光面爆破技術在小斷面隧道施工中的應用分析

鄒 偉

（中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南 長沙 410000）

光面爆破技術能夠保證施工安全。小斷面隧道的施工環境復雜，存在著巨大的施工危險。在制定爆破方案時，需要綜合考慮多個因素，以確保施工過程的安全可靠，同時最大限度地控制爆破有害效應，保護周圍環境和設施的安全。通過嚴格遵循“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤測量”的基本原則，制定合理的爆破方案，可以有效提高隧道圍巖的安全穩定性與質量要求，為隧道施工的順利進行提供有力的保障。

1 光面爆破技術原理

光面爆破作為一種利用爆炸能量形成特定形狀的爆破技術，需選擇具有合適性能的炸藥，通常使用高爆炸藥，以獲得足夠的能量和爆轟速度。高爆炸藥具有高度穩定性和強大的爆炸能力，能夠提供充足的能量來形成所需的形狀。在爆破目標的內部或外部，將炸藥按照預定的位置布置，并且以所需的形狀進行排列，以便在爆炸時形成特定的目標形狀。炸藥的位置和排列方式是根據爆破目標的形狀和尺寸來確定的。在適當的時間和位置引爆炸藥，使其發生爆炸，這一點非常關鍵，因為引爆時間和位置的選擇直接影響最終形成的形狀。炸藥爆炸后，釋放大量的能量，形成沖擊波和高溫氣體，這些能量會迅速傳播到目標材料上，并且造成沖擊和破壞。通過對炸藥的合理選擇、布置和引爆，可以將爆炸所產生的能量集中到特定的位置和方向，從而實現形狀的精確控制[1]。

2 光面爆破技術在小斷面隧道施工中的應用優勢

2.1 精確控制斷面形狀

光面爆破技術可以實現對小斷面隧道的精確控制，確保隧道橫斷面的形狀準確符合設計要求。由于施工過程中難以避免的地質條件變異，使用傳統機械挖掘方法往往難以快速適應并調整隧道斷面。相比之下，光面爆破技術可以根據實際情況靈活調整炸藥布置和爆破方案，準確控制隧道斷面的形狀，這對于要求較高幾何尺度的地下結構的施工尤為重要。通過合理的炸藥布置和爆炸參數設置，可以在目標材料中形成所需的形狀。光面爆破產生的沖擊波和應力波在爆炸瞬間以極高的速度傳播[2]。

2.2 提高施工效率

光面爆破技術是一種具有高度安全性和環境友好特點的隧道開挖方法。相比傳統的機械挖掘方法，光面爆破技術不需要大型機械設備，減少了對施工現場的空間要求，提高了施工的靈活性和適應性。光面爆破技術是利用高能爆炸材料的爆炸能量，將巖石和土壤炸碎，形成光滑均勻的斷面。在進行光面爆破施工之前，需要進行詳細的勘察和設計，確定合理的爆破方案，最大限度地控制爆破產生的振動、噪聲和粉塵，減小對周圍環境的影響。目前，光面爆破技術應用十分廣泛，特別適用于軟弱地層和特殊地質條件的隧道開挖。軟弱地層往往難以通過傳統的機械挖掘方法進行開挖，而光面爆破技術能夠快速破壞軟弱地層，可以顯著提高開挖效率。

2.3 適應復雜地質環境

小斷面隧道往往需要穿越各種復雜地質條件，如堅硬巖石、軟弱土層、斷層和脆性地質層等。使用機械挖掘方法可能會遇到困難，無法滿足設計要求。而光面爆破技術可以根據地質條件調整爆破參數，以適應不同的地質環境。例如，在堅硬巖石中，可以增加炸藥的使用量和爆炸能量，以便充分破壞巖石；而在軟弱土層中，則可以采取減少炸藥量、增加支護措施等方式，以確保隧道開挖的穩定性。光面爆破技術的適應性和靈活性使得在復雜地質條件下的小斷面隧道施工更加可行。

