探析软岩建基面开挖的光面爆破技术应用

黄尊新

摘要：本文首先介绍了车山1号隧道的工程概况，然后分析了光面爆破的研究现状，最后结合车山1号隧道工程探讨了光面爆破工艺流程。

关键词：软岩；建基面开挖；光面爆破技术；应用

中图分类号：K826文献标识码： A

爆破技术以其灵活、方便、快捷、经济的特点在大坝基础、核电站基础和大型桥梁锚碇基础等工程的建基面开挖中得到了广泛应用，但是采用爆破方法可能会损伤建基面的基岩，如何削弱乃致消除爆破作用对基岩的损伤扰动、使爆破开挖后的基岩满足工程要求就成为施工质量控制的一个关键问题。为此，相关研究提出了预留保护层的一次成型光面爆破技术，并成功应用于中等硬度及其以上岩体的建基面开挖。但对于机械方法难于开挖的软岩建基面采用该技术是否可行，如何选取和调整相应的爆破参数，这些问题随着软岩基础的广泛采用而迫切需要解决。

我国目前正处于大量建设基础设施的时期，且近年来，为了应对金融危机的冲击，需大量扩大国内市场，所以国内开展了大量的大坝基础、核电站基础和大型桥梁锚碇基础等工程，在上述工程中不可避免的要开挖基坑建基面。建基面的开挖中有施工面积大，方量集中，施工工期紧，地质条件复杂等特点。因为使用爆破方法开挖有节省工期，可大面积开挖，机械程度高等优点，所以爆破在建基面开挖中的使用也越来越多。

1工程背景

1.1工程地质及水文特征

车山1号隧道位于山东省烟台市芝罘区南里村东南约1公里，地貌单元为剥蚀丘陵，地形高低起伏，基岩大部分裸露。山体植被发育，地表多为果树。进出口位于丘前缓坡处，自然坡度15°~20°。隧道进口里程为烟荣上行DK200＋065，出口里程为烟荣上行DK200＋710，隧道全长645m，海拔高程一般为46~58m，最大埋深82.9m。

本隧道地质情况较差，Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道累计长度的81.4%，洞口段围岩破碎，节理、裂隙发育，节理面、层理面为强风化物充填，含基岩裂隙水，围岩完整性、稳定性较差，施工中存在局部坍塌、冒顶、掉块等施工风险。

车山1号隧道设计标准高，沉降控制要求严，施工环境复杂施工展开困难，主要体现在线路处多为耕地和林地；隧道地质差，Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道累计长度的81.4%，且存在浅埋、偏压，施工中存在坍塌、冒顶、掉块施工风险和工期风险。

1.2隧道围岩分级

车山1号隧道采用复合式衬砌， Ⅲ～Ⅴ级围岩的衬砌结构均采用曲墙带仰拱形式。出口明挖段采用路堑式明洞衬砌结构。车山1号隧道Ⅲ级围岩约120m，Ⅳ级围岩约290m，Ⅴ级围岩约235m。围岩级别所占比例见图1。

图1围岩级别所占比例图

2光面爆破的研究现状

采用爆破方法进行开挖时须保证基岩的完整性和连续性，尽可能削弱乃致消除爆破作用对基岩的损伤扰动。为此，研究提出了预留保护层的一次成型光面爆破技术，并成功应用于中等硬度及其以上岩体的建基面开挖中。但对于机械方法难于开挖的软岩建基面采用该技术是否可行，相应的爆破参数如何选取和调整，爆破作用是否对基岩造成扰动损伤及其损伤程度如何，这些问题迄今未能得到很好解决。

爆破开挖建基面主要有浅孔台阶爆破法、水平预裂爆破法、水平光面爆破法以及静态破碎法等。本文重点在于软岩爆破，由于软岩具有强度低、易风化和软化的特点，如何在爆破开挖建基面尽可能保证基岩的完整性和承载力是难点。鉴于水平光面爆破的炮孔装药的线装药密度相对较低、且采用较大的不耦合系数，能在一定程度上避免基岩的爆破裂缝产生、降低爆破作用对围岩的损伤，使基岩保持较好的完整性和较高的承载力，因此水平光面爆破开挖软岩建基面较为可行。

光面爆破(以下简称光爆)在冶金、煤炭、铁路、水电、地下工程峒室、边坡、公路、隧道、引水隧洞、挖孔桩、污水管道中都得到了广泛的应用。光面爆破的应用范围从山区到城市密集区，甚至可以应用于不影响厂房正常工作条件下进行的厂房内机械拆除。随着光面爆破的发展，爆破的方式不断多样化，由小直径、短进尺到大直径、中深孔爆破，装药结构由连续装药到间隔装药，由空气不耦合到水不耦合。学者们结合光爆的特点提出了各种改进爆破效果的方法，如切缝爆破、水垫层光爆结构，水袋堵塞法，水柱装药、光面爆破专用的炸药的研究，ABS聚能管的使用，球状药包在中深孔中应用等。

