光面爆破技術(shù)在隧道開挖中的應(yīng)用

李增增

摘 要：在我國隧道工程事業(yè)發(fā)展進(jìn)程向前推進(jìn)的過程中，我國隧道開挖工程體系發(fā)展速度也隨之提升。光面爆破技術(shù)是隧道工程施工領(lǐng)域當(dāng)中的一項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)，在以往幾年當(dāng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。光面爆破技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以讓炮孔鉆孔的精準(zhǔn)性得到大幅度提升，也可以讓爆破流程中的藥量得到有效地控制，施工技術(shù)水平高度會對隧道工程施工質(zhì)量造成一定影響，筆者依據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料的記載，對光面爆破技術(shù)在隧道開挖過程中的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，希望可以在日后相關(guān)工作人員對這個(gè)問題進(jìn)行分析的時(shí)候，起到一定借鑒性作用。

關(guān)鍵詞：光面；爆破技術(shù)；隧道開挖；應(yīng)用；分析

1 問題研究背景及意義

隧道開挖施工環(huán)節(jié)中，一般都會使用新方法來施工，施工環(huán)節(jié)中最為重要的一項(xiàng)技術(shù)是光面爆破，之所以使用光面爆破技術(shù)是因?yàn)榭梢宰尡品秶约胺较虻玫接行У乜刂?，以免爆破對周邊圍巖造成影響，也可以讓超欠挖問題出現(xiàn)的幾率得到有效地控制，讓爆破之后的隧道圍巖壁面平整性及光滑性得到保證，以便于可以讓隧道設(shè)計(jì)實(shí)際要求得到滿足，因此在爆破施工正式開始之前，應(yīng)當(dāng)將圍巖的實(shí)際情況作為依據(jù)，確定下來準(zhǔn)確性較強(qiáng)的爆破參數(shù)。

2 光面爆破技術(shù)的原理分析

2.1 應(yīng)力波疊加作用

同時(shí)起爆的相鄰炮孔之間產(chǎn)生一定應(yīng)力波，當(dāng)應(yīng)力波在炮孔連心線的中心點(diǎn)位上相遇的情況下，應(yīng)力波之間會疊加，因此會在中諜的連心線中心位置上形成一定拉應(yīng)力。

假如合成拉應(yīng)力的數(shù)值超過巖石極限抗拉強(qiáng)度的情況下，會在兩個(gè)炮孔當(dāng)中形成裂隙，而后沿著連心線向著兩個(gè)炮孔方向發(fā)展，最終就會形成斷裂面。

2.2 靜壓力作用

因?yàn)榭諝忾g隙本身帶有一定緩沖性作用，以往作用在巖壁上的沖擊波波峰壓力會忽然消失，因此爆炸氣體產(chǎn)物可以在炮孔當(dāng)中長時(shí)間維持高壓狀態(tài)。在上文中所說的這種準(zhǔn)靜壓力作用之下，會在炮孔的連心線上形成很大的切向拉伸應(yīng)力，也會在連心線和巖壁交互的位置上形成應(yīng)力集中問題，兩個(gè)炮孔之間的距離越近，應(yīng)力集中問題就約為明顯一些。在此基礎(chǔ)上可以了解到的是，光面爆破技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過程中，在爆破之后，首先在巖壁應(yīng)力集中位置上出現(xiàn)拉伸裂隙問題，而后裂隙會隨著炮孔連線方向向外部延伸，并形成平整性與光滑性比較強(qiáng)的斷裂面。