3 光面爆破技術在小斷面隧道施工中的應用

以某地下糧倉小斷面通道為例，通道圍巖等級主要為Ⅱ級，巖石堅固系數為10～12，開挖斷面面積15.84m2，采用全斷面光面爆破進行開挖，使用自制臺車配合5把氣腿式風鉆人工鉆孔。

3.1 光爆設計

3.1.1 不耦合系數

不耦合系數是指光爆孔直徑與藥卷直徑的比值。不耦合系數參照表1 選值。

表1 光面爆破參數表

表2 光面爆破參數表（理論）

本工程采用A42 合金鉆頭，周邊孔采用A32 2#乳化炸藥，不耦合系數為1.31，在經驗數據的范圍內。

3.1.2 光爆孔密集系數

光爆孔密集系數K 是巖石爆破工程中的重要參數，它代表了光爆孔間距a 與光爆孔最小抵抗線W 的比值。K 值的大小直接影響著爆破效果和工程成本。K 值越小，即光爆孔密集系數越低，炮孔間距越小，巖體在爆破作業中能更精確地沿著光爆孔的連線裂開，從而有效地減少巖石的塊度，提高爆破的效果。然而，對應的情況是需要增加炮孔的數量，進而需要更多的雷管來進行雷管連接、安裝和爆破。一般情況下，建議的K值范圍是0.7 到1.0 之間，通常取K=0.9 左右。這個數值的選擇是在充分考慮了爆破效果和成本之間的平衡。在實際的工程應用中，需要根據具體的爆破對象的巖石特性、工程要求、爆破條件等因素進行綜合考量，確保選擇出最合適的K 值，從而達到安全高效的爆破效果。

結合表1，光爆孔間距定為a=0.4m，光爆孔最小抵抗線W=0.45，K=a/W=0.89，在經驗數據范圍內。

3.1.3 光爆孔數量

斷面直墻段及半圓拱布置光爆孔，按照0.4m 間距計算，直墻段光爆孔數量為14 個（底角孔不算為光爆孔），半圓拱光爆孔數量為15 個，故光爆孔總量29 個。

內圈孔與光爆孔間距為光爆層厚度，內圈孔間距可根據光爆層厚度及斷面總寬度計算，因此內圈孔的數量計算可參照光爆孔計算[3]。

3.1.4 掏槽方式的選取

掏槽方式分為直孔掏槽、斜孔掏槽、混合掏槽三種，由于斷面寬度較小，斜孔掏槽根本無法滿足進尺要求，且不方便臺車擺放，因為本工程采用直掏方式布孔更為合理，此掏槽方式裝藥系數為（0.8～0.9）L。根據斷面情況，在掏槽孔和周邊孔之間，均勻布置一排或數排輔助孔。

3.2 炮孔放樣

在光面爆破技術的應用中，炮孔放樣起著至關重要的作用。它是一個非常關鍵的步驟，可以確保爆破過程中所需的斷面形狀得以準確實現。在進行炮孔放樣之前，需要了解炮孔的基本參數。炮孔放樣的過程包括幾個關鍵的步驟，需要在地下對隧道斷面進行精確的測量定位，以確定其位置和范圍[4]。這需要借助先進的測量工具，如全站儀和地下雷達等，利用準確的坐標數據來定位炮孔。使用紅油漆在放樣點位置進行標記，并進行二次復核，才能進行開鉆。

3.3 開鉆

開鉆工作是隧道施工過程中的一項重要工作。它需要在炮孔放樣完成后進行，以便為后續的鉆孔和裝藥做準備。在進行開鉆之前，需要根據隧道斷面的形狀和炮孔放樣的數量、位置和深度等參數。這些參數的準確確定，對光面效果的好壞起著非常關鍵的作用。開鉆時，需使用人工鉆機或鉆孔臺車設備，在預定的位置上進行孔位的開設[5]。在開鉆過程中，操作人員需要嚴格按照放樣的位置和所需角度進行鉆孔，確?？孜坏臏蚀_性和質量。還要注意遵守安全操作規程，確保鉆工自身的安全。

