光面爆破技術在柿花寨隧道施工中的應用

摘要:隧道施工關鍵工序是開挖，開挖的關鍵是光面爆破，影響光面爆破效果的因素很多，文章以滬昆客專柿花寨隧道為例對光面爆破的設計、保證光面爆破的技術措施進行了論述。

關鍵詞:光面爆破;方案設計;技術措施

中圖分類號： U652.7+2 文獻標識碼： A

1. 緒論

隧道鉆爆開挖，爆破質量直接影響洞身周邊應力分布狀況，同時直接影響施工單位的經(jīng)濟效益及施工形象。目前隧道爆破基本全部采用光面爆破技術，光面爆破的成功與否是隧道施工的關鍵所在。同時光面爆破也是一種難度較大的施工技術，在施工中如果爆破參數(shù)、施工方法選取不當，往往無法達到理想的爆破效果。

本文結合滬昆客專柿花寨隧道光面爆破現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，對隧道光面爆破進行淺談如下：

2.工程概況

柿花寨隧道起訖樁號：D1K568+762~D1K570+939，全長2177m，為單洞雙線結構隧道。主要由Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級三種圍巖組成，其中Ⅲ級圍巖1875m，占隧道比例的86.1%。

隧道位于云貴高原侵蝕構造中低山區(qū)，區(qū)內地形總體為東高西低。隧道洞身穿越區(qū)域以碳酸鹽巖廣泛分布為主要特征，具構造剝蝕～溶蝕槽谷地貌特點。槽谷的發(fā)育多與斷層、大型節(jié)理等構造走向線一致，呈線狀分布。坡麓自然斜坡陡峻，自然坡度10～20°。地質構造簡單，無大的斷裂構造形跡。

3.爆破方案設計

3.1．爆破參數(shù)的選擇

光面爆破參數(shù)選擇主要與地質條件有關，其次是炸藥的品種與性能；隧道開挖斷面的形狀與尺寸，裝藥結構與起爆方法。柿花寨隧道主要為Ⅲ級圍巖，開挖斷面的面積為142.4m2，采用2號巖石銨梯炸藥，周邊眼采用空氣間隔裝藥，其他炮眼采用連續(xù)柱狀裝藥，采用電雷管和毫秒導爆雷管起爆。

嚴格控制周邊眼的裝藥量，采用合理的裝藥結構，盡可能的使藥沿藥眼長均勻的分布，這是實現(xiàn)光面爆破的重要條件。

在光面爆破中，炮眼間距E、最小抵抗線W、炮眼密集系數(shù)K、裝藥密度q是相互制約的。

3.1.1光爆層厚度(B)

光爆層厚度就是周邊眼最小抵抗線，它與開挖的隧道斷面大小有關。在斷面跨度大，光爆眼所受到的夾制作用小，巖石比較容易崩落，光爆層厚度可以大些，斷面小，光爆眼所受到的夾制作用大，光爆層厚度可以小些，光爆層厚度與巖石的性質和地質構造也有關，堅硬巖石光爆層可小些，松軟破碎的巖石光爆層可大些。柿花寨隧道確定光爆層厚度(B)為0.50～0.80。

3.1.2周邊眼密集系數(shù)

周邊眼密集系數(shù)(K)是周邊眼間距(E)與光爆層厚度(B)的比值，是影響爆破效果的重要因素。

E=(12～16)d K= E/B

式中，E為周邊炮眼間距，cm；d為炮眼直徑，mm。K值總是小于1，當d=38～46mm，E =30～60cm，B=75～80cm時，K=0.6～0.8。周邊眼間距(E)需要通過現(xiàn)場光爆效果不斷調整，既達到減少鉆孔數(shù)量、節(jié)約炸藥，又需要滿足光爆效果，節(jié)約成本的目的。

3.1.3裝藥量計算：

光面爆破裝藥量的計算，主要是確定周邊眼光爆層炮眼裝藥集中度，即以kg/m表示，一般采用實驗方法求得或從同類工程中選取。

q=Q ×E ×B

式中q—裝藥集中度，kg/m；

Q—單位體積耗藥量，g/m3(根據(jù)巖質情況查施工手冊取值)

E—周邊眼間距，m；

B—光爆層厚度，m；

通過現(xiàn)場試驗和施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)，用計算法進行校核，確定q=0.15～0.25kg/m。

3.1.4炮眼裝藥、堵塞及起爆

周邊眼及輔助眼采用不連續(xù)裝藥結構，其中周邊眼為導爆索連接傳爆，其它炮眼采用底部放置非電毫秒延時雷管反向起爆裝藥結構，導爆管傳爆。炮孔裝藥完畢后，炮泥堵塞長度不小于20cm。炮眼起爆采用非電毫秒延時雷管分段起爆，使用1、3、5…15段，順序為：掏槽眼----輔助眼---周邊眼---底眼。

3.2．裝藥量分布及光面爆破炮眼布置圖(見下表)

光面爆破炮眼布置圖

光面爆破系數(shù)表

炮眼類型 間距（cm） 數(shù)量(個) 炮眼深度(m) 每孔裝藥量(卷)

