公路隧道光面爆破技術(shù)研究及應(yīng)用

孫方永，孫進(jìn)鵬，李 鳳

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

在公路工程隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，受到成本、工期等方面的影響因素，光面爆破施工技術(shù)成為核心內(nèi)容之一，通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)不僅可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成隧道開(kāi)挖施工，在形成爆破漏斗之后，連續(xù)光滑壁面也會(huì)隨之形成，由于光面爆破施工技術(shù)工序流程較為復(fù)雜，在施工過(guò)程中受到影響因素較多，很容易由于坑道輪廓線而影響整體的完整性，進(jìn)而誘發(fā)施工問(wèn)題，阻礙整體工程建設(shè)，所以施工單位必須要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)具體的工序流程進(jìn)行把控，明確技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，避免出現(xiàn)質(zhì)量安全等方面的問(wèn)題。

1 爆破原理

光面爆破施工技術(shù)具有非常積極的作用，在公路隧道工程中應(yīng)用表現(xiàn)出很高的價(jià)值，因此各單位圍繞這種技術(shù)進(jìn)行深入的研究。從現(xiàn)階段光面爆破施工技術(shù)應(yīng)用情況來(lái)看，其原理主要是在隧道施工中，在輪廓線位置確定適宜數(shù)量的孔洞，要控制好排列方法。在隨后的工作中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員要在孔洞中填充適當(dāng)數(shù)量的炸藥，并且將其和主體爆破同步完成，從而在施工區(qū)域產(chǎn)生光滑的開(kāi)挖面。從光面爆破技術(shù)的本質(zhì)來(lái)看，可以將其視為隧道開(kāi)挖技術(shù)的升級(jí)。技術(shù)重點(diǎn)是光爆孔和特殊的炸藥。例如不耦合裝藥結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際施工要求對(duì)裝藥量進(jìn)行控制，一般情況下，不耦合系數(shù)采用1.5～2.5。在進(jìn)行起爆作業(yè)時(shí)需要做好炸藥爆破作用及以及其影響等方面的控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道巖壁巖體破壞作用的管控[1]。

2 光面爆破技術(shù)的應(yīng)用特征

2.1 規(guī)整性特征

如果在公路工程隧道開(kāi)挖施工選擇使用其他爆破施工技術(shù)，產(chǎn)生的爆破力會(huì)給施工區(qū)域的斷面輪廓、巖壁巖體造成破壞。而光面爆破技術(shù)則不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。在實(shí)際施工過(guò)程中，通過(guò)提前對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行勘察，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，做好施工設(shè)計(jì)。

2.2 巖體穩(wěn)定性

公路隧道工程施工難度較高，在施工各階段，不僅要關(guān)注開(kāi)挖進(jìn)度，還要觀察巖體的情況，防止出現(xiàn)坍塌事故。光面爆破施工技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了傳統(tǒng)施工技術(shù)存在的弊病，這種爆破作業(yè)不會(huì)對(duì)巖體造成影響，從而保證施工的安全性和穩(wěn)定性[2]。

3 施工階段存在的問(wèn)題

光面爆破施工技術(shù)對(duì)于公路工程隧道開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)有著非常積極的作用，已經(jīng)成為施工的主要技術(shù)之一，不過(guò)從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，光面爆破施工技術(shù)存在的問(wèn)題不容忽視。具體來(lái)說(shuō)主要有以下幾個(gè)方面：

