高速公路隧道光面爆破施工技術(shù)應(yīng)用研究

朱 豪 （中鐵四局第七工程分公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

在隧道工程建設(shè)的過程中施行爆破作業(yè)時，常會出現(xiàn)坑道表面的輪廓線不平整的現(xiàn)象，究其根本原因，是因在實際施工的過程中，未進行欠挖，故造成較大的超挖，最終不僅影響了施工的正常進度，也進一步加大了工作量，給后續(xù)施工的有序進行造成了極大的影響。在高速公路隧道工程的爆破施工中，采用傳統(tǒng)的爆破施工技術(shù)，會給圍巖造成極大的擾動，進而降低其穩(wěn)定性。為解決上述問題，滿足噴錨支護的需求，應(yīng)用光面爆破施工技術(shù)。

1 工程概況

高速公路工程中的隧道段內(nèi)具有沖溝發(fā)育、山高坡陡與地形起伏法的特點，呈現(xiàn)中低山地貌。因沖溝的主要走向是南北，次為東西方向，故溝谷呈V字型。隧道軸線與地段地面之間的距離為1043.23m，經(jīng)過測量，其地形的坡度變化范圍在之間。320m是本次工程中隧道的最大埋深。隧道施工地點位于植被與山坡較多的地段，該地段基巖多裸露，以灌木叢與松木這兩種植物數(shù)量較多。隧道施工所處的區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶櫄夂颍哂邢臒o酷暑與冬無嚴寒的氣候特征，年平均氣溫不超過18℃，7月是一年中氣溫最高的一個月，最高的一天氣溫可達到27℃。元月氣溫最低，為5℃左右。下雨情況頻繁，降水量較多，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，年降水量在1000～1600m之間，最高一天的降雨量在180mm。12月到次年2月降水量最低，成為枯季，5～8月為雨季。年均日照時長近1117h，無霜時最長，一年至少有260d是無霜天，自歷史記載，最大積雪深度接近20cm。隧道施工所處的區(qū)域周圍僅存在少量的地表水體分布，地下水主要是通過大氣降水進行補給。在對鉆孔內(nèi)地下水位觀測隧道表面過程中，得到以下相關(guān)信息：①地下水位的變化與季節(jié)的轉(zhuǎn)換有著非常緊密的聯(lián)系，在雨季，地下水位出現(xiàn)不斷上升的跡象，且水量也在增大，而在旱季，地下水位明顯降低，其水量也相應(yīng)地減?。虎诘匦闻c地下水位之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，地形切割強烈地段，地下水位埋深度增加，同時地下水位的波動幅度也開始出現(xiàn)上升的趨勢，而在平緩地段地下水位埋藏相對要淺許多，水位波動幅度也不明顯。從上述的內(nèi)容中，了解到隧道地表水主要由大氣降水補給，根據(jù)當?shù)毓こ痰乃淼朗┕そ?jīng)驗，隧道的地下水與地表水的水質(zhì)對混凝土不會構(gòu)成腐蝕。

2 光面爆破施工原理

光面爆破亦稱控制性爆破，是一種將平整度控制與隧道開挖輪廓超欠挖這兩種技術(shù)進行有機結(jié)合的爆破技術(shù)[1]。光面爆破施工的具體操作是先進行底板眼、輔助眼、掏槽眼與周邊眼的布置，然后根據(jù)起爆的順序，并利用每個起爆環(huán)節(jié)的微差時間構(gòu)建臨空面，最后采用壓頂?shù)谋剖侄?，進而提高爆破施工的效果[2]。在光面爆破施工的過程中，還可以采用不連續(xù)且不耦合裝藥的方式，根據(jù)雷管的位置進行分斷布設(shè)，并引用高速公路隧道爆破施工中專用的紅線爆索形式構(gòu)建裝藥結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)周邊眼同一時間內(nèi)起爆的目標。同時，還可以通過分散裝藥量的方式，降低爆破施工對圍巖的擾動，確保其穩(wěn)定性，進而獲得平整巖面與巖面光滑的施工技術(shù)。在確定地質(zhì)條件下進行光面爆破施工，爆破參數(shù)選擇的合理性直接影響到光面爆破的效果。因此，在實際施工中，必須嚴格按照高速公路中隧道爆破參數(shù)施工炮眼，同時還要結(jié)合圍巖的具體情況，對爆破參數(shù)進行適當調(diào)整，確保光面爆破可達到理想的效果。

3 光面爆破施工設(shè)計

3.1 鑿巖機具選取

圖1 隨便光面爆破施工流程

按照施工現(xiàn)場的實際情況，制定爆破方案，本次隧道爆破施工中選用的爆破機具為YT28型號氣腿式鑿巖機，該鑿巖機的鉆頭直徑為42mm，主要材料為硬質(zhì)合金鋼，呈一字型。中空六棱形是該機具鉆桿的主要規(guī)格，其鉆桿的長度主要由3.5m、2.5m、2.0m與1.5m這4種。

