

相較于預裂爆破法，光面爆破法在周邊輪廓線上需要布置的炮眼數量較少，在軟巖、中硬巖隧道爆破施工中應用較多。在光面爆破過程中，各個平行炮眼應在同時起爆，但考慮到起爆器材和人員安排等諸多因素，各平行炮眼并不是全部在同一個時間點發生爆炸，而是炮眼先產生細微徑向裂隙，進而形成貫穿裂縫。之后，在應力變化的影響下巖石下降、平衡裂隙擴大和應力波的傳播，確保圍巖的穩定性，形成平整光滑的爆破面。

3 光面爆破方案設計

3.1 上臺階光面爆破設計方案

3.1.1 炸藥的選擇

為了保證爆破面平整光滑，控制爆破作業對圍巖穩定性的影響，謹慎考慮和選擇輪廓線周邊眼填充炸藥，應選擇低密度、低爆速的炸藥，而針對掏槽眼和輔助眼應選擇效果較好的炸藥，采用高密度、高爆速炸藥，提升爆破施工的效率與安全。其中，需注意的要點有：

（1）充分分析各類炸藥的特性，本工程隧道施工炸藥均采用銨梯炸藥，并控制裝藥密度，從而達到控制各類孔不同的爆破效果。銨梯炸藥是一種混合型的炸藥，主要組成原料有硝酸銨、梯恩梯和木粉等，這種類型的炸藥適宜露天及井下作業，在中硬巖石爆破施工中應用廣泛，化學性質穩定，對沖擊、摩擦以及火花的靈敏性差，安全性較高，抗水能力較低，易與空氣中的水汽及其他水發生反應，出現結塊現象，影響爆炸效果，但對其進行烘干和碾碎處理后，可再次使用。基于此，在隧道施工中，常常添入適量的石蠟材料及瀝青，將其制作為抗水性炸藥[1]。

（2）為保證各類孔的爆破效果，本光面爆破方案設計中分別對各類孔的裝藥密度和裝藥系數進行規定，其中底眼、掏槽眼與輔助眼采用滿裝的方式，裝藥系數1；緩沖眼的裝藥量為60%，裝藥系數0.6；輪廓線上周邊眼的裝藥量為20%～30%，裝藥系數0.22。

（3）考慮到通常情況下炮眼直徑要比藥卷直徑大，其中標準藥卷直徑多在32～35 mm，而對應的炮眼直徑就要超出藥卷4～7 mm，以保證爆炸效果。在隧道爆破施工中采用光面爆破施工技術，應加強炮眼直徑和藥卷直徑的控制，輪廓線上周邊眼采用小直徑藥卷，提升爆破施工的穩定性，以避免出現拒爆情況。

3.1.2 爆破參數的選擇

根據實際情況，炮眼直徑D 確定為40 mm，斷面面積為81.3 m2，預定炸藥單耗q 為0.9 g/m3。分循環實施爆破開挖作業，每循環作業量為3.5 m，共使用炸藥255 kg。

3.2 炮眼的布置

3.2.1 掏槽眼

本光面爆破方案共設計4 組掏槽炮眼，呈對稱分布，掏槽的形式為楔形，炮眼直徑D 為40 mm。炮眼布置時，應確保炮眼與斷面成60°夾角，深度達到設計要求，即為300 mm。裝藥密度為滿裝，裝藥系數為1，采用直徑為32 mm 標準藥卷，控制藥卷長度，即達到360 mm，每個掏槽炮眼需要裝入10 節藥卷，滿裝需要3.3 kg 炸藥，4 組掏槽炮眼總裝藥量為26.4 kg。

3.2.2 周邊眼

本光面爆破方案共設計45 個周邊眼，裝藥密度為掏槽眼裝藥的20%～30%，裝藥系數0.22，采用直徑32 mm 標準藥卷，控制藥卷長度，即達到360 mm，計算出炮眼深度為3.8 m 共需要應用到的藥卷，每一周邊眼采用60%裝藥密度共需要0.33 kg炸藥，45 個周邊眼總裝藥量為14.85 kg。

周邊眼的相關指數：①直徑40 mm；②眼孔間距400～640 mm；③最小抵抗線400～800 mm。經計算，當周邊眼孔間距a 為500 mm 時，周邊眼最小抵抗線為500 mm。

3.2.3 輔助眼

本光面爆破方案共布置51 個輔助眼，裝藥密度為滿裝，裝藥系數為1，采用直徑32 mm 標準藥卷，控制藥卷長度，即達到360 mm，計算出炮眼深度為3.5 m 共需要7 節藥卷，滿裝裝入炸藥，每一輔助眼共需要炸藥2.31 kg，51 個輔助眼總裝藥量為117.8 kg。

