高速公路隧道光面爆破施工工藝研究

涂軍橋

廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400

1 工程概況

大面山隧道為分離式六車道高速公路隧道，設計速度100km/h，左線起訖里程ZK93+985～ZK95+412，長1427m，最大埋深約148.1m；右線起訖里程K93+905～K95+450，長1545m，最大埋深約158.4m。隧道主洞斷面為R1-865cm、R2-535cm三心圓曲墻式襯砌方案，人行橫洞、車行橫洞的內(nèi)輪廓拱部半徑分別為R-120cm、R-235cm，凈空斷面面積分別為 6.84m2、26.64m2。

2 光面爆破施工工藝

2.1 施工控制要求

（1）爆破飛石距離的控制。在爆破施工期間，產(chǎn)生的飛石易對現(xiàn)場施工造成不良影響。在設計時，應以爆破工作面為參照基準，要求該類飛石的距離不超過50m，并且不可損傷隧道內(nèi)的各結(jié)構(gòu)以及各類機械設備。

（2）爆破地震波的控制。根據(jù)項目建設現(xiàn)場及周邊的實際情況，結(jié)合場景考慮爆破振動速率V的控制要求如下：居民一般磚房，V≤1.5cm/s；二襯中央巖，V≤15cm/s。此外，考慮到臨近公路的穩(wěn)定性與安全性要求，經(jīng)綜合分析后，提出V≤10cm/s的要求。沿隧道中心線有序布設路面地震波監(jiān)測點，在各交叉部位及前方10m的位置布點，上下兩行洞布置2×3個測點。此外，在襯砌邊墻每斷面按對稱的方式布設2個測點，交叉點及前方10m處統(tǒng)一布設測點。

（3）爆破沖擊波的控制。該工程采取隧道內(nèi)爆破的方式，雖然在爆破過程中會產(chǎn)生沖擊波但在其影響范圍內(nèi)無建筑物，同時一次齊發(fā)藥量較小，沖擊波幾乎不存在危害，可忽略不計。

2.2 爆破施工

（1）爆破掘進方式。隧道開挖采用鉆爆法，絕大部分為光面爆破，局部輔以機械開挖的作業(yè)方式。施工Ⅴ級圍巖破碎段時，考慮到施工安全、質(zhì)量和效率的要求，采取機械開挖的方法，并輔以松動爆破措施。易坍塌軟弱Ⅴ級圍巖施工中，單次循環(huán)進尺不超過1.0m，Ⅳ級圍巖地段則要求該值不超過2.0m。周邊眼裝藥選用φ25mm小藥卷，采取間隔裝藥的方法；對于掏槽眼、輔助眼、開挖眼及底板眼，統(tǒng)一選用φ32mm藥卷，并且遵循連續(xù)裝藥的作業(yè)原則。

（2）爆破參數(shù)設計。通過理論計算、工程類比兩種方法的應用以及對現(xiàn)場試爆情況的分析，確定一套具有可行性的光面爆破作業(yè)參數(shù)，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 光面爆破參數(shù)參考表 單位：cm

第一，不耦合系數(shù)。在此指標的設定中，考慮到炮孔壓力小于巖壁動抗壓強度但高于動抗拉強度的要求，以此為導向，結(jié)合實際情況設定不耦合系數(shù)，認為該值以1.5～2.0為宜。第二，最小抵抗線W。以炮孔直徑（φ40mm）為參照基準，通常取該值的10～20倍，具體根據(jù)地質(zhì)條件靈活調(diào)整。例如，遇堅硬巖石時，W值需適當減小；遇軟弱地段時，W值需適當增大。具體在該項目中，該值取60cm。第三，光面炮眼間距E。以炮孔直徑（φ40mm）為參照基準，通常取該值的8～15倍，具體根據(jù)地質(zhì)條件靈活調(diào)整。例如，遇完整性較好的巖石時，以較大值為宜；遇節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石時，出于安全考慮，宜取較小值[1]。

（3）鉆爆參數(shù)設計。以新奧法施工原理為指導，充分遵循“短進尺、弱爆破、強支護、早襯砌”的基本原則，創(chuàng)設安全的施工環(huán)境，以便高效完成開挖作業(yè)。施工期間加強對實際圍巖特性的分析，若與設計資料不符，則需及時匯總實際情況，與監(jiān)理、設計部門取得聯(lián)系，經(jīng)商討后適當調(diào)整施工方案。

3 光面爆破設計

光面爆破炸藥選用φ32mm乳化炸藥，周邊眼采取不耦合間隔裝藥的方法。在參數(shù)設計方面，以圍巖地質(zhì)條件為立足點，確定合適的循環(huán)進尺量，據(jù)此展開計算，得到每循環(huán)開挖的方量，再綜合考慮炮眼深度、數(shù)量等相關(guān)參數(shù)，最終確定炸藥及雷管的合適數(shù)量，給光面爆破施工提供數(shù)據(jù)參考依據(jù)[2]。