每孔 小計 每孔 小計

掏槽眼 40*25 18 4.5 81 18 324

掏槽輔助眼 80 20 4.0 80 12 240

底板眼 120 10 3.7 37 12 120

底板輔助眼 130 14 3.7 51.8 9 126

周邊眼 49 52 3.6 187.2 2 104

其他輔助眼 80 55 3.6 198 8 440

合計 169 671 1354

4.光面爆破施工技術措施

鉆爆法施工工藝特點決定了超挖是不可避免的。合理的超挖，炮孔中心應與開挖輪廓線重合、仰角應按炮孔深度確定。光面爆破首先是選擇爆破方案，其次是鉆孔、爆破、組織管理、測量放線等。有統(tǒng)計資料顯示，影響光面爆破的主要因素不是地質條件，排在第一位的是鉆孔技術，其次是爆破技術和施工管理。這三項影響光面效果的82%。

4.1 爆破方案的選擇

本隧道采用一次分段爆破法，光面爆破孔和開挖主爆孔用遲發(fā)雷管同次分段起爆。光面爆破孔遲主爆孔150~200ms。必要時，采用短進尺鉆孔，從總體上提高光面爆破的效果。

4.2 鉆孔技術

4.2.1.實行分區(qū)、定位、定質、定量、定人的崗位責任制,開孔做到“準、直、平、齊”。

4.2.2.勤量勤測,找準中線水平,標定周邊眼及掏槽眼的孔位。

4.2.3.在拱頂1m處,定一臨時中線,以保證炮眼沿隧道中線鉆進;然后在標準孔內插上炮棍,作為其他炮孔的鉆進方向標志。

4.2.4.根據(jù)要求的鉆孔深度在鉆桿上做好標記,使孔底落在同一平面上。周邊眼孔深不超過輔助眼孔深。

4.2.5.正確掌握支架的角度：鉆機和支架間的角度在硬巖中一般保持在130°~140°之間；在軟巖中應保持120°~130°之間。

4.2.6.嚴格清孔及炮眼堵塞控制,確保清孔干凈及炮眼堵塞符合要求。

4.3.爆破技術

4.3.1.使用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥。

4.3.2.采用不偶合裝藥結構。光面爆破的不偶合系數(shù)最好大于2,但藥卷直徑不應小于該炸藥的臨界直徑，以保證穩(wěn)定傳爆。當采用間隔裝藥時，相鄰炮眼所用的藥卷位置應錯開，以充分利用炸藥效能。

4.3.3.嚴格掌握與周邊眼相鄰的內圈炮眼的爆破效果，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。周邊眼應盡量做到同時起爆。

4.3.4.嚴格控制裝藥集中度。為克服眼底巖石的夾制作用，通常在眼底需加強裝藥。

4.3.5.當巖石層理明顯時，炮眼方向應盡量垂直于層理面，如節(jié)理發(fā)育，炮眼應盡量避開節(jié)理，以防卡鉆和影響爆破效果。

4.3.組織管理

組織管理的中心是充分認識開挖工程的重要性和科學性，并在此基礎上提高施工人員的知識和技術水平。只有讓操作人員掌握了外插角的含義、各種炸藥的成分及其特性，才能主動去落實技術措施。

4.4.測量放線

4.4.1.嚴格控制隧道中線及標高。在洞外控制測量成果的基礎上，利用橫通道對左右洞進行中線和水平的閉合導線測量，確保測量精度。

4.4.2.采用先進儀器，激光投點，直接劃出開挖輪廓線。

4.4.3.周邊眼距離和最小抵抗線，要按不同的石質，選取效果較好的參數(shù)。一般情況下，周邊眼距離E，略小于最小抵抗線的距離V，其比例一般是E/V≈0.8。如果V 值較大，則圍巖會受到很大振動，殘孔難以保留，有時還會有小型塌方；如果V 值太小，爆炸的沖擊力輕易將外層爆開，而相臨周邊眼之間會留下一道鼓包，形成了欠挖。

光面爆破實施效果

柿花寨隧道開挖掘進300m，隧道開挖全部實行光面爆破，除開始的試驗段外，現(xiàn)已開挖地段光爆效果良好。爆破后炮眼痕跡率達90%以上，超欠挖量僅為5%左右。且?guī)r碴塊度較小亦均勻，利于裝碴，節(jié)省裝運時間。大大減少了支護投入，降低了工程造價。

6.結束語

本項目采用光面爆破開挖, 取得了較好的經(jīng)濟和社會效益, 達到了設計和規(guī)范要求。

爆破設計是隧道開挖的關鍵技術，在進行爆破設計時應根據(jù)隧道斷面大小、圍巖級別、機械設備等進行綜合考慮。

2．對同級圍巖，根據(jù)其巖石構造、破碎程度等不同情況，選取不同的光爆參數(shù)，可獲得比較的理想效果。

3．合理選用炸藥品種和優(yōu)化裝藥結構是保證光爆質量的重要因素。

4．提高測量畫線布眼精度是保證光爆質量的一項重要措施。

5．加強對起爆順序和光爆孔起爆時差的控制，為光爆孔提拱良好的爆破條件。

參考文獻

[1]《鐵路隧道施工規(guī)范》(TB10204-2002)

[2]《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)

[3]侯全欣，付顏生，政艷.彭水隧道光面爆破施工技術[J].鐵道標準設計，.2003(增刊)

[4]交通土建工程爆破工程師手冊 北京：人民交通出版社2002張志毅 王中黔

作者簡介：胡艷峰：男，1982年4月生，本科，工程師