公路隧道光面爆破施工技術研究

廖大成

（上海金山公路建設有限公司，上海 201599）

1 工程概況

嶺庵山隧道處于福建省泉州市永春縣境內，為分離式公路隧道。隧道左洞長度為3.002km，右洞長度為3.007km，左右洞均為特長隧道。其中左洞Ⅱ級圍巖1053m、Ⅲ級圍巖1101m，右洞Ⅱ級圍巖920m、Ⅲ級圍巖1255m。

該線路屬東南沿海斷塊隆起區的閩中掀斜隆起區，根據地質調繪及鉆探結果：隧道洞身圍巖為微風化凝灰熔巖、花崗巖，屬堅硬巖，巖體較破碎—完整；進出口段附近為中風化凝灰熔巖、花崗巖，為較堅硬巖，巖體破碎—較破碎，對隧道洞身圍巖的穩定較有利。

2 施工工藝

根據圍巖特點，隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面施工，光面爆破的方式進行開挖。

光面爆破施工流程是：選定爆破方案—依據爆破方案設計布眼—鑿巖臺架就位—鉆眼—裝藥—起爆—通風、出碴—記錄、檢查爆破效果—修正爆破參數設計—進入下一道工序。

2.1 測量放樣布眼

鉆孔前，先測設出隧道斷面中線位置，水平標高，使用全站儀將兩側拱腳、拱腰及拱頂位置測量準確，并用紅油漆將隧道輪廓線標識在掌子面上，按直角坐標（或其他測量方法）將鉆爆設計炮眼布置在開挖掌子面上。

2.2 鉆炮眼

使用自制折疊式鉆孔臺架，人工操縱YT28 風鉆鉆孔，臺架用裝載機運至掌子面，位置調整準確后，斜撐加固。

在鉆孔時，嚴格按技術交底要求作業，力保每個鉆孔都與隧道軸線平行，準確控制周邊眼的位置及外插角準確。

2.3 裝藥爆破

裝藥前先清孔，使用高壓風吹出巖渣。劃分區域，固定專人，各自熟記每個炮眼的起爆段別和裝藥結構，按爆破設計裝藥平行作業。

周邊眼按設計裝藥結構，在洞外用竹片綁扎，加工成串，后期改為在炮棍上用紅油漆作間距標記，使用導爆索聯火雷管反向裝藥，炮棍推送小藥卷乳化炸藥至設計位置。

每孔裝藥完成后，用炮泥堵塞孔口，堵塞長度不小于30cm。

2.4 起爆網絡聯結與起爆

起爆網絡采用簇聯法，每孔導爆管牽出后就近分束，分別捆綁于同段雷管上，之后把分束導爆管的牽頭并聯捆綁于一個火雷管上，留足導火索長度，所有人員撤離至安全距離。爆破員、安全員檢查確認無誤后，發出起爆信號，點火起爆。

2.5 通風

爆破后，先通風排煙。之后，作業人員進入工作面，使用有毒氣體測試儀對作業面空氣質量進行檢查，并檢查爆破情況，使用鋼釬清除拱部危石；挖掘機進入工作面，清理洞碴。

2.6 出碴

使用挖掘機結合裝載機清碴，根據運輸距離合理安排自卸汽車，將爆破出的洞碴運至棄碴場。

3 光面爆破鉆爆設計

3.1 爆破參數設計

嶺庵山隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖的方式，隧道開挖總斷面面積約為80m，采用光面爆破的方式進行爆破。

