隧道全断面开挖光面爆破工法

【导读】 光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、办公设备线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断面开挖光面爆破工法，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。

一、光面爆破作用原理

光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。一般认为，炸药起爆时，对岩体产生两种效应：一是药包爆炸气体膨胀做功所起的作用。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心边线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心边线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀使裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。

二、光面爆破的技术要点

要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点：

1.根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。

2.严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。

3.周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索(传爆线)来实现空气间隔装药。

4.采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。

(一)周边眼常用参数的选择

1.周边眼间距E

它是直接控制开挖轮廓面平整度的主要因素。一般情况下E=(12～15)d，其中炮眼直径d=35～45mm。对于节理较发育、层理明显以及开挖轮廓要求较高的地下工程，周边眼间距可适当减小，也可在两炮眼之间增加一个不装药的导向空眼。

2.最小抵抗线W(光面层厚度)

W直接影响光面爆破效果和爆碴块度。其取值在(13～22)d范围内，且W≥E。

3.周边眼密集系数K

一般情况，以K=E/W=0.7～1.0为宜。

4.装药集中度q

采用2号岩石炸药进行光面爆破时，若预留光爆层，q=0.15～0.2kg/m；若全断面一次爆破，则q=0.2～0.3kg/m。如果采用其它炸药，则需进行换算，其换算系数C按下式求得：

C=1/2(2 ^# 岩石炸药猛度/换算炸药猛度+2 ^# 岩石炸药爆力/换算炸药爆力)

选取光面爆破参数可用类比法或查表(见表1)，必要时要在与所做工程地质条件相类似的岩层中试验，以求得更准确的爆破参数。

光面爆破常参数  表1

(二)周边眼装药结构

严格控制周边眼装药量中，采用合理的装药结构，尽量使炸药沿孔深均匀分布，是实现光面爆破的重要条件。常用的装药结构有以下几种：

1.连续装药：将计算出的药量按装药集中度均匀地装入炮眼，其起爆药包置于眼底。

2.间隔装药：为使爆炸力沿炮眼均匀分布，需将炸药沿炮眼全长布设，当其所需炸药药卷连续长度短于炮眼长度较多时，应采用间隔装药。

3.不偶合装药：采用卷装炸药时，多为不偶合装药结构，这时要注意，不偶合系数要在1.4～2.0范围内。

(三)合理安排爆破程序，选用合适的掏槽形式

采用全断面开挖隧道时，开始只有一个临空面，显然，这不利于取得好的爆破效果，需要创造新的临空面。为此，首选必须要选择合适的掏槽形式，以取得理想的掏槽效果；要合理安排爆破顺序，使爆破按掏槽、掘进、内圈、周边眼顺序进行，以便为掘进、内圈、周边眼逐次开辟临空面。实现顺序起爆的手段是采用微差爆破技术分段起爆。

三、光面爆破施工工艺

(一)放样布眼

钻眼前，测量人员要用红铅油准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。在直线段，可用3～5台激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。

(二)定位开眼

采用钻孔车钻眼时，台车与隧道轴线要保持平行。台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3cm和5cm以内。

(三)钻眼

钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要由有较丰富经验的老钻工司钻，台车下面有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角(眼深3m时，外插角 ﹤ 3°；眼深5m时，外插角 ﹤ 2°)，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时，应根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。

(四)清孔

装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑括出和吹净。

(五)装药

装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。

(六)联结起爆网路

起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。网路联好后，要有专人负责检查。

(七)瞎炮的处理

发现瞎炮，应首先查明原因。如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可，但此时的接头应尽量靠近炮眼。如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应参照TBJ404-87《铁路隧道安全技术规则》有关条款处理。

光面爆破操作其它事宜可参照TBJ204-86《铁路隧道施工规范》和TBJ404-87《铁路隧道安全技术规则》有关规定实施。。

四、隧道光面爆破质量检验标准

(一)超欠挖

爆破后的围岩面应圆顺平整，无欠挖，超挖量(平均线性超挖)应控制在10cm(眼深3m时)和18cm(眼深5m时)以内。

(二)半眼痕保存率

围岩为整体性好的坚硬岩石时，半眼痕保存率应大于80%，中硬岩石应大于70%，软岩应大于50%。

(三)对围岩的破坏程度

爆破后，围岩布无粉碎岩石和明显的裂缝，也不该有浮石(岩性不好时应无大浮石)。

(四)炮眼利用率

应大于90%。

五、主要施工设备

主要施工设备见表2

主要施工设备   表2

六、劳动组织

测量工：3人，负责测量放线。

炮  工：6人，负责吹眼、装药、边线、点炮。

风枪手：8人，负责钻眼。

司钻工：采用液压钻孔台车作业时每台车4人或每2台车7人。

修理工：2人，负责台车维修及充氮。

七、效益分析

光面爆破是隧道钻爆法开挖的先进技术之一，它不仅使围岩爆破松弛带比普通爆破小一倍以上，能较好地保持隧道围岩的稳定，有利于安全施工，岩面平整，为锚喷、衬砌等工序创造有得条件，同时还可减少超挖和回填混凝土数量。 隧道采用光面爆破，其平均线性超挖比普通爆破少10～30cm,合每延米少1.7～5.1m ³ (单线)和2.6～7.8 m ³ (双线)。 按超挖1 m ³ 增加直接费用200元(开挖费50元，回填混凝土150元)计算，每延米节约的费用分别达到340～1020元和520～1560元，经济效益十分显著。