由于采用光面爆破方法开挖时其相关爆破参数的选择主要是结合具体的工程条件和施工质量要求采用工程类比法确定，并通过现场爆破试验进行调整；建基面的预留保护层厚度则按照岩体性质、开挖爆破的技术质量要求和光面爆破孔直径等参数综合确定，而对建基面岩体性质差异与爆破参数选取缺少必要的理论指导，所以研究爆破参数对软岩建基面的爆破影响和对岩体的破坏和扰动范围可以丰富岩体爆破理论。

我国的水平光面爆破应用比较少，只在小部分水利工程和核电站建设中使用，如1989年，万安土坝混凝土防渗墙顶部拆除采用水平光面爆破技术；1998年，在长潭岗水电站大坝的坝脚的基础开挖施工中使用水平微差光面爆破；2003年，在三峡永久船间建基面保护层的开挖中应用了手风钻水平光面爆破；2004年，龙泉岩樟溪水库大坝为采用光面爆破法施工等。使用的范围小，其使用也主要以工程类比和现场试验来确定的爆破参数，没有形成完整的理论分析。

由光面爆破现状可以看出，对于强度低、易风化和软化的软岩，水平光面爆破法处理软岩建基面能在一定程度上避免基岩的爆破裂缝产生、降低爆破作用对围岩的损伤，使基岩保持较好的完整性和较高的承载力。实施一般爆破时需解决两个问题:(1)把既定范围内的岩石用最有效的方法破碎成适当的块度。(2)降低开挖范围外地岩石的爆破损伤，最大限度保持岩石原有的强度和稳定性，便于爆破后其他施工。同时，设法降低爆破的地震效应。除此之外，对具体的工程，如建基面爆破，还需要爆破后的基岩形状平整，表面光滑。由此，人们提出了光面爆破方法。光面爆破有以下优点：(1)减少爆破超挖，特别在软岩中。(2)爆破后可形成平整的建基面，方便后期施工，有效提高施工速度。(3)不产生或很少产生炮震裂缝，对围岩强度破坏较小，特别是在岩性不良地段，效果更为显著。(4)加快建基面开挖速度，降低成本。

3爆破工艺流程

3.1放样布眼

钻眼前，测量人员要用红油漆准确标出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置。在直线段，有条件可用激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。

3.2定位开眼

如采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道轴线要保持平行。台车就位后按炮眼布置图正确钻孔。

3.3钻眼

钻工要熟悉炮眼布置图，掏槽眼和周边眼由经验丰富的司钻操作，钻眼时要有技术人员现场指挥。钻眼精度应满足下列要求：掏槽眼眼底间距误差不得大于5cm；周边眼眼口误差不得大于3cm；眼底不得超过开挖断面轮廓线15cm；同时应根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证眼底在同一平面上。

3.4清孔

装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小直径高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。

3.5装药

装药采用反向装药，先装一支药卷作为底药。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”，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度根据不同围岩计算确定，不得采用炸药的包装材料等替代炮泥堵塞。

3.6联结起爆网路

本隧道内均采用塑料导爆管毫秒雷管微差起爆。起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管应用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。网路联好后，要有专人负责检查。

3.7爆后检查

爆破后掌子面强劲通风，负责人尽早进行爆破现场查看，并且采用隧道激光断面仪或其他仪器检查爆破效果。

4结语

在软弱围岩中实施光面爆破,尽管不能形成留有较多半孔炮痕的洞壁,但仍须强调实施光爆技术,以减轻爆破振动对围岩的扰动。软弱围岩地段进行拱部周边密孔布置,隔孔装药是保证隧道拱顶成形,减少超欠挖的良好办法。控制钻杆外插角,不进行超量装药是保证周边不产生较大超挖的主要对策。禁用增加药量增大周边眼孔间距的办法,将每节光爆药卷一分为二,等间距地绑扎在竹片+导爆索上,使得炸药均匀分布在全长的炮孔壁上采用此法可以改善软弱围岩中的光爆效果。在破碎围岩中采用预留光爆层、二次爆破技术将会给施工带来安全隐患,在不能有效保证安全的前提下尽量少使用。在破碎围岩中进行隧道开挖,减轻爆破振动是控制超欠挖的重要手段之一。

参考文献

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