2.3 應(yīng)力波和炮轟氣體共同的作用

在最先起爆裝藥炮孔當(dāng)中應(yīng)力波的作用之下，不單單會在裝藥炮孔的周邊，也會在相鄰孔洞的壁面上，沿著預(yù)裂面形成一定數(shù)量封閉裂縫。在已經(jīng)形成一定數(shù)量裂隙的裝藥孔洞當(dāng)中起爆炸藥，讓封閉裂隙得到進(jìn)一步的拓展，會沿著與烈面形成比較長的裂隙，在其他各個(gè)方向上形成的裂隙數(shù)量并不是很多。與此同時(shí)，在裝藥孔洞炸藥起爆之后，也會在相鄰裝藥孔洞周邊形成嶄新的裂縫問題。在后續(xù)各個(gè)裝藥孔洞依次起爆之后，會讓封閉裂隙的規(guī)模逐漸增大，在應(yīng)力波作用下裂隙形成的瞬間，爆破氣體的壓力作用仍然比較強(qiáng)，會讓封閉裂隙沿著各個(gè)孔洞之間的連線逐漸擴(kuò)大，在此基礎(chǔ)上，各個(gè)封閉裂隙相互之間貫通起來，形成一條貫穿性裂隙，巖石就會隨著這一個(gè)裂隙裂開，并形成光滑性比較強(qiáng)的斷面。

3 各類光面爆破技術(shù)

3.1 輪廓線鉆眼法

輪廓線鉆孔法是沿著預(yù)定的隧道開挖輪廓線開鑿相鄰的炮眼，在這些炮孔當(dāng)中不安裝任何炸藥，而后將其和自由面之間的距離作為依據(jù)，鉆出來一系列炮孔并安裝炸藥開展爆破工作。因?yàn)榕诳字g的相互距離比較近，可以將其他炮孔爆炸時(shí)候產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力波隔離開來，并對裂縫的傳遞與擴(kuò)展進(jìn)行阻隔，將巖體沿著弱面切開，對巖壁的平整性做出一定保證，并讓巖體的穩(wěn)定性得到保證。

3.2 預(yù)裂爆破法

預(yù)裂爆破法實(shí)際應(yīng)用的過程中，首先會在輪廓線上開鑿出來平行并且密集性較強(qiáng)的炮孔，在炮眼當(dāng)中填裝炸藥，并讓其先于其他炮孔起爆，在輪廓線上炮孔間距、數(shù)量以及裝藥數(shù)量比較適合的情況下，爆破之后各個(gè)炮孔之間會形成相互貫穿的裂隙，和原有的巖壁之間割離開來。而后再將其他各個(gè)炮孔爆破，因?yàn)檩喞€上的裂縫已經(jīng)形成，因此其他各個(gè)炮孔爆破的過程中，并不會引發(fā)圍巖巖體破壞問題，也可以在爆破之后形成光滑性比較強(qiáng)的平整壁面。預(yù)裂爆破模式實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以發(fā)揮出來一定隔振作用，在巖體完整的硬質(zhì)巖壁、中等硬度巖壁深眼爆破過程中，展現(xiàn)出來的適用性比較強(qiáng)。

3.3 光面爆破法

光面爆破法和預(yù)裂爆破法正好是相反的，輪廓線上的炮孔是在其他各個(gè)炮孔爆破完成之后再起爆，是軟巖、中硬巖隧道淺眼爆破施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，經(jīng)常應(yīng)用到的一種方法，在和預(yù)裂爆破法進(jìn)行相互比較之后，光面爆破法實(shí)際應(yīng)用的過程中，在周邊輪廓線上開鑿的炮孔數(shù)量比較少。將不同類型斷面作為依據(jù)，施工方法可以劃分為光面層光面爆破法以及全斷面一次爆破光面爆破法，以便于可以在不同情況下，應(yīng)用適用性比較強(qiáng)的爆破法。

4 光面爆破法的實(shí)際應(yīng)用過程

4.1 周邊炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

周邊炮孔一般會使用三種模式，破碎性較強(qiáng)的軟弱巖層，在這種巖層當(dāng)中應(yīng)用雙層爆線，軟巖類中等巖層，使用竹片、小直徑藥卷間隔裝藥結(jié)構(gòu)，在炮孔的底部適當(dāng)添加一定數(shù)量炸藥。在完整性較強(qiáng)的軟弱巖層當(dāng)中，可以使用直徑較小的直徑光爆炸藥連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)、光爆孔間隔裝藥工作進(jìn)行的過程中，應(yīng)當(dāng)使用爆索將各個(gè)炮眼相互連接在一起，以免在溝槽效應(yīng)問題的影響下，形成熄炮這種問題。