第一，人工和機(jī)械設(shè)備之間的問(wèn)題，在施工過(guò)程中主要通過(guò)人工開(kāi)挖的方式來(lái)完成，這樣是為了避免補(bǔ)炮的情況出現(xiàn)，而現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員會(huì)使用寧超勿缺的方式來(lái)完成工作，因此盲目擴(kuò)大斷面，造成不必要的超挖問(wèn)題，導(dǎo)致后續(xù)混凝土施工量增加；第二，周邊眼間距較大，在施工過(guò)程中人工處理會(huì)造成人為減少炮眼量的情況，周邊眼間距沒(méi)有符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提出的要求，而這種周邊眼的降低就導(dǎo)致炸藥用量的增加，這種情況會(huì)超過(guò)施工設(shè)計(jì)方案所設(shè)置的極限范圍，導(dǎo)致對(duì)附近的掩體造成較大的擾動(dòng)，不僅無(wú)法順利完成施工任務(wù)，更會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故；第三，殘留藥卷明顯可見(jiàn)。炸藥和雷管的連接方法不符合要求，施工現(xiàn)場(chǎng)盲炮情況經(jīng)常出現(xiàn)；第四，巖層軟炸藥使用量過(guò)大，在應(yīng)用光面爆破施工技術(shù)之前，沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查，導(dǎo)致掌握的數(shù)據(jù)信息存在問(wèn)題，對(duì)于巖層軟的區(qū)域盲目增加炸藥用量，造成了超挖問(wèn)題，并且這種情況會(huì)對(duì)后續(xù)施工造成嚴(yán)重影響，甚至?xí)璧K施工進(jìn)度；第五，長(zhǎng)短眼爆破。施工作業(yè)人員在裝藥階段使用雷管引爆炸藥來(lái)完成，用炮桿將炸藥桶至底部，導(dǎo)致炮眼口很容易出現(xiàn)掛口問(wèn)題，因此需要在長(zhǎng)眼邊上增加短眼，這種情況導(dǎo)致炸藥量明顯增加，對(duì)附近人體造成負(fù)面影響[3]。

4 常見(jiàn)施工工藝

4.1 輪廓線鉆眼法

對(duì)于光面爆破技術(shù)來(lái)說(shuō)，輪廓線鉆眼法經(jīng)常使用，結(jié)合輪廓線確定炮眼。施工單位要控制好鉆眼的密度，保證其符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提出的要求。在完成鉆眼后，不能裝填炸藥，這是因?yàn)檫@些鉆眼屬于鉆鑿緊密相連的炮眼，要將其視為一種自由面，作為輔助使用。在完成前期準(zhǔn)備工作之后，需要在現(xiàn)場(chǎng)再鉆一排或若干排的鉆眼，對(duì)這些安裝炸藥進(jìn)行爆破緊密相連的鉆眼，可以有效地對(duì)其他鉆眼內(nèi)的炸藥進(jìn)行隔離，阻礙其產(chǎn)生的應(yīng)力波。與此同時(shí)，也可以有效防止在爆破的影響下引起出現(xiàn)的開(kāi)裂問(wèn)題，使公路隧道巖體沿弱面切開(kāi)，進(jìn)而形成平整的巖壁，保護(hù)整體的穩(wěn)固效果，需要注意的是，由于輪廓線鉆探法應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量增加，成本投入更高，所以要結(jié)合公路工程隧道施工的整體情況進(jìn)行使用[4]。

4.2 預(yù)裂爆破法

預(yù)裂爆破法在應(yīng)用過(guò)程中需要提前進(jìn)行密集地鉆眼鉆鑿，并在鉆眼內(nèi)進(jìn)行炸藥的填裝。各鉆眼間形成相互貫通的裂縫，和原來(lái)的巖體分割開(kāi)來(lái)，隨后再使用其他鉆眼內(nèi)的炸藥進(jìn)行爆破。除此之外，預(yù)裂爆破法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有良好的隔震效果，所以可以使用在多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的公路工程隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，如果巖體較為完整且堅(jiān)硬，要注意衍生及爆破炸藥裝填數(shù)量等。

5 光面爆破技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 光面爆破設(shè)計(jì)

1.選擇爆破器材。在公路工程隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)選擇爆破器材，一般情況下主要使用的爆破器材包含導(dǎo)爆索、炸藥、雷管等內(nèi)容，要注意技術(shù)規(guī)范提出的要求，避免盲目使用造成質(zhì)量安全問(wèn)題[5]。

