光面爆破技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

都基海

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111000）

1 工程概況

根據(jù)鐵路規(guī)劃方案，新建牡丹江至佳木斯客專為沈佳鐵路工程的重要組成項(xiàng)目，全長(zhǎng)371.622 km，新建線路長(zhǎng)度367.190 km，設(shè)計(jì)時(shí)速250 km/h。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該線路共有隧道34座，總長(zhǎng)為63.732 km，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，其中Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖范圍大，約為40 718 m，占隧道圍巖全長(zhǎng)的63.9%。經(jīng)反復(fù)討論，隧道開挖掘進(jìn)施工采用光面爆破施工技術(shù)。

2 光面爆破

2.1 光面爆破實(shí)質(zhì)

在開展開挖掘進(jìn)作業(yè)的斷面輪廓線上布置炮眼后裝藥，連接井巷輪廓線，進(jìn)而達(dá)到爆破效果。其中，布置炮眼時(shí)要確保炮眼間距相同且相互平行，采用低密度、低爆速炸藥，裝藥時(shí)要使得每個(gè)炮眼中的藥量相同，提升爆破效率和保證施工安全。

2.2 光面爆破機(jī)理

相較于預(yù)裂爆破法，光面爆破法在周邊輪廓線上需要布置的炮眼數(shù)量較少，在軟巖、中硬巖隧道爆破施工中應(yīng)用較多。在光面爆破過(guò)程中，各個(gè)平行炮眼應(yīng)在同時(shí)起爆，但考慮到起爆器材和人員安排等諸多因素，各平行炮眼并不是全部在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)生爆炸，而是炮眼先產(chǎn)生細(xì)微徑向裂隙，進(jìn)而形成貫穿裂縫。之后，在應(yīng)力變化的影響下巖石下降、平衡裂隙擴(kuò)大和應(yīng)力波的傳播，確保圍巖的穩(wěn)定性，形成平整光滑的爆破面。

3 光面爆破方案設(shè)計(jì)

3.1 上臺(tái)階光面爆破設(shè)計(jì)方案

3.1.1 炸藥的選擇

為了保證爆破面平整光滑，控制爆破作業(yè)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，謹(jǐn)慎考慮和選擇輪廓線周邊眼填充炸藥，應(yīng)選擇低密度、低爆速的炸藥，而針對(duì)掏槽眼和輔助眼應(yīng)選擇效果較好的炸藥，采用高密度、高爆速炸藥，提升爆破施工的效率與安全。其中，需注意的要點(diǎn)有：

（1）充分分析各類炸藥的特性，本工程隧道施工炸藥均采用銨梯炸藥，并控制裝藥密度，從而達(dá)到控制各類孔不同的爆破效果。銨梯炸藥是一種混合型的炸藥，主要組成原料有硝酸銨、梯恩梯和木粉等，這種類型的炸藥適宜露天及井下作業(yè)，在中硬巖石爆破施工中應(yīng)用廣泛，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)沖擊、摩擦以及火花的靈敏性差，安全性較高，抗水能力較低，易與空氣中的水汽及其他水發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，影響爆炸效果，但對(duì)其進(jìn)行烘干和碾碎處理后，可再次使用。基于此，在隧道施工中，常常添入適量的石蠟材料及瀝青，將其制作為抗水性炸藥[1]。

（2）為保證各類孔的爆破效果，本光面爆破方案設(shè)計(jì)中分別對(duì)各類孔的裝藥密度和裝藥系數(shù)進(jìn)行規(guī)定，其中底眼、掏槽眼與輔助眼采用滿裝的方式，裝藥系數(shù)1；緩沖眼的裝藥量為60%，裝藥系數(shù)0.6；輪廓線上周邊眼的裝藥量為20%～30%，裝藥系數(shù)0.22。