經計算，當輔助眼孔間距a 為700 mm，輔助眼最小抵抗線為700 mm。

3.2.4 緩沖眼

本光面爆破方案共布置26 個緩沖眼，裝藥密度為60%，裝藥系數為0.6，采用直徑為32 mm 標準藥卷，控制藥卷長度，即達到360 mm，炮眼深度為3.5 m。每一緩沖眼需要炸藥1.65 kg，26 個緩沖眼總裝藥量為43 kg。

經計算，當緩沖眼孔間距a 為700 mm，緩沖眼最小抵抗線為700 mm。

3.2.5 底眼

本光面爆破方案共設計26 底眼，裝藥密度為滿裝，裝藥系數為1，采用直徑為32 mm 標準藥卷，控制藥卷長度，即達到360 mm，計算出炮眼深度為3.5 m 共需要7 節藥卷，滿裝裝入炸藥，每一底眼共需要炸藥2.31 kg，29 個底眼總裝藥量為60.6 kg。

與其他炮眼布置不同的是，底眼孔間距較大，布孔方式也不一樣，一般情況下布置間距為1000 mm，分兩排完成作業，但是在實際底眼布置中要根據具體的施工情況靈活處理。

3.3 起爆方式

根據裝藥形式的不同可以將炮眼分為掏槽眼、緩沖眼和周邊眼3 種，起爆方式的選擇也可以此為參考，遵循“延期爆破”的爆破原則，按照“掏槽眼→輔助眼→底眼→緩沖眼→周邊眼”的爆破順序，兼顧爆破效果與爆破安全雙重效益[2]。

3.4 裝藥結構

根據不同的炮眼類型設計裝藥結構，其中周邊眼裝藥結構設計為空氣間隔分節裝藥，控制相鄰兩個藥包的間距，設計間隔，避免藥包出現串動而影響爆破效果。值得注意的是，若井巷道中存在瓦斯等危險氣體，要做好安全設計，采用安全導爆索，再實施起爆作業。圖1 為周邊眼裝藥結構。

圖1 周邊眼裝藥結構

掏槽眼、輔助眼及底眼的裝藥結構設計為反向裝藥，該裝藥結構增加了爆炸生成氣體的停留時間，從而達到提升爆破效率、破碎巖石、降低大塊巖石的出現概率等爆破目的。圖2 為輔助眼與底眼裝藥結構。

圖2 輔助眼與底眼裝藥結構

3.5 炮孔堵塞長度

設計炮孔堵塞主要目的是保持爆炸生氣氣體匯集，提升炮眼與炸藥利用效率，避免出現沖泡與爆破不足的現象。應結合各類孔不同特點確定堵塞長度，經過反復研究和討論，本工程隧道光面爆破施工各類孔堵塞長度均設計為0.2 m。

4 鉆爆施工

4.1 鉆孔

鉆孔作業采用YT28 風槍，嚴格遵守鉆孔布置方案與施工規范實施作業，具體技術要點有：①不同炮眼的鉆孔深度與對孔誤差之間存在一定的差別，但都應該按照設計要求確定鉆孔深度，控制對孔誤差，如掏槽眼深度為300 mm，其眼孔誤差應控制3 cm 以內；②根據及時開挖情況調整炮眼深度，使得輔助眼、緩沖眼、周邊眼、底眼等炮眼底處在同一個垂直面上，掏槽眼特殊處理；③根據炮眼布置圖紙開展鉆孔驗收作業，驗收合格后才能進入下一道工序[3]。

4.2 裝藥

做好裝藥前的準備工作，清理炮眼中的雜質，“分片”“分組”開展裝藥作業。在裝藥過程中，要根據不同炮眼采用不同的裝藥結構，確保單眼裝藥量符合設計要求，雷管段也處理得當。

4.3 起爆網路

本工程隧道光面爆破起爆網絡設計為復式網路，起爆方式采用電雷管起爆。在連接起爆網絡時，應保持導爆管平順，采用黑膠布將傳爆雷管纏繞住，并安排技術人員查看連接情況，驗收合格后才能開展起爆作業。

5 結語

光面爆破施工技術優勢突出，在軟巖、中硬巖石隧道施工中均能夠達到較理想的施工效果，對圍巖干擾較小。分析光面爆破施工方案的設計及鉆爆施工中的技術要點，希望能為類似工程提供參考。