其他各個(gè)炮孔裝藥工作進(jìn)行的過程中，應(yīng)當(dāng)使用連續(xù)型裝藥結(jié)構(gòu)，其他炮孔裝藥完成后，堵塞工作進(jìn)行進(jìn)行的過程中，炮泥應(yīng)當(dāng)堵塞在和裝藥位置相互連接的地方，依據(jù)實(shí)際案例可以了解到的是，這種堵塞方法相較于炮孔堵塞方法來說，形成的爆破效果更好一些。

裝藥結(jié)構(gòu)隧道爆破孔中填充的炸藥可以使用正向或者反向起爆模式，僅僅填裝瞬發(fā)型雷管的炮眼應(yīng)當(dāng)使用正向起爆模式，也就是在槽體的首段位置上應(yīng)用正向起爆模式，其他的各個(gè)炮孔眼應(yīng)用反向起爆模式，在此背景下，起爆工作完成之后形成的巖碴塊度可以得到保證。

在深眼爆破模式實(shí)際應(yīng)用的過程中，應(yīng)當(dāng)使用到的是直徑比較大的藥卷，直徑較大的藥卷實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以盡可能規(guī)避爆破流程當(dāng)中的“管道效應(yīng)”，以免炸藥在深眼當(dāng)中形成中途熄滅問題，對整體爆破效果造成一定負(fù)面影響。

4.2 爆破器材選擇

假如隧道當(dāng)中水分比較少，可以使用二號巖石銷銨炸藥，在水分含量比較多的隧道當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)使用乳化炸藥，在瓦斯含量較高的隧道當(dāng)中應(yīng)用煤礦安全炸藥。

在沒有任何瓦斯氣體的隧道當(dāng)中，可以使用非電毫秒雷管，在存在瓦斯的隧道當(dāng)中可以使用電雷管，在隧道當(dāng)中開展大斷面爆破工作，應(yīng)用到的雷管的數(shù)量應(yīng)當(dāng)在1-15個(gè)之間。

4.3 起爆工作的順序

先在槽體當(dāng)中進(jìn)行爆破，而后在拓展槽體范圍，而后依據(jù)掘進(jìn)眼——二臺眼——內(nèi)圈眼——底板眼的順序，逐層開展爆破工作，最終在周邊光面當(dāng)中開展爆破工作，在落實(shí)雷管段號的過程中，應(yīng)當(dāng)注意到下文中所說的這些問題，各段之間間隔的時(shí)間應(yīng)當(dāng)?shù)玫接行У乜刂?；其次，在同一段的各個(gè)炮眼當(dāng)中，填裝炸藥的數(shù)量應(yīng)當(dāng)小于最大單段允許炸藥填充數(shù)量；第三，前一段的爆破工作應(yīng)當(dāng)為后續(xù)爆破工作的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.4 炮孔的掘進(jìn)深度及角度

炮孔的深度及角度，和光面爆破效果之間有密切的相互關(guān)系。炮孔的深度越大，想要控制角度的難度越高，因此在爆破完成之后，洞面當(dāng)中容易出現(xiàn)不平整問題。為了可以讓鉆孔的質(zhì)量得到保證，施工單位實(shí)際工作的過程中，可以使用高效鉆孔鑿巖機(jī)械，針對鉆孔人員開展的業(yè)務(wù)培訓(xùn)力度應(yīng)當(dāng)?shù)玫酱蠓忍嵘?，在炮孔鉆進(jìn)工作進(jìn)行的過程中，應(yīng)當(dāng)做到的是定人、定眼以及定位。將圍巖條件作為依據(jù)將鉆孔的深度確定下來，III級圍巖全斷面開挖工作進(jìn)行的過程中，炮孔的深度應(yīng)當(dāng)被控制在4m左右，IV級圍巖上下斷面開挖工作進(jìn)行的過程中，炮孔的深度應(yīng)當(dāng)被控制在3m左右。掏槽眼III級圍巖過程中使用直眼掏槽工作模式；IV級圍巖當(dāng)中應(yīng)用斜眼掏槽工作模式，掏槽眼的深度相較于輔助眼和周邊眼的深度要大10cm以上。輔助眼和周邊眼深度一樣，各個(gè)眼底部應(yīng)當(dāng)盡可能保持在同一個(gè)垂面上。輔助眼鉆孔角度應(yīng)當(dāng)盡可能垂直于開挖斷斷面鉆孔，周邊眼鉆孔角度依據(jù)2°向外傾斜一些，斜率應(yīng)當(dāng)被控制在5cm/m之內(nèi)，并且眼底部不應(yīng)當(dāng)超過開挖斷面輪廓線10cm，最多也不可以超過15cm。底板眼鉆孔深度和角度和周邊眼一樣。掏槽中空眼鉆孔深度及角度和掏槽眼一樣，鉆孔直徑是10cm。上文中所說的各種類型炮孔的平面位置、角度以及深度等參數(shù)的誤差不可以超過3cm。在開挖對象是平整度較低的斷面的時(shí)候，將斷面的實(shí)際情況作為依據(jù)，來對炮孔的深度以及炸藥填充量進(jìn)行調(diào)整，以便于可以對斷面平整性與垂直性做出一定保證。