（3）考慮到通常情況下炮眼直徑要比藥卷直徑大，其中標(biāo)準(zhǔn)藥卷直徑多在32～35 mm，而對(duì)應(yīng)的炮眼直徑就要超出藥卷4～7 mm，以保證爆炸效果。在隧道爆破施工中采用光面爆破施工技術(shù)，應(yīng)加強(qiáng)炮眼直徑和藥卷直徑的控制，輪廓線上周邊眼采用小直徑藥卷，提升爆破施工的穩(wěn)定性，以避免出現(xiàn)拒爆情況。

3.1.2 爆破參數(shù)的選擇

根據(jù)實(shí)際情況，炮眼直徑D 確定為40 mm，斷面面積為81.3 m2，預(yù)定炸藥單耗q 為0.9 g/m3。分循環(huán)實(shí)施爆破開挖作業(yè)，每循環(huán)作業(yè)量為3.5 m，共使用炸藥255 kg。

3.2 炮眼的布置

3.2.1 掏槽眼

本光面爆破方案共設(shè)計(jì)4 組掏槽炮眼，呈對(duì)稱分布，掏槽的形式為楔形，炮眼直徑D 為40 mm。炮眼布置時(shí)，應(yīng)確保炮眼與斷面成60°夾角，深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即為300 mm。裝藥密度為滿裝，裝藥系數(shù)為1，采用直徑為32 mm 標(biāo)準(zhǔn)藥卷，控制藥卷長(zhǎng)度，即達(dá)到360 mm，每個(gè)掏槽炮眼需要裝入10 節(jié)藥卷，滿裝需要3.3 kg 炸藥，4 組掏槽炮眼總裝藥量為26.4 kg。

3.2.2 周邊眼

本光面爆破方案共設(shè)計(jì)45 個(gè)周邊眼，裝藥密度為掏槽眼裝藥的20%～30%，裝藥系數(shù)0.22，采用直徑32 mm 標(biāo)準(zhǔn)藥卷，控制藥卷長(zhǎng)度，即達(dá)到360 mm，計(jì)算出炮眼深度為3.8 m 共需要應(yīng)用到的藥卷，每一周邊眼采用60%裝藥密度共需要0.33 kg炸藥，45 個(gè)周邊眼總裝藥量為14.85 kg。

周邊眼的相關(guān)指數(shù)：①直徑40 mm；②眼孔間距400～640 mm；③最小抵抗線400～800 mm。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)周邊眼孔間距a 為500 mm 時(shí)，周邊眼最小抵抗線為500 mm。

3.2.3 輔助眼

本光面爆破方案共布置51 個(gè)輔助眼，裝藥密度為滿裝，裝藥系數(shù)為1，采用直徑32 mm 標(biāo)準(zhǔn)藥卷，控制藥卷長(zhǎng)度，即達(dá)到360 mm，計(jì)算出炮眼深度為3.5 m 共需要7 節(jié)藥卷，滿裝裝入炸藥，每一輔助眼共需要炸藥2.31 kg，51 個(gè)輔助眼總裝藥量為117.8 kg。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)輔助眼孔間距a 為700 mm，輔助眼最小抵抗線為700 mm。

3.2.4 緩沖眼

本光面爆破方案共布置26 個(gè)緩沖眼，裝藥密度為60%，裝藥系數(shù)為0.6，采用直徑為32 mm 標(biāo)準(zhǔn)藥卷，控制藥卷長(zhǎng)度，即達(dá)到360 mm，炮眼深度為3.5 m。每一緩沖眼需要炸藥1.65 kg，26 個(gè)緩沖眼總裝藥量為43 kg。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)緩沖眼孔間距a 為700 mm，緩沖眼最小抵抗線為700 mm。

3.2.5 底眼

本光面爆破方案共設(shè)計(jì)26 底眼，裝藥密度為滿裝，裝藥系數(shù)為1，采用直徑為32 mm 標(biāo)準(zhǔn)藥卷，控制藥卷長(zhǎng)度，即達(dá)到360 mm，計(jì)算出炮眼深度為3.5 m 共需要7 節(jié)藥卷，滿裝裝入炸藥，每一底眼共需要炸藥2.31 kg，29 個(gè)底眼總裝藥量為60.6 kg。

