光面爆破技術(shù)在軟弱圍巖隧道掘進(jìn)中的應(yīng)用研究

陶艷紅

摘 要：在進(jìn)行軟弱圍巖隧道掘進(jìn)作業(yè)的過程中，光面爆破技術(shù)起到了重要作用，但由于當(dāng)前有關(guān)理論仍然不夠完善，導(dǎo)致該技術(shù)的應(yīng)用存在一定的問題，通過對有關(guān)工程類比中包含了光面爆破參數(shù)的比較，應(yīng)用高效的技術(shù)手段，在實踐過程中對其進(jìn)行改正，以達(dá)到提升整個工程效果的目的。為此文章首先簡單闡述了光面爆破技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)原理及工程概述，隨后有針對性地研究光面爆破技術(shù)，望本次研究能夠幫助軟弱圍巖隧道掘進(jìn)效率大幅度提升。

關(guān)鍵詞：光面爆破技術(shù)；軟弱圍巖；隧道掘進(jìn)

0 引言

當(dāng)前，公路巖石隧道在掘進(jìn)過程中，多使用光面爆破技術(shù)。因此，國內(nèi)很多工程技術(shù)方面的研究學(xué)者針對這一內(nèi)容實施了研究。而眾多的研究成果促使隧道光面爆破技術(shù)更好的投入工程建設(shè)之中。不過由于當(dāng)前在軟巖方面的爆破理論仍然缺乏成熟性，導(dǎo)致相關(guān)的爆破作業(yè)在實施過程中仍然存在一定問題?；诖耍P者以實際工程作業(yè)為基礎(chǔ)對其實施研究，最大程度上提升軟弱圍巖隧道掘進(jìn)工作的整體工作效率。

1 光面爆破基本原理

所謂光面爆破法，即周邊爆破法，這一方法已經(jīng)較為廣泛的用于實際工程作業(yè)之中，進(jìn)而避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。通過這一方式能夠最大程度上促使挖掘面非常光滑、整齊，促使所得到的輪廓與工程設(shè)計相符合，確保圍巖更具穩(wěn)定性。針對分析光面爆破技術(shù)的實施流程，其主要在隧道斷面的周圍安置加密炮孔，并在所有炮孔中放置適量的藥，將其引爆，當(dāng)所有炮孔均爆破的瞬間，會產(chǎn)生一種沖擊波，基于這一壓力作用，炮孔壁會隨之出現(xiàn)裂紋。但一般情況下，藥卷與炮孔直徑之間存在非常大的差異性，爆破之后出現(xiàn)的沖擊波壓力因為空氣的作用出現(xiàn)降低，如此就不能在炮孔的周邊構(gòu)建一個粉碎區(qū)，此外炮孔連心線方向出現(xiàn)一定量的裂痕，隨后通過爆破中產(chǎn)生的氣體所產(chǎn)生的作用，將所有炮孔之間的裂隙連接在一起，進(jìn)而得到一個較為平整的光爆面。目前實現(xiàn)光面爆破的手段主要包括運(yùn)用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，爆破過程中使用的炸藥具備爆速低、密度低等特性，進(jìn)而得到足夠的爆破氣體量。

2 工程概況

國內(nèi)有名的高速公路工程橫城子隧道主要通過光面爆破技術(shù)產(chǎn)生，該隧道地處燕山山脈的延伸處，存在非常大的地勢起伏，海拔在290～425m之間。同時隧道洞口圍巖為強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化粉砂巖，其節(jié)理裂縫發(fā)育，局部存在很多小型的破碎帶，巖體的破碎呈現(xiàn)一種碎塊或塊狀，缺乏完整性。因此實際爆破過程中，需要基于圍巖類型的差異性，洞身挖掘過程中多采用小斷面光面爆破技術(shù)以應(yīng)對隧道超欠挖等情況的出現(xiàn)。

3 爆破參數(shù)設(shè)計

3.1 炮眼直徑與不耦合系數(shù)

不耦合系數(shù)的數(shù)值為炮眼及藥卷直徑之間的比值，正常情況下這一系數(shù)的數(shù)值為1.1～1.3，隨著數(shù)值的增加，炮孔壁受到的切向應(yīng)力呈現(xiàn)降低的結(jié)果，同時爆破之后產(chǎn)生的沖擊波波形具備平緩、沖擊波作用較長等特征。在所有爆炸能量構(gòu)成中隨著其產(chǎn)生氣體膨脹過程中做功較大，進(jìn)而便于應(yīng)力的集中型與疊加作用，也更易產(chǎn)生拉伸裂縫，避免出現(xiàn)粉碎的情況。此外當(dāng)炮眼的直徑為24～48mm時，這類小直徑炮眼能夠最大程度上增加鉆巖速度，促使掘進(jìn)輪廓保持整齊的狀態(tài)，以達(dá)到圍巖破壞情況減弱的目標(biāo)，與此同時降低材料的損失，進(jìn)而控制周邊眼的爆破效果。而炮眼直徑在50～70mm之間時，該范圍內(nèi)的炮眼多使用于圍巖程度較優(yōu)質(zhì)的地質(zhì)，往往適用于大面積的掘進(jìn)工作。基于上述內(nèi)容可以得出，本次研究隧道應(yīng)選擇第一種直徑較小的炮眼，使用間隔性以及不耦合性的裝藥結(jié)構(gòu)，而其系數(shù)以1.3為最佳。