3.1.1 炮眼直徑：人工操縱YT28 風鉆鉆孔，孔徑為φ42mm。

3.1.2 炮眼深度：L 為3.1～3.7m，炮眼平均深度按3.5m 計算。

3.1.3 每立方米巖石炸藥耗用量：根據類似工程的相關經驗及設計的圍巖情況，該項目Ⅱ、Ⅲ級圍巖掘進每立方米巖石炸藥耗用量取值為1.2kg/m。

3.1.4 如圖1 所示，工作面炮眼數量確定為148 個。

圖1 全斷面開挖炮眼布置圖

3.1.5 炮眼數量計算（復核）

式（1）中：q——炸藥單耗，kg/m；

s——掘進斷面積，m；

η——炮眼利用率，取0.85；

m——每卷炸藥長度，m；

a——炮眼平均裝藥系數，取0.68；

b——每卷炸藥重量，kg。

計算布置炮眼數量為154 個，所以取炮眼數量為

148 個是合理的。

3.2 炮眼裝藥量

爆破作業一次總裝藥量計算：

式（2）中：Q——爆破一次總裝藥量，kg；

K——爆破每立方米巖石所需要炸藥量，

kg/m；

L——炮眼深度，m；

s——隧道斷面積，m；

η——炮眼利用率，取0.8～0.95。

Q=K×s×L×η=217.56kg

掏槽眼：Q 孔淺=L×a11×P/m=1.21kg/孔

Q 孔深=L×a12×P/m=2.42kg/孔

輔助眼：Q 孔2=L×a2×P/m=1.89kg/孔

底眼：Q 孔2=L×a2×P/m=2.16kg/孔

周邊眼裝藥密度：q=0.25kg/m

每孔裝藥量：Q 孔=q×L=1.08kg/孔

3.3 裝藥結構

3.3.1 爆破裝藥方式：掏槽眼、底眼均采用連續裝藥形式，周邊眼、輔助眼采用間斷裝藥形式，起爆雷管裝在孔底反向起爆。

3.3.2 炮眼堵塞：為減少爆破能量損失，裝藥孔均應用炮泥堵塞，不得采用包裝材料代替。配合比為1∶3 黏土和砂子，摻2%～3%食鹽，以水配制，干濕適度，先輕搗壓實，后用力搗實。周邊眼堵塞長度不小于0.3m。

3.3.3 炮眼裝藥、堵塞及起爆

周邊眼及輔助眼采用不連續裝藥結構，其中周邊眼為導爆索連接傳爆，其他炮眼采用底部放置非電毫秒延時雷管反向起爆裝藥結構，采用導爆管傳爆。炮眼起爆采用非電毫秒延時雷管分段起爆，使用1，3，5，7，9…15 段，起爆順序為：

掏槽眼—輔助眼—周邊眼—底板眼。裝藥示意圖如圖2 所示。

圖2 裝藥示意圖

3.3.4 施工注意事項

（1）該炮眼布置圖僅為示意圖，施工中要根據具體的圍巖情況，調整周邊眼的間距及最小抵抗線。

（2）施工中，根據爆破效果及時調整單孔裝藥量及炮眼間距，為提高光面爆破效果，建議在周邊眼除設置毫秒雷管外，再加入導爆索，以提高光面爆破效果。

4 光面爆破質量保證措施

建立健全的爆破質量管理體系，在爆破設計、爆破施工方案、光爆控制指標、施工組織等方面嚴格把關，并在施工中做好以下幾點。

一是保證鉆孔質量、裝藥結構，充分利用激光指向儀定向功能。鉆眼時先鉆正頂孔，使頂眼孔沿坑洞軸向鉆進，之后由頂端向兩側拱腰逐一鉆孔。周邊眼必須達到“直、準、平、齊”的標準，確保風鉆孔上仰角及外插角準確性，同時保證各孔底落在同一平面上。周邊眼使用導爆索實現間隔裝藥，綁扎竹片或通過炮棍上的標記，使周邊眼線裝藥結構及裝藥量等符合設計要求。

二是及時記錄炮眼布置、孔內裝藥量及爆破效果，由爆破技術員跟蹤記錄每茬炮的炮眼布置及孔內裝藥量。爆破后檢查爆破效果，根據開挖后洞型，周邊眼殘眼率，炮眼利用率、洞碴塊度、掌子面地質素描等評價每班爆破效果，并填寫“光面爆破技術分析表”。

