陈伟雄
杭州强隧劳务派遣有限公司 浙江杭州 310030
摘要：本文介绍油竹隧道光面爆破施工方法及工艺，对隧道超欠挖控制起到积极作用，达到保证安全、质量下，降低施工成本，加快工程进度。随着光面爆破技术的不断应用和推广，隧道工程中的光面爆破施工管理已日趋成熟。本文就如何进行施工管理，对油竹隧道工程中的光面爆破施工管理途径进行分析，以全面落实爆破设计，确保施工的进度和安全，促进成本的降低，提高光面爆破的效果。
关键词：铁路隧道；光面爆破；参数；施工
一、工程概况
油竹隧道位于浙江省青田县鹤城镇境内，隧道全长4835.55，起止里程为DK149+560.72～DK154+396.27。隧道进口至DK152+670段纵坡为5.816‰的上坡，DK152+670至出口为3.0‰的下坡。隧道围岩级别及长度为：Ⅱ级 3715m，Ⅲ级 565m，Ⅳ级445m，Ⅴ级115.55m。V、IV级围岩节理裂隙发育，地下水较发育；Ⅱ、Ⅲ级围岩岩性以砂岩、花岗岩为主，呈褐黄色。隧道穿越的地层岩性主要为晶屑质凝灰岩，部分地段为花岗岩和流纹斑岩，岩质坚硬，单位最大涌水量4.77m3/（d.m）。隧道不良地质主要为断层及影响带、围岩接触带，总体地质条件较差。
二、光面爆破的意义
1、隧道的开挖质量（超、欠挖控制质量）的好坏，直接影响着一个隧道施工的成本控制。采用光面爆破使开挖面平整，岩体破碎少，超欠挖控制质量好。据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%。
2、光面爆破后，开挖面平整，危石少，撬顶工作简单，减轻了表面应力集中现象，避免局部冒落，增进了围岩稳定，加快了隧道掘进速度。据有关资料表明，采用光面爆破时，围岩松弛带的范围只是常规爆破方法的1/3-1/2，直接提高了围岩稳定性，保证了施工安全及隧道开挖质量。
三、隧道光面爆破参数选取方法
隧道爆破采用风钻钻孔，光面爆破技术爆破。根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等条件编制爆破设计；钻爆参数是一动态的参数，应根据围岩变化及时调整，进行动态管理。
1、根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一横断面上，掏槽炮眼比其它炮眼加深15cm。
2、严格控制周边眼的装药量，采用空气柱间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布。
3、选用低密度低爆速、低猛度的炸药，本工程采用乳化炸药，周边眼采用直径φ25mm小药卷，导爆索起爆；其它采用直径φ32mm药卷，1-15段塑料导爆管毫秒雷管起爆。
4、钻爆参数的选择：
通过爆破试验确定爆破参数，试验时参照表《光面爆破参数表》。
5、掏槽方式
采用斜眼掏槽，以便减少钻眼数量。
6、装药结构及堵塞方式
a.装药结构：周边眼采用小直径药卷间隔装药，岩石很软时采用导爆索。其余炮眼采用连续装药。
b.堵塞方式：所有装药炮眼用炮泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于25cm。
7、爆破效果监测及爆破设计优化
A.爆破效果检查：
a.超欠挖检查。
b.开挖轮廓是否圆顺，开挖面是否平整检查。
c.爆破进尺是否达到爆破设计要求。
d.爆出石碴块大小是否适合装碴要求。
e.炮眼痕迹保存率，硬岩≥80％，中硬岩≥60％，并在开挖轮廓面上均匀分布。
f.两次爆破衔接台阶不大于15cm。
B.爆破设计优化：每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。
a.根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况，修正眼距、用药量，特别是周边眼。
b.根据爆破后石碴块度修正参数。石碴块度小，说明辅助眼布置偏密；块度大说明炮眼偏疏，用药量过大。
c.根据爆破振速监测，调整单段起爆炸药量及雷管段数。
d.根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，炮眼眼底基本上落在同一断面上。
四、隧道光面爆破施工
根据设计资料，本标段地层岩性主要为凝灰岩，围岩分布为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，以Ⅱ级围岩为主。
1、Ⅱ级围岩光爆参数选择
A、每循环装药量计算
隧道正洞Ⅱ级围岩采用全断面法开挖爆破掘进。每循环进尺按照3.0m控制，药量初步计算过程如下。
每循环装药量按照下面公式进行计算：
Q=q×s×L -------------------公式①
其中符号代表意义：
q—单位炸药消耗量，单位kg/m3（按照铁路工程隧道定额双线隧道Ⅱ级围岩为0.6kg/m3）；
s—隧道掘进断面面积，单位m2（Ⅱ为116.1 m2）；
L—炮眼深度或循环设计进尺，单位m。
则Ⅱ级围岩断面爆破每循环的理论用药量为：0.6*116.1*3.0=208.98kg，钻爆设计用药量取246.6kg。
B、炮眼数确定
炮眼数确定按照下面公式进行确定：
N=q×s/（r×n）-----------------公式②
其中符号代表意义：
N—炮孔数量；
