摘要：在隧道挖進過程中，采用一般的爆破方法會使圍巖受到一定程度的損壞，影響圍巖穩定性，并產生嚴重的超欠挖，經濟上造成很大的浪費。光面爆破是為了控制周邊輪廓并能維持圍巖穩定的一種科學的施工技術，尤其在隧道、地鐵等對周邊輪廓要求較高的爆破施工中具有較明顯的效果，可形成規則、光滑、符合設計要求的輪廓。光面爆破效果受到圍巖條件、爆破器材、爆破參數、裝藥結構等多種因素的影響，在不同的工作環境中，需要經過反復的試驗與優化，才能獲得最佳效果。

　　關鍵詞：隧道;光面爆破;圍巖

　　1.工程概況

　　某隧道工程續穿越含砂粘性土、強風化花崗巖、中亞帶、強風化煌斑巖，其余段為中～微風化隧道圍巖。地貌形態為剝蝕斜坡，場地地形稍有起伏，對II、III 級圍巖采用上、下斷面光面爆破技術進行施工，為了降低施工成本、控制周邊輪廓、減小對鄰近圍巖穩定性的影響，在施工過程中需要不斷地探索合適的爆破參數與工藝。

　　2.光面爆破技術的優化

　　在隧道掘進過程中，針對大斷面隧道安全高效鉆爆施工技術進行了專門的試驗與研究，取得了很好的效果。

　　2.1. 爆破參數

　　2.1.1. 周邊孔間距E

　　周邊眼間距是影響開挖輪廓面平整度的主要因素，一般采用以下經驗公式確定E = (12～15)d 式中，d為炮孔直徑，經統計，現場平均炮孔直徑為42 mm。合理的周邊眼間距需要結合圍巖類型、巖石條件等因素進行選擇，對于節理發育、層理明顯的地段，周邊眼間距可適當減小。隧道掘進過程中，遇到的主要是II、III級圍巖。在經驗公式計算值的基礎上，結合工程實踐中的爆破效果比較，對II 級圍巖，取E = 350 mm;對III 級圍巖，取E = 350 mm。

　　2.1.2 炮孔密集系數m

　　炮孔密集系數m 是衡量光面爆破效果的一項重要指標，取決于周邊孔間距E 與最小抵抗線W。根據實踐經驗，在隧道施工中一般取m =0.6 ～1.2為宜。本工程經過多次試驗與效果對比，確定炮孔密集系數m=0.9。

　　2.1.3. 最小抵抗線W

　　隧道開挖過程中，最小抵抗線一般取決于光爆層的厚度，它直接影響光面爆破效果和爆破塊度。最小抵抗線W 可以通過炮孔密集系數與周邊孔間距來確定，即W = E /m。結合現場優化試驗，對II 級圍巖，取400 mm; 對III 級圍巖，取400 mm。

　　2.1.4. 裝藥集中度q

　　本工程中II 級圍巖的巖石平均抗壓強度為183 MPa，III 級圍巖的巖石平均抗壓強度為148 MPa。經計算，II 級圍巖光爆孔的裝藥集中度q=169g /m，取170g/m，III 級圍巖光爆孔的裝藥集中度q= 127.7g/m，取130g/m。利用光爆孔裝藥集中度的上述取值進行現場試驗，由試驗結果發現計算值對應的裝藥量偏低，效果不佳。根據爆破效果，不斷優化和調整裝藥量，最后得到了本工程光爆孔裝藥集中度的最佳取值為II級圍巖，q =400g/m，III 級圍巖，q=300g/m。

　　2.2. 炮孔布置

　　在隧道施工過程中，在對地質條件、開挖斷面、開挖進尺、爆破器材、振速要求等因素綜合考慮的基礎上，首先預選爆破參數，然后通過多次不同開挖進尺的試爆，再不斷調整和優化爆破參數。針對不同圍巖情況，通過多次現場試驗和參數調整，確定出了合理的炮孔布置方式。周邊眼、輔助眼按環形布孔，掏槽眼按線性布孔。為了能給輔助眼提供充分的自由面，本工程采用復式楔形掏槽，炮孔布置方式見圖1。

　　

 

　　圖1 上斷面開挖光面爆破設計示意圖

　　2.3.裝藥結構

　　通過現場試驗，周邊孔利用PVC 管，實現連續不耦合裝藥。將Φ15 mm 的PVC 管劈開，管的長度與炮孔的長度相對應。炸藥選用Φ25 mm的小直徑藥卷，單個藥卷重量為300 g。將其一分為四后，按1/4小直徑藥卷連續裝入PVC半管內，在底部將非電雷管塞入炸藥內，實現不用竹片、不用導爆索的周邊孔裝藥結構(如圖2所示)。與傳統的“竹片+導爆索”間隔裝藥結構(如圖3所示)相比，效果更好，成本更低。