3.1 炮孔裝藥量計算

（1）掏槽孔。掏槽孔Q的計算公式為

式中：η為炮孔裝藥系數(shù)，取0.9；L為孔深，分別取LIV=1.6m、LV=0.8m；r為炸藥量，取0.78kg/m。

經(jīng)計算，輔助孔的數(shù)值QIV=1.12kg、QV=0.56kg。

（2）周邊孔。周邊孔以輔助孔的1/4～1/3為宜，該項目按1/3考慮，由此得到具體參數(shù)：QIV’=0.33kg、QV’=0.15kg。

3.2 炮眼堵塞處理

炮眼經(jīng)堵塞處理后，可以營造較為良好的約束條件，使炸藥充分爆破，由此充分發(fā)揮出炸藥的性能優(yōu)勢，提高其能量利用率。根據(jù)光面爆破設計參數(shù)，確定堵塞長度，即至少應達到20cm，材料為炮泥，要求堵塞具有足夠的嚴密性，不可出現(xiàn)間隙[3]。

3.3 爆破材料配套

爆破材料配套主要考慮以下兩方面：（1）炸藥。2號巖石為硝銨炸藥，周邊眼為φ25mm的小藥卷，其他各類炮眼均選用φ32mm標準藥卷。需注意特殊情況，即有水地段宜選用乳化炸藥。（2）雷管。連接件及孔內(nèi)選用非電毫秒延期雷管，孔外為用發(fā)爆器引爆的電雷管。

3.4 裝藥作業(yè)流程

（1）清孔。裝藥前做好清孔工作，采用高壓風清孔的方法，避免孔內(nèi)積水或是堆積砟粒（若有則易影響正常裝藥以及爆破效果）。

（2）起爆。設置電力起爆網(wǎng)路，按照掏槽眼→輔助眼→周邊眼的順序依次完成各部分的起爆作業(yè)。

（3）裝藥。裝藥前應核對雷管段數(shù)，確保其能夠滿足要求。以鉆爆設計要求為準，合理控制裝藥量，要求炸藥能夠被裝至孔底，期間可以利用炮棍送入，但以緩慢的方式為宜，不可強制性推動至孔內(nèi)[4]。

（4）裝藥檢查。采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，在檢查時著重考慮不耦合裝藥系數(shù)，要求該值穩(wěn)定在1.5～2.0。同時，將雷管段數(shù)標記在孔外導爆管上，由施工人員復核，確保實際雷管段數(shù)的準確性，并且藥卷規(guī)格和裝藥長度兩方面均要滿足要求。只有做好全面的檢查工作，才可以給后續(xù)的堵塞以及爆破創(chuàng)設良好的條件，保證爆破施工質(zhì)量。

（5）堵塞。堵塞采取“水袋+炮泥”的綜合型方案。堵塞材料由機械加工而成，可以利用炮棍將該類材料頂進，以保證堵塞的嚴密性。經(jīng)過堵塞處理后，不可產(chǎn)生空隙或是出現(xiàn)間斷的情況，否則難以給炸藥提供約束作用，影響炸藥的爆破性能。

3.5 鉆爆作業(yè)

鉆孔前測量放線，即開挖斷面中線、水平和斷面輪廓線，確定炮眼的位置并將其準確標出，在形成參照基準后，利用手持風鉆鉆眼。施鉆期間加強對各項關(guān)鍵參數(shù)的檢測與控制，例如炮眼深度、角度、間距等均要滿足要求，全程及時糾偏。鉆眼后，做詳細的檢查，并完整記錄數(shù)據(jù)，若滿足要求則裝藥，不達標則適當修正或是采取其他處理措施。

3.6 爆破管理方法

（1）“一標準”：依據(jù)一個控制標準，施工期間不可隨意更改，即必須嚴格依據(jù)該標準開展工作。

（2）“兩要求”：滿足鉆眼和裝藥聯(lián)線兩方面的要求。

（3）“三控制”：控制鉆眼角度、深度、密度；裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)；測量放線精度。

（4）“四保證”：保證工作人員的態(tài)度端正，積極參與相應工作；保證技術(shù)具有合理性，例如鉆爆設計參數(shù)等；保證各項工作有效落實到位，工作人員各司其職，避免工序遺漏的情況；保證質(zhì)量可滿足要求，應當做好自檢、互檢及交接檢工作，通過多重措施的落實，全方位保證爆破施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，在高速公路隧道施工中，通過光面爆破施工工藝的應用，可以在順利完成爆破作業(yè)的同時減少不良影響，而且能夠在隧道周邊形成具有穩(wěn)定性和順滑性的邊壁，使隧道圍巖維持穩(wěn)定的狀態(tài)，由此滿足安全、質(zhì)量、效率、效益多重要求。