三是推行崗位責任制，對施工中存在的問題，定期以書面報告的形式向管理層和作業班組提出指導意見，提高現場管理人員和施工人員的素質。通過崗位責任制加強檢查和監督，推行施工質量和勞材耗費與施工人員經濟利益掛鉤。

四是實行“定人、定位、定機”的崗位責任制。在鉆孔過程中，嚴格做到“不鉆殘孔、不鉆石縫、不鉆軟夾層、不鉆破碎帶”。

五是根據掌子面的實際情況，及時調整鉆眼深度，確保鉆眼孔底基本落在同一垂直斷面上。

5 影響隧道光面爆破效果的因素

5.1 地質條件

受巖石結構的影響，隧道掌子面圍巖情況變化較大，影響光面爆破效果。

5.2 鉆孔設備

鑿巖設備主要為風鉆和簡易鉆孔臺架，人工操作有一定的難度，受拱腰、拱腳處的眼位和鉆進方向臺架位置限制，存在人為操作的隨意性，周邊眼的位置控制不嚴格等現象。

5.3 炸藥品種及裝藥結構

炸藥與巖石之間聲抗阻不相匹配，炸藥猛度過大對炮眼壁產生過量破壞。光面爆破機理為周邊眼孔內均勻間隔裝藥，爆破后產生強大的沖擊波，使相鄰的兩炮眼之間形成貫通裂縫，開挖面輪廓較光滑平整。在施工現場有時周邊眼采用連續裝藥，藥卷直徑大，炸藥猛度大，導致拱腰以下部分爆破效果較差，開挖輪廓模糊。

5.4 爆破設計不當

周邊眼間距設計不合理，孔內裝藥結構不均勻分布，周邊眼與內圈眼之間的距離（抵抗線W）過大造成欠挖、過小造成超挖；另外，設計時忽視了臺車架位置對布孔的影響，使部分炮眼不能按設計要求布置。

5.5 施工操作不當

臺車架高度變化處鉆孔方向向上或向下偏斜過大，角炮、底板眼存在布孔、裝藥隨意性等，導致底板面不平整，拱腳超挖明顯。

5.6 施工管理重視不夠

大多數管理人員僅注意施工進度和方案的合理性，在工序的銜接上加大了管理力度，開挖作業則基本上是直接交給風鉆班控制，從而失去了對作業工人的引導、管理和制約功能。作業班組表現出來的則是一種被動的、墨守成規、隨機作業的行為模式，當然這中間有作業人員的素質問題，但歸根結底還是現場管理人員不夠重視造成的。只有認識到問題的嚴重性，明確開挖質量標準，相互監督，不斷改善施工工藝，才能達到提高開挖質量的目的。

6 光面爆破施工中存在問題的思考

6.1 爆破參數調整問題

隧道內圍巖變化復雜，圍巖的節理、裂隙發育情況不一，在實施光面爆破的過程中，需要根據實際情況及時調整隧道爆破參數，以確保取得較好的光面爆破效果。

為了真正做到“石變我變”，保證光爆設計的實施、光面爆破的質量，確保隧道不坍塌。

6.2 火工品的管理問題

6.2.1 在實施爆破的過程中，需要嚴格按照各項規程，確保項目火工品存儲、運輸、使用、回收各個環節的絕對安全。

6.2.2 可能有局部未能有效使用的雷管、炸藥被棄置于隧道的棄渣場內，如何采取有效的措施確保此部分雷管、炸藥能被及時發現并有效回收，也是隧道爆破管理的一個重要的方面。

7 結語

在隧道工程實施過程中，有效地控制光面爆破施工質量，對隧道后期的初期支護、防排水、襯砌等工程質量起到較好的作用，加快了隧道的施工進度，并節約了施工成本。