　　2.4.起爆網路

　　選用非電毫秒塑料導爆管起爆系統，為減小爆破震動，相鄰段別之間需要保證足夠的、合適的毫秒延期時間。根據爆破器材，結合現場試驗情況，將相鄰段別之間的間隔時間定為50ms。因此，選用1～15段的非電毫秒雷管，跳段使用，可以將工作面炮孔分成七個區域按先后順序微差起爆。將工作面上各炮孔的導爆管分片集中成束，裝入聯接塊。各聯接塊外接的導爆管再集中成束裝入上一級聯接塊。依此類推，逐級簇聯，最后采用起爆器引爆。

　　

 

　　圖2 連續裝藥

　　

 

　　圖3 傳統間隔裝藥

　　3.爆破效果與經濟分析

　　3.1. 光爆效果

　　在隧道Ⅱ級圍巖地段，經過多次試驗，光面爆破效果基本達到了預期要求。爆破后形成了光潔平整的輪廓面，半孔殘眼率遠遠超過了規范規定，達到90%。炮眼利用率達到95%。欠挖很少，補炮工作量不大，超挖基本控制在10cm之內; 爆堆比較集中，巖渣粒度控制在30 cm以內，沒有二次解炮的現象，便于鏟裝。爆破振動監測結果表明，質點( 距爆源30m處) 最大爆破振動速度為3.743cm/s，遠小于規定的震動速，不會引起建筑物破壞。總之，隧道的光面爆破效果比較理想，很好地實現了“長進尺、弱擾動、少欠挖、小超挖”的安全高效施工要求。試驗過程中光面爆破效果見圖4 (a) ，相比之下，傳統的間隔裝藥結構的爆破方法對于超欠挖等不易控制，如圖4(b) 。

　　

 

　　圖4 光面爆破效果

　　3.2. 經濟效果

　　試驗現場采用了PVC 半管連續不耦合裝藥結構，與傳統的“竹片+導爆索”間隔裝藥結構相比，爆破效果更好，施工操作更加方便，經濟成本更低。表1 給出了兩種裝藥結構的經濟對比情況，按一個2m長的周邊孔來計算成本。顯然，現場試驗中采用的PVC半管裝藥方式，經濟效果更加顯著。

　　表1 經濟比較計算表

　　序列號材料名稱PVC 半管裝藥竹片、導爆索裝藥

　　數量/m 單價/元金額/元數量/m 單價/元金額/元

　　1PVC 半管21.53///

　　2導爆索///23.57

　　3竹片///20.51

　　4炸藥248248

　　5雷管24.89.624.89.6

　　合計　18.68　25.6

　　結論采用PVC 半管一個周邊孔節約5元材料投入

　　4.應用體會

　　通過隧道光面爆破技術的試驗與應用，再次證明了光面爆破技術是一項較為復雜的系統工程，需要結合實際施工，不斷優化參數設計。在施工過程中嚴格管理，加強對爆破作業各工序的監督與指導。施工過程中要做到工作到位，責任到人，獎罰制度明確。這樣以來，可以充分調動施工人員的勞動積極性，提高技術水平，加快施工進度，改善爆破效果，降低爆破成本。從具體的技術角度來講，在光面爆破施工過程中，需要注意以下幾個方面的質量保證:

　　(1)鉆孔質量

　　鉆孔質量是保證光面爆破效果的關鍵，周邊孔的外插角掌握不當就會造成超、欠挖，影響周邊輪廓的平整度。因此，在安排鉆工時，盡量選派技術水平高、經驗豐富且責任心強的工人來作業，實行定人、定位、定機、定質、定量的崗位責任制。

　　(2)堵塞質量

　　爆破作業中，不可忽視堵塞炮泥的作用，尤其是對不耦合系數較大的光面爆破。對于低爆速和低猛度的炸藥來說，爆轟氣體的作用尤為重要，而堵塞炮泥可以延長其作用時間，形成光滑、平整的輪廓面。

　　(3)嚴格檢查

　　爆破前，對光爆孔的間距、孔深、外插角按要求進行檢查、驗收，并詳細記錄炮孔數目、裝藥量和圍巖變化情況。爆破后檢查作業面的平整度、半孔率和超欠挖等，以便根據光爆效果調整和優化爆破參數。

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