3.2 爆破器材選取

爆破器選取以下幾個方面進行。

①炸藥。一般情況下，在高速公路的隧道光面爆破施工中，選用2號巖石乳化炸藥與32mm的標準藥卷。

②雷管。在光面爆破施工中，雷管主要用于孔內(nèi)，作為連接各控的一種工具。在選用雷管的過程中，應(yīng)當采用非電毫秒微差雷管，這種雷管一般有15段，在起爆雷管用電雷管中，發(fā)揮著重要的作用。

③導(dǎo)爆索。主要引用導(dǎo)爆索進行傳爆，周邊眼間隔裝藥[3]。

④裝藥結(jié)構(gòu)。在布置周邊眼的過程中，可以通過間隔不耦合裝藥的方式，在使用導(dǎo)爆索連結(jié)各藥卷的過程中，必須結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，選用合理的堵塞與裝藥方式。同時，周邊眼也可以采用非電雷管起爆32mm巖石乳化炸藥，可應(yīng)用空氣間隔裝藥與堵塞的方式進行起爆作業(yè)。其他炮孔均采用孔底正向進行起爆。

3.3 頁巖夾炭質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖層爆破設(shè)計

①炮眼根據(jù)臺車的分布進行設(shè)計。沿開挖臺車一架二架的布置方式相同，均是采用4排掏心眼的形式進行布置。壓頂炮眼的布置分2排進行。在底板眼、周邊眼與輔助眼各布置1排。如圖1所示，開挖上臺階炮眼布置。

②在上臺階光面爆破設(shè)計中，可以通過毫秒延時的方式，并利用雷管順序起爆之間的微差時間，選用單數(shù)段位13段。在掏槽眼布置中，可以選用1、3、5、7與9段，頂層壓頂眼與底板眼均選用9段，輔助眼應(yīng)用11段，周邊眼選用13段，底層壓頂眼使用7段。毫秒管凝土密實度，同時還要確保新的混凝土結(jié)構(gòu)與原有的混凝土結(jié)構(gòu)相同，確保施工的安全性。

③以40cm為周邊眼間距的主要設(shè)計標準。而輔助眼與周邊眼之間的排間距均設(shè)計為30cm，唯有這樣才能形成光爆結(jié)構(gòu)。起爆作業(yè)必須嚴格按照高速公路隧道光面施工的標準要求進行，先進行掏槽眼、擴槽眼與掘進眼起爆，然后再進行底板眼與內(nèi)圈眼起爆，最后再對剩下的周邊眼與輔助眼進行起爆。

圖2 開挖上臺階炮眼布置示意圖

4 質(zhì)量保證措施

①項目單位要專門設(shè)立一個光面爆破小組，并在此基礎(chǔ)上，實行TQC科技公關(guān)，對高速公路隨便光面爆破施工的質(zhì)量目標進行統(tǒng)一，確保各項施工責任落到實處。②做好技術(shù)交底工作，并完善技術(shù)交底制定，在施工前，要發(fā)放關(guān)于光面爆破施工作業(yè)指導(dǎo)書，確保每一位參與施工作業(yè)的工作人員明確自身需承擔的施工責任與施工內(nèi)容[3]。③堅持持證上崗制度，在施工前，要對施工人員進行全面的崗前培訓，提高施工人員自身的專業(yè)施工技術(shù)水平。④對各施工工序的過程進行全方面的控制，同時做好相關(guān)的施工記錄工作，堅持三檢制度。⑤根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況與爆破效果，對光爆設(shè)計參數(shù)進行科學、合理的修正，為施工班組及時提供準確的指導(dǎo)意見。

5 光爆后效果

圖3 爆破效果

在經(jīng)過多次的優(yōu)化與試驗后，發(fā)現(xiàn)光面爆破可以對周邊眼炸藥的爆破效果進行有效的控制，且在巖壁上新形成的孔跡非常清晰，在爆破施工中對圍巖未造成明顯的擾動，圍巖的穩(wěn)定性得到了有效的保障。同時，超挖量也減少了4%～6%。此外，在提高施工安全的同時，又相應(yīng)地減少了欠挖與超挖，使工程的進度與質(zhì)量得到大幅度的提高，進而減少了支護、回填與裝運的費用與工程量。如圖3為爆破后的效果。

6 結(jié)語

綜上所述，隧道施工是高速公路工程中重要的組成部分，其施工質(zhì)量直接影響到高速公路后續(xù)的正常使用，而爆破施工又是影響施工安全性與穩(wěn)定性的關(guān)鍵。因此，在隧道爆破施工中，選擇光面爆破施工技術(shù)，不僅可以降低施工過程中對圍巖的擾動，還可以確保后續(xù)施工活動有序進行。