2.確定爆破參數(shù)。公路工程隧道施工項(xiàng)目要明確所使用的爆破形式，其核心要求之一就是擁有一個(gè)自由面，并且在炮眼深度方面也有著明確的規(guī)定。一般情況下要控制深度在2m 至3m 之間，炮眼的平行掘進(jìn)要結(jié)合不同位置的不同作用對(duì)其進(jìn)行劃分，包含掏槽眼、輔助眼以及周邊眼，這些內(nèi)容都要結(jié)合公路隧道實(shí)際情況來(lái)確定，具體的孔深和間距等參數(shù)要求有以下幾個(gè)方面：第一，孔位。炮眼孔位需要充分考慮公路工程隧道開(kāi)挖的整體要求，例如爆破面形狀和大小、爆破面積、炮孔深度、爆破對(duì)于巖體可能會(huì)造成的影響等。針對(duì)輔助眼和周邊眼的具體分布，做好巖性設(shè)計(jì)間距的控制，以有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工作經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，基本上要控制輔助眼間距在1m 左右，而周邊眼間距則要控制在0.5m 左右；第二，孔徑。對(duì)于炮眼直徑的確定，需要充分考慮的因素包含轉(zhuǎn)速、炮眼數(shù)量、炸藥用量以及巖石硬度等。增加炮眼直徑可以有效地提高爆炸速度以及整體穩(wěn)定性，不過(guò)要注意，一旦炮眼直徑超過(guò)了規(guī)范要求，就會(huì)導(dǎo)致鉆進(jìn)速度明顯下降。為了進(jìn)一步提升施工效率，要結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況控制炮眼直徑，注意D：D=40mm；第三，孔深。鉆眼時(shí)間、掘進(jìn)速度都會(huì)對(duì)炮眼的深度造成影響，因此炮眼深度的設(shè)計(jì)需要圍繞圍巖、掌子面的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，在提升鉆進(jìn)效率的情況下，設(shè)定最大進(jìn)尺。同時(shí)還要結(jié)合公路工程隧道開(kāi)挖區(qū)域圍巖條件來(lái)分析斷面方式、尺寸以及初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求；第四，孔角。結(jié)合公路工程隧道開(kāi)發(fā)整體情況掏眼可以選擇傾斜平行等形式來(lái)完成，其中傾斜條件、形式和工作面要呈現(xiàn)相交狀態(tài)，包含錐形方式、楔形方式等。在設(shè)計(jì)中，如果是斷面的寬度較大，并且炮眼較深，要選擇楔形方式來(lái)完成，在這種情況的影響下，槽眼之間的距離要控制在1m 至3m 左右。并且眼底間距也要控制在0.1m～0.2m 之內(nèi)，炮眼數(shù)量要控制在5 個(gè)左右，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)圍巖的開(kāi)挖方式進(jìn)行調(diào)整，如果使用單層套槽的形式，需要注意進(jìn)尺距離[6]；第五，排間距b 取b=(0.8～1)a；第六，單孔裝藥量Q：Q 前=qawH、Q 后=kqabH，裝藥系數(shù)k 取1.1。

5.2 技術(shù)要點(diǎn)

1.測(cè)量放樣。施工單位參與公路隧道工程要明確現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)比施工設(shè)計(jì)方案做好準(zhǔn)備工作。其中，測(cè)量放樣屬于前期準(zhǔn)備工作的一種，對(duì)后續(xù)各項(xiàng)工作有著直接影響。在以往的施工過(guò)程中，由于一些施工單位沒(méi)有做好測(cè)量放樣工作，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工出現(xiàn)了較大的誤差，甚至導(dǎo)致爆破出現(xiàn)問(wèn)題，造成了安全事故。所以施工單位要提高關(guān)注度，結(jié)合技術(shù)要求做好測(cè)量放樣工作。在實(shí)際工作中，要借助全站儀來(lái)完成測(cè)量放樣。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員要明確隧道開(kāi)挖的中心線和拱頂高程等重要參數(shù)。

2.布置鉆眼。布置鉆眼是光面爆破技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作，也是需要重點(diǎn)管控的內(nèi)容。在工作中，技術(shù)人員要提前對(duì)施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入的研究，明確對(duì)光面爆破施工技術(shù)提出的要求。同時(shí)，結(jié)合測(cè)量放樣的結(jié)果完成鉆眼的布置。施工單位需要借助先進(jìn)的儀器設(shè)備對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察，使鉆眼更加準(zhǔn)確和科學(xué)。技術(shù)人員需要注意光面爆破施工技術(shù)鉆眼和其他爆破技術(shù)的鉆眼具有明顯的區(qū)別，要重點(diǎn)做好鉆眼深度的控制。

3.鉆眼調(diào)整。對(duì)于光面爆破施工技術(shù)來(lái)說(shuō)，如果施工區(qū)域表面不平整，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，在鉆孔階段，要結(jié)合尺寸要求，控制深度的一致。并且保證孔底處于同一平面。施工單位需要委派專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行管控，避免施工作業(yè)人員盲目操作，導(dǎo)致光面爆破施工技術(shù)應(yīng)用出現(xiàn)問(wèn)題，鉆眼完成后，要借助先進(jìn)的儀器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確定其符合技術(shù)要求，工作人員需要做好記錄。在達(dá)到規(guī)定要求之后才能進(jìn)行炸藥填充工作。對(duì)于鉆眼來(lái)說(shuō)，輔助孔是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，在處理輔助孔的過(guò)程中，要注意輔助孔的1/3～1/4，取QIII=0.6，QIV=0.45kg，QV=0.3kg，Q 人通、車通=0.45kg。