q--2号岩石乳化炸药单耗，取0.9kg/m3；
s--隧道隧道断面开挖面积，单位m2；
n--炮眼装药系数；
r—炸药的线装药密度，根据经验周边眼线装药量取0.25 kg/m，其它取1kg/m，平均按0.8 kg/m。
根据普氏分类，砂岩、页岩f值可取为8，则n取0.6左右，因而理论炮眼的数量为：Ⅱ级围岩断面为0.6×116.1/（0.6×0.8）=145个，设计取184个。
2、药室及导洞布置、钻孔设计
因隧道开挖断面接近圆形，一般掘进眼应按同心圆排列，布置圈数决定于隧道开挖断面尺寸和围岩级别。
2.1掏槽眼
因本工程隧道断面大，采用人工手持风钻钻孔，采用三级复合楔形掏槽方式。
第一级掏槽眼深1.96m，第二级掏槽眼深3.72m，第三级掏槽眼深3.64m。
2.2周边眼
周边眼尽可能靠帮布置，眼距适当缩小，并减少炮眼内的装药量。确保爆破后岩壁平直、成型规整，减少对围岩的扰动。
因在施工现场周边眼钻孔时机械位置的限制，钻孔方向可适当外插，眼底偏出轮廓线不能超过5cm。岩性较软时，周边眼眼位可在设计开挖轮廓线以内5cm左右，爆破后采用风镐修整洞壁。
根据隧道围岩情况，周边眼间距宜为50-70cm，具体周边眼间距根据实际揭示的围岩情况进行动态参数调整。
周边眼眼深与掘进眼一致，为3.5m。
2.3掘进眼
掘进眼介于掏槽眼和周边眼之间。它的作用是扩槽和破碎岩石。掘进眼根据隧道围岩与岩石性质，均匀排列。
最外一圈掘进眼与周边眼间距的圈距按下式计算：
W=E/M
式中：E——按光面爆破要求确定的周边眼孔间距，取E=60cm；
M——光面爆破炮眼密集系数，选取M=0.8。
所以，W=60/0.80=75cm
其余掘进眼的圈距大体可按80～100cm均匀布置，平均为90cm。
2.4 装药、填塞和起爆网络设计
2.4.1装药方法
掏槽眼及掘进眼均采用连续装药、孔底起爆。
周边眼的装药量，炸药卷间隔绑扎在竹片上，竹片长度与眼孔深度相等。药卷的间隔距离大致为10cm。起爆药经导爆索引爆全眼内的各个药卷。装入眼孔时，应尽可能使药卷居中。
2.4.2 炮孔堵塞
各种炮孔眼口均采用炮泥堵塞，堵塞不小于30cm，掏槽眼不小于40cm。
2.4.3 起爆网络联结
根据爆破设计，装药前将所需非电毫秒雷管按不同段别进行分理，注意保护好雷管段别标签，待钻孔结束后开始装药，严禁边钻孔边装药，装药时严格按设计区分雷管段别。
装药完毕后，根据炮孔在掌子面的分布区域分别理顺脚线集结成束，与传爆雷管联结牢固，联结雷管选用段数较小的同段非电毫秒雷管。最后将联结雷管脚线理顺集束，与火雷管联结牢固。
五、光面爆破实施效果与经济效益
1、光爆效果
油竹隧道开挖掘进工作已结束，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的爆破试验段外，剩余开挖地段光爆效果良好，超欠挖控制良好。
⑴、破后炮眼痕迹率达85%～95%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为10cm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量（达20%）要低得多。
⑵、洞碴块度较小且均匀，利于装碴，节省装运时间。
⑶、大大减少初期支护投入，成本控制良好，降低工程造价。
⑷、岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。
2、经济及社会效益
⑴、时间效益：
光面爆破施工钻眼及装药延长20min。
清理危石或补炮缩短20min，初期支护缩短20min，装碴及出碴缩短20min，并方便了后续的挂土工布、防水板施工。
总体时间缩短越40min，加快了隧道施工速度，开挖循环加快。
⑵、节约材料
光面爆破比非光面爆破减少超挖量15%，按现行规范标准平均超挖值为150cm，即每延米少开挖约2.0m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需钢支撑、锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。
⑶、社会效益
油竹隧道获得国家优质工程奖。
六、结束语
光面爆破技术能够保证油竹隧道围岩的稳定性，使隧道开挖面平整，并最大限度地减少坡面的不平整度，降低了对岩体层的破坏程度。光面爆破技术在处理石质结构的隧道施工时，具有极强的实用性。但是，在具体的施工中必须考虑到影响施工效果的各种因素，精确地设置钻孔径长、炮孔间距、药量、炸药的特性、岩石层的结构等。可以说，能否正确地设置各项参数对于安全施工、稳定施工都有很大的影响。
参考文献：
[1] 张继春.工程控制爆破.西南交通大学出版社
[2] TB10753-2010《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》
[3] 铁建设（2010）241《高速铁路隧道工程施工技术指南》
论文作者:陈伟雄
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第19期
论文发表时间:2019/7/1
标签：围岩论文; 光面论文; 隧道论文; 炮眼论文; 药量论文; 雷管论文; 断面论文; 《建筑模拟》2019年第19期论文;