與其他炮眼布置不同的是，底眼孔間距較大，布孔方式也不一樣，一般情況下布置間距為1000 mm，分兩排完成作業(yè)，但是在實(shí)際底眼布置中要根據(jù)具體的施工情況靈活處理。

3.3 起爆方式

根據(jù)裝藥形式的不同可以將炮眼分為掏槽眼、緩沖眼和周邊眼3 種，起爆方式的選擇也可以此為參考，遵循“延期爆破”的爆破原則，按照“掏槽眼→輔助眼→底眼→緩沖眼→周邊眼”的爆破順序，兼顧爆破效果與爆破安全雙重效益[2]。

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同的炮眼類型設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)，其中周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為空氣間隔分節(jié)裝藥，控制相鄰兩個(gè)藥包的間距，設(shè)計(jì)間隔，避免藥包出現(xiàn)串動(dòng)而影響爆破效果。值得注意的是，若井巷道中存在瓦斯等危險(xiǎn)氣體，要做好安全設(shè)計(jì)，采用安全導(dǎo)爆索，再實(shí)施起爆作業(yè)。圖1 為周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)。

圖1 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)

掏槽眼、輔助眼及底眼的裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為反向裝藥，該裝藥結(jié)構(gòu)增加了爆炸生成氣體的停留時(shí)間，從而達(dá)到提升爆破效率、破碎巖石、降低大塊巖石的出現(xiàn)概率等爆破目的。圖2 為輔助眼與底眼裝藥結(jié)構(gòu)。

圖2 輔助眼與底眼裝藥結(jié)構(gòu)

3.5 炮孔堵塞長(zhǎng)度

設(shè)計(jì)炮孔堵塞主要目的是保持爆炸生氣氣體匯集，提升炮眼與炸藥利用效率，避免出現(xiàn)沖泡與爆破不足的現(xiàn)象。應(yīng)結(jié)合各類孔不同特點(diǎn)確定堵塞長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和討論，本工程隧道光面爆破施工各類孔堵塞長(zhǎng)度均設(shè)計(jì)為0.2 m。

4 鉆爆施工

4.1 鉆孔

鉆孔作業(yè)采用YT28 風(fēng)槍，嚴(yán)格遵守鉆孔布置方案與施工規(guī)范實(shí)施作業(yè)，具體技術(shù)要點(diǎn)有：①不同炮眼的鉆孔深度與對(duì)孔誤差之間存在一定的差別，但都應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求確定鉆孔深度，控制對(duì)孔誤差，如掏槽眼深度為300 mm，其眼孔誤差應(yīng)控制3 cm 以內(nèi)；②根據(jù)及時(shí)開挖情況調(diào)整炮眼深度，使得輔助眼、緩沖眼、周邊眼、底眼等炮眼底處在同一個(gè)垂直面上，掏槽眼特殊處理；③根據(jù)炮眼布置圖紙開展鉆孔驗(yàn)收作業(yè)，驗(yàn)收合格后才能進(jìn)入下一道工序[3]。

4.2 裝藥

做好裝藥前的準(zhǔn)備工作，清理炮眼中的雜質(zhì)，“分片”“分組”開展裝藥作業(yè)。在裝藥過(guò)程中，要根據(jù)不同炮眼采用不同的裝藥結(jié)構(gòu)，確保單眼裝藥量符合設(shè)計(jì)要求，雷管段也處理得當(dāng)。

4.3 起爆網(wǎng)路

本工程隧道光面爆破起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為復(fù)式網(wǎng)路，起爆方式采用電雷管起爆。在連接起爆網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)保持導(dǎo)爆管平順，采用黑膠布將傳爆雷管纏繞住，并安排技術(shù)人員查看連接情況，驗(yàn)收合格后才能開展起爆作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

光面爆破施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出，在軟巖、中硬巖石隧道施工中均能夠達(dá)到較理想的施工效果，對(duì)圍巖干擾較小。分析光面爆破施工方案的設(shè)計(jì)及鉆爆施工中的技術(shù)要點(diǎn)，希望能為類似工程提供參考。