4.清孔作業(yè)。在完成成孔施工作業(yè)之后，需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的清理，也就是開(kāi)展清孔作業(yè)。在這個(gè)過(guò)程中需要檢查鉆孔的孔底沉淀是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所提出的要求。如果孔底沉渣數(shù)量過(guò)多，就需要進(jìn)行徹底的清孔作業(yè)，現(xiàn)階段在鉆眼清孔時(shí)主要使用清孔器來(lái)對(duì)孔內(nèi)的碎石、灰、積水等雜質(zhì)進(jìn)行清理，避免這些雜質(zhì)影響炸藥的使用效果。除此之外，還需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的整體情況來(lái)確定是否需要進(jìn)行二次清孔，在鉆眼清孔作業(yè)完成之后要對(duì)鉆眼的位置孔徑、深度、角度等進(jìn)行全方位的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)偏差問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，直至全部符合光面爆破施工技術(shù)的要求[7]。

5.炸藥裝填。炸藥裝填要嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)程，并且要由專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管控。對(duì)于炸藥的領(lǐng)取來(lái)說(shuō)，要進(jìn)行詳細(xì)的記錄，加大炸藥的管控力度。在炸藥運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)之后，要及時(shí)完成裝填，防止出現(xiàn)安全問(wèn)題。在具體工作中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員要根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成裝填工作。注意使用分層、分片的方式記性裝填。雷管需要配套使用，嚴(yán)禁混裝。為了進(jìn)一步提升炸藥裝填效果，防止不耦合系數(shù)和爆破力對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)造成負(fù)面影響，周邊也需要使用小量藥卷配導(dǎo)爆索，在完成這項(xiàng)工作之后，需要結(jié)合鉆眼指引來(lái)選擇適宜的炮泥，使用分層的方式來(lái)對(duì)炮眼進(jìn)行封堵[8]。

6.爆破施工。施工單位需要結(jié)合公路隧道工程實(shí)際情況做好各個(gè)鉆眼的連接，從而達(dá)到同時(shí)起爆的目標(biāo)，不過(guò)在實(shí)際爆破的過(guò)程中需要注意，使用起爆索可能會(huì)出現(xiàn)提前損壞的情況，因此為了保證各個(gè)鉆孔達(dá)到同時(shí)爆破的要求，可以使用高段延期雷管和導(dǎo)爆索相互配合的方式來(lái)完成起爆。

6 注意事項(xiàng)

6.1 優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)

對(duì)公路工程隧道開(kāi)挖施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和爆破效果進(jìn)行綜合分析和判斷，要使用科學(xué)的爆破技術(shù)并且結(jié)合整體要求對(duì)光面爆破施工技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，最大限度地提升爆破效果，結(jié)合隧道開(kāi)發(fā)工程中或超欠挖實(shí)際情況調(diào)整炮眼的間距以及爆破參數(shù)等，從而使爆破效果滿足隧道工程施工要求，并且保證施工質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)的安全。注意露天淺孔爆破一次總藥量最大為＜200kg。

6.2 保證鉆孔質(zhì)量

炮眼間距必須要符合鉆爆設(shè)計(jì)規(guī)定的要求，要控制炮眼偏差，其中炮眼間距和輔助炮眼間距都要控制在5cm 之內(nèi)，并且周邊眼斜率的偏差也要控制在5cm之內(nèi)，保證所有炮眼都屬于平行狀態(tài)，且孔底屬于同一平面，在鉆孔施工完成之后需要委派專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行檢查和清理。

7 結(jié)語(yǔ)

公路工程隧道開(kāi)挖施工對(duì)于整個(gè)公路工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)起到?jīng)Q定性的作用，如果沒(méi)有做好這項(xiàng)施工，會(huì)導(dǎo)致整體工程無(wú)法完成，同時(shí)有關(guān)單位也會(huì)出現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而在科技的推動(dòng)下，光面爆破施工技術(shù)成為隧道施工的關(guān)鍵，只有科學(xué)、正確地應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，才能使整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并加快施工效率，提升整體質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段光面爆破施工技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合技術(shù)要求來(lái)探討施工作業(yè)要點(diǎn)，望以此為施工單位參與公路工程建設(shè)提供參考。