3.2 炮眼深度和角度

在實際隧道掘進(jìn)過程中，實施全段面的爆破炮眼深度常規(guī)數(shù)值控制在1.5～2m，而這一數(shù)值是基于開挖斷面寬度得出的，炮眼深度一般為開挖斷面寬度的0.5～0.7倍，即：在掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)行過程中，炮眼軸線與輪廓線之間的角度一般控制在3°～5°，同時周邊眼口與挖掘輪廓之間的距離保持在5～10cm，此外炮眼的方向以眼口方向為準(zhǔn)，同時向外傾斜?；谲浫鯂鷰r隧道掘進(jìn)的設(shè)計方案、工程周圍的地質(zhì)勘查結(jié)果以及掘進(jìn)方式，初步確定炮孔的安置深度，其中四級圍巖的深度控制為0.5～1m，五級圍巖炮孔深度控制在1～1.5m；而三級圍巖的炮孔深度控制在2～2.5m。

3.3 炮眼間距

對于軟弱圍巖隧道掘進(jìn)工作而言，合理、精準(zhǔn)的確定出炮眼之間的間距對隧道光面爆破技術(shù)的成功性起到直接性作用。當(dāng)炮眼之間的距離過大時，很難構(gòu)建出光面裂隙。當(dāng)炮眼之間的距離過小時，很大程度上加大了鉆孔的整體工作量，同時所使用的炸藥數(shù)量也隨之提升，使用成本就會增加，也就無法達(dá)到預(yù)期的光面爆破效果。因此在控制周邊炮眼間距的過程中可以通過炮眼直徑得到，炮眼間距一般為炮眼直徑的8～12倍，即。正常情況下，炮眼間距的大小應(yīng)該控制在500～700mm。若拱形隧道之間的跨度保持在較小的狀態(tài)時，炮眼孔距會隨之減小，即400～450mm；反之，因圍巖的堅硬程度較差，難以破碎，缺乏顯著的層面陰影，使得炮眼孔距增大，達(dá)到800～900mm。一般情況下有輔助型的炮眼間距數(shù)值維持在400～600mm。

3.4 總裝藥量的計算

在進(jìn)行隧道掘進(jìn)時，需要提前對光面爆破技術(shù)的裝藥量進(jìn)行運(yùn)算，而這一運(yùn)算公式為，在這一公式中，Q主要代表一次光面爆破所使用的所有藥量，單位為kg；而K主要表示某一單位內(nèi)巖石的爆破使用藥量，單位為kg/m3；L主要表示炮眼安置的深度或爆破設(shè)計中的掘進(jìn)深度，單位為m；S則表示隧道掘進(jìn)的斷面挖掘面積大小，單位為m2。

3.5 炸藥量的分配

在軟弱圍巖隧道掘進(jìn)時，需要按照上文計算得出的藥量放置到所有炮眼之中，因此對于其分配作業(yè)，需要基于炮眼裝藥系數(shù)實現(xiàn)。若使用直眼掏槽，需要基于工程現(xiàn)場情況進(jìn)行控制，一般需要增加一至二成，進(jìn)而確保掏槽效果的精準(zhǔn)性。對于底板眼爆破及掏槽眼的用量而言，往往使用所有用量的七成，同時槽眼掘進(jìn)需要較炮眼增加20cm。布孔過程中需要在挖掘斷面中線的左或右一側(cè)，其偏離的大小控制在1.5～1.8m。實際測量所有排煙深度的過程中，需要結(jié)合工程的實際現(xiàn)狀對所有炮孔的藥量使用進(jìn)行控制，炸藥的分配及加工行為可以設(shè)定某一房間專門、有針對性地進(jìn)行，藥量加工之后對其進(jìn)行編號，并安排專門的工作人員將藥放置到炮眼之中。裝藥過程中需要確保與相關(guān)的操作規(guī)程相吻合，炸藥放完之后再使用之前配置好的炮泥覆蓋。結(jié)合上文內(nèi)容，得到炮孔布置示意圖如下圖1。

4 結(jié)論

在實際軟弱圍巖隧道掘進(jìn)作業(yè)過程中，光面爆破技術(shù)具備重要意義，能夠很好地促使隧道形狀具備整齊性，大幅度減少甚至是消除隧道超欠挖的現(xiàn)象；使爆破應(yīng)力壓力較為均勻，進(jìn)而避免隧道圍巖出現(xiàn)干擾作用，便于圍巖存在穩(wěn)定性，使得隧道工程的應(yīng)用及養(yǎng)護(hù)具備優(yōu)質(zhì)的前提；進(jìn)一步使施工作業(yè)安全性得到提升，大幅度降低了材料消耗量，屬于高效、科學(xué)性的爆破方式。結(jié)合對應(yīng)的工程分析及類比運(yùn)算方式，與工程自身因素相結(jié)合，通過試驗驗證的方式，促使光面爆破技術(shù)達(dá)到預(yù)期效果。

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（作者單位：中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司）