摘要：为提高隧道开挖质量，保证施工安全，减少超、欠挖，提高工程质量和效率，节约成本。以官舟隧道为例，阐述了光面爆破特点及原理，分析其施工工艺流程及操作要点，并对确保光面爆破质量的技术措施进行了归纳总结。
关键词：光面爆破；质量控制；施工；官舟隧道
1、工程概况
官舟隧道左洞长2295米，右洞长2261米，是沿德高速公路项目全线最长的隧道。隧道洞内围岩级别主要有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等三级，现主要以Ⅲ级围岩施工为例进行简要论述，Ⅲ级围岩岩性主要为中风化灰岩，岩体较完整，呈大块状砌体层状结构，在施工过程中官舟隧道进口采用台阶法开挖；官舟隧道出口采用全断面法开挖。
2、光面爆破特点及原理
根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，决定采用光面爆破施工。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全。由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。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%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。
光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。一般认为，炸药起爆时，对岩体产生两种效应；二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。
3、施工工艺流程及操作要点
3.1 钻爆设计
3.1.1 掏槽眼形式
Ⅲ级围岩掏槽眼形式采用楔形斜眼掏槽，不同的围岩类别、不同的开挖方法，掏槽眼的深度也不同。
3.1.2 光爆参数选择
光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能。隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法，严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。影响光面爆破效果的因素有很多，主要因素有：地质条件、周边眼的间距、光爆层的厚度以及周边眼装药量的多少等。在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药集中度q是相互制约的。
1）光爆层厚度（B）
光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。官舟隧道确定光爆层厚度（B）为60～80cm。Ⅲ级围岩周边眼最小抵抗线取值为65cm。
2）周边眼密集系数
周边眼密集系数是周边眼间距（a）与光爆层厚度（B）的比值，是影响爆破效果的重要因素。
A=（12～16）d K= a/B
式中，a为周边炮眼间距，cm；d为炮眼直径，mm。K值总是小于1当d=38～46mm，a=30～60cm，B=75～80cm时，K=0.6～0.8。
3）装药量计算：
光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。
q=QaB
式中，q—装药集中度，kg/m；Q—单位体积耗药量，g/m3；a—周边眼间距，m；B—光爆层厚度，m；
通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.2～0.35kg/m。
4）周边眼装药结构
周边炮眼采用φ20mm小药卷间隔装药，导爆管、导爆索、竹片用电工胶布与炸药卷绑在一起。
5）炮眼布置
根据本工程隧道地质及围岩情况，对隧道不同类别围岩按开挖支护施工方案进行相应隧道爆破施工设计。
3.2 放样布眼
钻眼前，测量人员用经纬仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。
3.3 钻眼要求
掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。
辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。
周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上，允许沿轮廓线调整，其误差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破。
3.4 炮眼布置要求
1)先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比其他眼加深20cm。
2)周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。
3)辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。
3.5 清孔装药
装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其他眼不小于35cm。周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。
3.6 连接起爆网络
起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。
4、质量控制
4.1 测量放线
隧道轮廓测量画线的精度直接影响隧道开挖效果, 特别是周边眼的精度, 直接影响超挖值。要解决这一问题, 首先要克服过去施工中存在的“宁超勿欠”思想, 严格按设计轮廓放样, 钻孔前准确地将中心线, 引至作业面, 并用支距法定出掏槽孔、周边孔和紧靠周边的一圈内圈眼孔位置, 并做出明显的标志。每次测量放线时, 对上次爆破断面进行检查, 并及时调整爆破参数, 以达最佳的爆破效果。
4.2 钻孔作业
1）首先钻正顶孔。在拱顶距作业面1m 处悬挂一临时中心线, 以保证炮孔沿坑道中心线钻进, 然后, 在此孔内插入炮棍作为其他炮孔的方向标准。
2）预量钻杆长度, 做好记号, 保证各孔孔底落在一个面上, 周边孔的深度不得超过扩大孔的深度。
3）周边眼的位置、孔距、孔深及斜率均要严格控制，尽量保证周边眼位置准确、孔距均匀、孔深一致、斜率相同且符合要求，达到“准、直、平、齐”的标准。
准: 就是按周边孔参数要求, 孔位要选准, 当孔位受岩石的层理、节理或其他原因影响时, 可使刷帮孔位上下稍移动, 不能左右移动, 压顶拱弧线上的孔位可左右移动, 不能上下移动。
直: 就是侧墙孔孔口要开在同一条垂线上, 孔底要落在同一垂直面内, 先以拱顶孔为方向打好拱脚孔; 插上炮杆,吊正垂球,尔后在垂线上依次钻孔,为保证连续作业,各个炮孔由下而上先开眼3～5 cm ,确保孔口在同一垂线上,为了减少周边孔的倾斜角度, 控制错台,无论是浅孔还是深孔,都尽量用长钻杆钻孔,并且使钻机紧贴岩壁, 尽量缩小周边孔与毛洞外轮廓线的距离。
平: 就是各炮眼相互平行,侧墙平行于中线。
齐: 就是各孔底要落在同一面上,爆出的断面齐整, 便于下一循环作业。
4）炮孔间距按钻爆设计进行施工。周边眼间距的误差不大于5cm，辅助眼间距的误差不大于10cm，周边眼的外插角不大于3度。
5）除掏槽眼、周边眼、底板眼外的其它眼孔方向应与隧道方向平行，要求孔底在同一平面上。
6）钻孔结束后要清孔，炮眼装药完毕用炮泥堵塞，确保单孔装药质量。
7）定人定位，明确分工，明确责任，不得混岗乱位。
4.3优化爆破设计
1）采用控制爆破技术。根据隧道地质情况采用不同参数的光面控制爆破技术。
2）采用非电毫秒延期雷管起爆。
3）正确选用周边眼装药结构。为保证爆破施工质量，周边眼采用小直径药卷炸药，间隔装药，并做好炮泥的堵塞质量。
4）按设计装药，并按顺序起爆。
5）不断总结、修正爆破参数使之达到最佳效果。
5、安全措施
1）不同厂家生产的不同品种的电雷管不得掺混使用。
2）工作面装药时，人员要撤到安全地点，划出警戒线，严禁一切人员通过，放炮时，必须先发出警号。
3）放炮完毕待炮烟吹散后安全员、爆破员必须检查放炮地点的瓦斯、顶板、支架、瞎炮、残炮、通风等情况，确实无危险时，才能解除警戒。
4）爆炸物品管理，应做到随用随取，对每次爆破所用器材数量进行登记，剩余爆炸物品及时归还炸药库，并且做好记录。
5）对爆破器材的运输,储藏和使用应当严格按国家有关爆破物品使用管理规定执行。
论文作者:朱争锋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/10
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