5 工程項(xiàng)目實(shí)際情況

因?yàn)楣こ添?xiàng)目所在地的地質(zhì)地形復(fù)雜性較強(qiáng)，施工難度非常高，為了可以累積實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，將隧道的某一段作為試點(diǎn)工程項(xiàng)目。試點(diǎn)工程項(xiàng)目隧道是山嶺區(qū)域雙洞單向交通分離型隧道，隸屬于特長公路隧道包含的范圍內(nèi)，也是我國范圍內(nèi)埋藏深度比較大的公路隧道之一。試點(diǎn)隧道工程實(shí)驗(yàn)段隧道的長度是24496m，斜井兩座，一號斜井是1910m，二號斜井是2408m。試點(diǎn)隧道工程項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，應(yīng)用公路隧道節(jié)能環(huán)保水壓光面爆破施工技術(shù)，可以讓鉆爆法施工環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題得到有效地控制，也可以讓圍巖擾動(dòng)問題的影響得到有效控制，因此可以讓工程項(xiàng)目質(zhì)量及安全性得到保證，讓施工工期得到有效地控制，讓工程成本得到控制，也可以讓施工人員的身體健康得到一定保證。創(chuàng)新型施工工法實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以讓炸藥能量利用率得到大幅度提升，提升炮眼的工作效率，讓掘進(jìn)速度被控制在既定范圍內(nèi)，節(jié)省下來一定數(shù)量炸藥，施工單位經(jīng)濟(jì)效益水平可以得到大幅度提升，空氣沖擊波強(qiáng)度及振動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)被控制在既定范圍內(nèi)。隧道超欠挖問題出現(xiàn)的幾率可以得到有效地控制，將爆破粉塵濃度控制在一定范圍內(nèi)，讓施工環(huán)境得到有效的改善，從而也就可以讓施工人員的身體健康得到保護(hù)。

6 水壓光面爆破技術(shù)的優(yōu)勢分析

試點(diǎn)隧道工程使用公路隧道節(jié)能型環(huán)境水壓光面爆破施工技術(shù)以來，不斷的讓鉆進(jìn)爆破設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場作業(yè)模式得到改善，不單單可以對生態(tài)環(huán)境平衡性做出保證，也可以讓隧道超欠挖問題得到有效地控制，噴射混凝土超量問題基本沒有出現(xiàn)，因此可以讓工程項(xiàng)目整體性質(zhì)量以及施工單位的經(jīng)濟(jì)效益水平得到保證。

試點(diǎn)隧道工程圍巖等級可以分為III、IV以及V三個(gè)等級，其中V圍巖占據(jù)隧道總長度的17%左右，IV級圍巖占據(jù)隧道總長度的75%左右，III級圍巖占據(jù)隧道總長度的8%左右。隧洞穿越地層主要是板巖、灰?guī)r以及片巖，巖性質(zhì)地堅(jiān)硬，但是厚度波動(dòng)比較大，巖層軟硬不是十分均勻，褶皺發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石整體的破碎性比較強(qiáng)。因此可以在施工環(huán)節(jié)當(dāng)中應(yīng)用公路隧道節(jié)能環(huán)保水壓光面爆破技術(shù)，這一項(xiàng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過程中，不單單讓鉆爆方案得到優(yōu)化調(diào)整，也讓施工現(xiàn)場作業(yè)水平得到大幅度提升。因此可以讓環(huán)保效果得到保證，也可以讓隧道超欠挖問題得到有效地控制，噴射混凝土超量問題出現(xiàn)的幾率被控制在一定范圍內(nèi)，施工質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益水平自然可以得到一定保證。

