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摘要：光面爆破是通过控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的工程量，增加岩壁的稳定性，减弱爆破振动对围岩的扰动，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术，广泛应用于隧道开挖施工过程中，本文结合文莱高速公路隧道工程实际，详细介绍了光面爆破的工作机理、参数选定及施工技术要点。
关键词：高速公路；隧道；光面爆破；施工技术
光面爆破是新奥法施工三大核心理论之一，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。隧道应用光面爆破技术开挖与传统的方法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和效率，节约成本。
1 光面爆破的机理
光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮眼，在这些光面炮眼中进行药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平整的光面。通过国内外实验室研究和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采用不耦合装药，药包爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为准静压力。当炮孔压力值低于岩石的抗压强度时，在炮眼壁上不至造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂隙。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径一定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则细微裂隙数愈少而长度也愈短。
2 影响光面爆破的因素
2.1 地质条件
光面爆破的质量与隧道所处的围岩地质条件有很大影响，比如围岩的等级、节理裂隙的发育程度及岩层的走向等，对于不同的地质条件应根据具体情况采取不同的爆破设计方法及参数。对于地质条件较稳定的围岩（Ⅱ、Ⅲ级）就可采用全断面光面爆破，对于围岩性质比较差的情况（Ⅳ、V级），就不采用全断面的光面爆破，坚持“多打眼、少装药”为原则，可以采用“短进尺、弱爆破、强支护”的施工方法，这样可以尽量减少爆破对围岩的扰动及破坏。
2.2 钻眼精度
采用爆破施工，钻炮眼是很重要的工作环节，其精度直接决定着爆破的质量、安全及施工效率。施工中钻眼精度的高低与钻眼角度、测量放线等因素的误差有很大关系，因此，在隧道爆破施工中为提高钻眼的精度要选择技术好的钻眼班组，并在工作中不断加强管理及培训，提高工作人员的技术水平，提高钻眼的施工精度，从而保证爆破的质量。
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2.3 爆破参数、爆破器材及爆破工艺等
为了使隧道爆破获得较好的效果，必须设计合理的爆破参数并进行实践比选，另外还要选择适合的炸药品种类及起爆器材，同时装药结构、起爆顺序要正确，形成稳定可靠地起爆网络。总之，多种因素影响着光面爆破的质量，在进行光面爆破施工之前尽量先进行现场试验，在试验基础上不断优化爆破的设计参数，使得光面爆破效果达到最佳。
3 光面爆破在隧道施工的应用
3.1 工程概况
文莱高速公路隧道设计衬砌断面采用马蹄形断面，Ⅴ级围岩开挖断面高10.25m，宽12.78m，断面积为107.16m2，Ⅳ级围岩开挖断面高9.75m，宽12.46m，断面积为98.94m2。隧道洞身开挖采用光面爆破，炮眼钻孔采用YT28气动凿岩机，钻孔直径为φ42，Ⅳ、Ⅴ级围岩均采用上台阶全断面一次爆破开挖，下台阶左右分幅拉槽开挖。上台阶拱脚为隧道断面起拱线处，Ⅳ级围岩高度为6.2m，断面积为61m2，Ⅴ级围岩高度为6.4m，断面积为64.1m2，下台阶高度Ⅳ级围岩为2.4m，Ⅴ级围岩为2.6m。
3.2 光面爆破的设计
（1）爆破器材选定。根据施工中常用的爆破器材以及本地的实际情况，隧道的爆破器材选用直径为32mm，每卷长度为20cm，重量为200g，爆速大于3200m/s的2号岩石乳化炸药作为主爆药，周边眼采用导爆索引爆，电雷管和非电毫秒延期雷管作为起爆器材。