3.4 鉆孔

鉆孔工作的第一步是選擇合適的鉆孔設備。鉆孔設備的選擇應根據斷面大小和土層特性來確定，以確保鉆孔過程順利進行。例如斷面大圍巖好時，鑿巖臺車效率更高，鉆孔效果更好；斷面小圍巖差時，人工風鉆鉆孔則更加適合。在實際的操作環節中，相關作業人員需要具備較為專業的技能，能夠準確控制鉆孔深度和角度，并根據實際情況進行修正。鉆孔時遵循以下要求，按照炮孔布置圖正確對孔和鉆進；掏槽孔比其它孔深10cm～20cm，孔口間距誤差和孔底間距誤差不得大于5cm；輔助孔孔口排距、行距誤差不大于10cm；周邊孔位置在設計斷面輪廓線上，要嚴格控制外插角，力求所有炮孔（除掏槽孔外）孔底在同一垂直面上；鉆孔完畢，按炮孔布置圖進行檢查。只有經過檢查合格后，才能進行裝藥起爆。

3.5 清孔

清孔是在鉆孔完成后，把孔內殘碴和泥漿清理干凈。在鉆孔過程中，圍巖的破碎不完整會形成殘碴和泥漿等雜物。這些雜物如果未及時清理，會對裝藥造成不利影響從而影響光面爆破效果。清孔可以通過吹掃、水沖等方式進行。吹掃通常使用φ25 鋼管輸入高壓風，將炮孔內雜物吹出來。水沖則使用高壓水槍，通過水射流將炮孔內雜物擠出來。操作人員需要佩戴適當的防護裝備，確保自身安全。清孔作業時，其他作業人員應遠離掌子面，防止被飛濺的雜物傷害。

3.6 裝藥

在進行裝藥操作時，需根據隧道斷面的形狀和爆破參數，精確安放炸藥的位置，以便實現較好的光面爆破效果。裝藥方式通常為用炮棍將炸藥捅進炮孔內，并連接雷管。裝藥過程中要注意保證裝藥的緊密程度和穩定性，從而確保爆炸能量在特定的方向和位置上釋放和發揮作用。裝藥的選擇和布置必須遵循嚴格的爆破設計和安全規范，并充分考慮隧道斷面的尺寸、地質條件和支護要求等因素。只有合理的裝藥方案，才能最大限度地發揮爆炸能量的作用，實現對光面爆破效果的控制。裝藥結束后，采用泡泥封堵每個炮孔，使爆破時炮孔內聚積壓縮能量，提高沖擊波的沖擊力，從而達到理想的爆破效果。

3.7 爆破

爆破采用電子雷管并聯延期起爆網絡，用工業電子雷管起爆器起爆。按照爆破起爆順序設計圖，對電子雷管進行延期時間編輯，每個段位相差20ms～25ms，排間間隔延時時間設計為25ms～50ms，光爆孔延時設計為主爆區延后100ms 以上。起爆順序為：掏槽孔-輔助孔-內圈孔-周邊孔。

3.8 光面爆破分析

經過一段時間對理論爆破參數進行試驗，對于本工程來說，通道Ⅱ級圍巖成洞較好，炮眼殘留率達到70%以上，平均每循環進尺2.4m，符合本工程進度及效益要求，后續施工中將按照此參數進行爆破作業。

4 結語

光面爆破技術在小斷面隧道施工中的應用涵蓋了光爆設計、炮孔放樣、開鉆、鉆孔、清孔和裝藥等多個環節。通過精確控制炸藥的布置和爆破過程的參數，光面爆破技術可以有效地實現對隧道斷面形狀的精確控制，提高施工效率、安全性和環保性。當然，在應用該技術時，需要嚴格遵循施工規范和安全指導，合理制定施工方案，并進行必要的安全管控措施，以確保施工的安全可靠和成果的達到。