水壓光面爆破技術(shù)炮孔當(dāng)中應(yīng)用炮泥加上水帶進(jìn)行堵塞，以免在爆破過程當(dāng)中出現(xiàn)炸藥能量外泄問題，炸藥能量可以充分的在爆破巖層上發(fā)生作用，因此可以讓爆破工作的效率得到大幅度提升，而已可以讓炸藥消耗被控制在一定范圍內(nèi)。

在爆破環(huán)節(jié)當(dāng)中，于炮眼當(dāng)中添加一定數(shù)量的水帶替代炸藥，因?yàn)榕诳桩?dāng)中存在一定水資源，在水體當(dāng)中傳播的沖擊波基本上不會讓水發(fā)生壓縮，爆炸的能量通過水體傳輸炮眼圍巖當(dāng)中，基本上不會形成任何能量損失問題，有利于巖石破碎工作的順利開展。炮孔當(dāng)中的炸藥順利爆炸之后形成的高壓氣團(tuán)會在水體當(dāng)中形成水楔，水楔相較于氣楔來說，發(fā)揮出來的作用要明顯很多，有利于后續(xù)巖石破碎工作的順利開展，可以讓炸藥能量利用效率得到大幅度提升，最終讓隧道掘進(jìn)的速度得到一定保證。

社會效益，水壓爆破技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過程中，首先會在已經(jīng)開鑿好的炮孔當(dāng)中填充一個(gè)水袋，因此可以讓炸藥使用數(shù)量減少，在初次爆炸完成之后，再向炮孔當(dāng)中填充一定數(shù)量的水袋，而后將剩余炮孔使用炮泥回填。炮眼當(dāng)中的水替代空氣作為傳播媒介，因此會讓炮孔當(dāng)中的裝藥結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化，堵塞在炮孔當(dāng)中的水袋，在爆炸的作用下會發(fā)生一定霧化作用，將粉塵吸收起來，讓爆破之后的粉塵濃度得到有效地控制，也可以讓爆炸之后的通風(fēng)降塵時(shí)間得到有效地控制，因此可以對工作人員的身體健康做出一定保證，也可以對周邊生態(tài)環(huán)境平衡性做出保證，最終在我國環(huán)境保護(hù)型社會構(gòu)建工作進(jìn)行的過程中，做出一定貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任元杰.高速隧道掘進(jìn)中的光面爆破應(yīng)用實(shí)踐微探[J].建筑知識，2017（3）：1.

[2] 易劍凱.光面爆破技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用[J].交通世界，2017（24）：114～115.

[3] 廖金銘.線狀裝藥技術(shù)在隧道光面爆破中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017（3）：247～248.

[4] 劉軍，張晁.大孔距光面爆破技術(shù)在路塹邊坡開挖中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2016（10）：173～174.

[5] 肖偉，劉佳，何龍.探討引水隧道光面爆破施工技術(shù)[J].建材與裝飾，2016（34）：27～28.

[6] 向明生，郭瑞，謝全敏，鄭曉平，鄔林宏. 大藥卷光面爆破技術(shù)在路塹邊坡開挖中的應(yīng)用[J].中國鐵路，2016（1）：73～77.

[7] 楊玉銀，陳長貴，黃浩，李新偉，劉志輝，杜進(jìn)軍.微量裝藥軟巖光面爆破技術(shù)在隧洞洞口開挖中的應(yīng)用[J].工程爆破，2015（3）：26～31.

[8] 戴俊搴.微地震精細(xì)爆破技術(shù)在2擴(kuò)4隧道開挖施工中的應(yīng)用[J].福建建筑，2015（2）：78～82.