（2）爆破参数的确定。本隧道采用的是平巷掘进爆破，平巷掘进的特点是只有一个自由面，同时炮眼深度受到限制，一般只有1.5-3.5m。平巷掘进中的炮眼，按其位置和作用不同，可分为掏槽眼、辅助眼、周边眼。周边眼又可分为顶眼，底眼，帮眼。三种炮眼起的作用不同，其孔深、孔角、孔间距、排间距也不相同。
①孔位的确定。孔位的确定直接影响爆破面形状、大小和轮廓。而对炮孔有影响的是岩石的坚固系数、爆破面积和深度等。根据辅助眼和周边眼的布置原则，其间距根据岩石的性质而定，一般辅助眼取0.6-1.2m，周边眼取0.4-0.6m，周边眼距掌子面轮廓线取0-0.2m。光爆层厚度为0.5-0.8m，辅助眼圈距取0.5-0.9m，硬岩或破碎岩石取小值；软岩或完整岩石取大值。
②孔径的确定。炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、工作面的炮眼数目、单位岩石炸药消耗量、爆落岩石的块度和掌子面轮廓的平整性。炮眼直径的增加，有利于爆炸稳定性的提高、爆速的增大。但是，炮眼直径过大不仅钻速降低，而且因炮眼数目减少导致药量的不均匀分布，使岩石破碎质量变差。由于用的是普通型钻机，为方便钻眼，提高钻眼效率，掏槽眼、辅助眼、周边眼及底眼炮眼直径均取42mm，装药直径为32mm。
③孔深的确定。炮眼深度决定了一个循环的钻眼时间、装渣工作量、循环时间以及施工组织和掘进速度。所谓合理的炮眼深度，是在保证围岩和掌子面稳定的前提下，能够充分发挥钻孔机具的钻进效率，并获得良好爆破效果的一次爆破最大进尺。根据围岩条件，断面形状和尺寸，初期支护的结构尺寸，钻孔设备的有效利用等确定。根据万家沟隧道现场实际掌子面围岩情况及以往施工经验，确定万家沟隧道Ⅴ级围岩段开挖进尺为2m，Ⅳ级围岩段开挖进尺为3m，即Ⅴ级围岩段炮眼深度为2.0m，掏槽眼深度为2.2m，Ⅳ级围岩段炮眼深度为3.0m，掏槽眼深度为3.2m，底板眼深度均为1.2m。
装药结构。光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。装药结构：①1/2普通标准药卷（￠32）起爆；②普通标准药卷（￠32）空气间隔装药。
（3） 3.3 施工技术要点
（1）放样布眼。隧道开挖每一个循环都要进行施工测量，控制开挖断面，在开挖面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线，标出炮眼位置，误差不超过5厘米。
（2）定位钻孔。钻眼按设计指定的位置进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5厘米，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制在2度到3度以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其他炮眼深20厘米。
（3）清孔装药。装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。装药时派专人分好雷管段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装好药后用炮泥堵塞。装药前先用高压风将孔中岩粉吹净，并用炮棍检查孔内是否有堵塞物，装药分片分组，严格按规定的单孔装药量，雷管段别“对号入座”。周边眼孔口堵塞长度不小于25cm，爆破网络连接，采用“一把抓”法，分片分束连接，每12根塑料导爆管为一束，每束安装两个即发雷管。
（4）网络连接。起爆网采用复式网络，联接时每组控制在12根以内；联接雷管使用相同的段别，且使用低段别的雷管。雷管联接好后有专人负责检查，检查雷管的连接质量即是否有漏联的雷管，检查无误后起爆。
4 结束语
总之，光面爆破后岩面光滑平整，肉眼几乎看不到爆破裂隙，原有构造裂隙也不因爆破影响而有明显的扩展，可保持隧道围岩的整体性和稳定性，因而可有效地保证施工安全，为快速施工创造了条件。
参考文献
[1]焦艳红.论公路隧道施工光面爆破和预裂爆破技术[J].科学之友，2011（03）：57-58.
[2]徐青，樊永强.光面爆破技术在山岭公路隧道施工中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2008（04）：134-137.
论文作者:杨继庚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：炮眼论文; 围岩论文; 光面论文; 隧道论文; 断面论文; 雷管论文; 岩石论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;