浅谈永龙隧道光面爆破

　　摘要：永龙隧道应用光面爆破技术，有效控制隧道的超欠挖，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制施工成本，取得较理想的爆破效果。文章简单介绍永龙隧道光爆参数的选定及施工要求。
　　关键词：隧道光面爆破
　　
　　一、概述
　　光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，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，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
　　光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。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。
　　要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点：
　　（1）根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。
　　（2）严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。
　　（3）周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。
　　（4）采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。
　　（5）边孔直径小于等于50mm。
　　二、工程概况
　　永龙隧道位于广州市萝岗区，呈南北走向，设计时速为60Km/h，上下行分离布置，上行1863米，上行1613米，双向六车道。
　　据勘察资料，本场区发育第四系上更新统坡积层（Q3dl）、第四系残积层（Qel）、加里东期花岗岩（O1N）。
　　三、隧道施工方案
　　隧道按新奥法原理进行设计和施工。隧道开挖施工采用光面、微震爆破等控制爆破技术，尽量减少对围岩的扰动。隧道开挖应减小超挖，避免欠挖。
　　（1）I、II级围岩段采用采用全断面施工。
　　（2）Ⅲ级围岩段采用台阶法施工，在施工条件允许时，也可以采用全断面施工。
　　（3）Ⅳ级围岩段采用双侧壁导坑法开挖。
　　（4）Ⅳ级围岩加强段、V级围岩、V级围岩加强段、偏压地段及断层破碎带采用上下双侧壁导坑法施工。
　　四、爆破施工方案
　　1、爆破参数的选择
　　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。隧道主要为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩，Ⅰ、Ⅱ类围岩开挖面积为88.01m2，Ⅲ类围岩开挖面积为95.48m2，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用火雷管和非电毫秒导爆雷管起爆。
　　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。
　　在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度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。本隧道确定光爆层厚度B为0.50～0.80。
　　（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）dK=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=0.15～0.25kg/m。
　　（4）装药结构和起爆方式
　　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。施工中采用如下图装药结构：①1/2普通标准药卷（ф35）起爆；②小直径药卷（ф25）空气间隔装药。
　　
　　（5）光面爆破的分区起爆顺序为[1]：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管。光爆层的光爆眼用用导爆索一次同时起爆。
　　2、光面爆破施工工艺
　　（1）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。
　　（2）钻眼要求[2]
　　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5cm。
　　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）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。
　　（4）孔口堵塞长度L0
　　L0=（0.2～0.5）W
　　一般堵塞长度浅眼不超过20cm，深眼不超过30cm。
　　（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。
　　（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。
　　3、光面爆破施工技术措施
　　（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。
　　（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好。
　　用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.5～2.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。
　　（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。
　　（5）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。
　　（6）当岩石层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。
　　（7）为确保施工安全，非点炮人员撤离到安全区后方可引爆。如发现有瞎炮，要由专业施工爆破员进行险情排除处理。
　　五、结论
　　本项目采用光面爆破开挖，取得了较好的经济和社会效益，达到了设计和规范要求。
　　（1）爆破设计是隧道开挖的关键技术，在进行爆破设计时应根据隧道断面大小、围岩级别、机械设备等进行综合考虑。
　　（2）因岩石具有各向异性和非均匀性，对同级围岩，根据其岩石构造、破碎程度等不同情况，选取不同的光爆参数，可获得比较的理想效果。
　　（3）加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制，为光爆孔提拱良好的爆破条件。
　　
　　参考文献：
　　[1]《公路隧道施工》黄成光人民交通出版社2001
　　[2]《公路隧道施工技术规范》（JTGF60—2009）