光面爆破技术在隧道施工中的应用研究

伍 灿,张 涛

(中南航空港建设公司,湖南衡阳421200)

光面爆破技术起源于1950年瑞典，1952首次在加拿大应用。它是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破技术，由于该技术具有使巷道成形规整、符合设计轮廓、不产生或很少产生爆震裂隙、生成的新岩面能保持原有的稳定性、岩体的承载能力不下降等优势，因此在隧道工程应用较为广泛。

1 实例工程概况及爆破相关参数

陈家山隧道是陕西至四川巴中重要辅助通道，该路段起于寨坡乡四垭，止于魏家坝，隧道全长3 km，其地质情况以变质砂岩为主，光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；由于围岩轮廓圆顺、壁面平整，减少了应力集中和局部落石、掉块现象。确定合理的光面爆破参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。

光面爆破的主要参数有：周边眼间距(E)、周边眼密集系数(K)、最小抵抗线(W)、不耦合系数(D)和装药集中度(γ)。炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度(或高度)的0.5～0.7倍。钻孔采用YT-28风钻，炮眼孔径为φ42 mm，为克服及减少岩石的夹制作用，除掏槽眼和底眼深度L=3.7 m外，其余周边眼、辅助眼等炮孔深度L=3.5 m。

炮眼数量：N=qS/τμ

式中：N为炮眼数量，不包括未装药的空眼；q为单位炸药消耗量，一般取q=1.2～2.4 kg/m3；S为开挖段面积(m2)；τ为装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0.7；μ为每1 m药卷的炸药质量(kg/m)2号岩石硝铵γ=0.75。

即：N=(1.2×80.14)/(0.7×0.75)=183个。其中掏槽眼6个，周边眼46个，底眼16个，辅助眼115个(图1)。

光面爆破技术参数见表1。

爆破效果：

(1)开挖轮廓圆顺、平整、规则成型。平均线性超挖<15 cm，最大线性超挖<25 cm，局部欠挖<5 cm。

表1 光面爆破技术相关参数

图1 炮眼布置

(2)炮眼利用率>95 %，残痕保存率>80 %，爆破后围岩稳定，基本无剥落、掉块现象。

(3)石碴平均块径<35 cm，堆碴集中，抛距<20m。

2 光面爆破技术的优点

(1)隧道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。

(2)在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。

(3)隧道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴 工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。

(4)由于隧道成型规整，凹凸很少，除增强隧道本身稳定性外，也减少了隧道的维护量，在有瓦斯的隧道则不易产生瓦斯局部聚集。

3 光面爆破技术的基本原理

爆破的过程是瞬间发生的，在一个密封的炮孔内其膨胀气体压力可达十万个大气压，其传播速度3～5 km/s，炮孔周围岩石在受到巨大的压力而破碎，在破碎区以外岩体内产生很大的切向应变和应力。因此，在实际爆破操作中，可以利用其规律，炮孔按照一定距离沿预定的轮廓线进行布置，待装药后使用同一段发雷管起爆，孔与孔之间岩石在爆生压力的作用下，产生拉伸应力，孔间岩石形成裂缝并沿轮廓线贯通，从而达到光面爆破的效果。

4 爆破质量及影响因素

影响光面爆破的爆破质量主要体现在：周边眼的不耦合系数、装药集中度、炮眼间距、最小抵抗线、起爆时间隔、炸药的选择、钻孔的质量等等。

(1)周边眼的不耦合系数。

不耦合系数它是炮孔直径与药包直径之比，一般取值范围在1.0～2.0，若孔距小的情况下取大值，岩石抗压强度大时取小值。在实际工程中，根据相关资料显示当不耦合系数取值在1.5～3.4范围时，其缓冲效果最佳，光爆效果好。

(2)装药密度。

装药密度是指单位体积的空间应该填装的炸药量。炸药量对光面爆破的爆破效果影响巨大，因此，我们在实际工程中，应该采取不同岩石采用不同的装药量。而装药密度其值应该保证沿孔眼线形成贯穿裂缝而保持新岩面的完整稳固性。周边眼装药密度按规范取值范围为0.07～0.35kg/m，根据试验统计，当γ取值0.2kg/m时，效果最好。

(3)炮眼间距。

周边眼在爆炸之后，会激起应力波，应力波在各自炮孔壁上产生初始裂缝，然后在静压的作用下沿周边眼链接方向成贯通的裂缝，因此炮眼之间的间距要平衡。

(4)起爆时间隔。

周边眼使用不同毫秒的电雷管对爆破效果有一定的影响。起爆时间低于100 ms，爆破效果好。

(5)炸药的选择。

实践证明深孔光面爆破选择硝铵、乳化效果比较好，其中乳化爆速高，效果更佳。

(6)钻孔的质量。

当我们在钻孔时，要根据岩石硬度做出相应的改变。在硬岩中，周边眼口应该在轮廓线上，眼底不宜超过轮廓线外100 mm；而在软岩中，周边眼口该在轮廓线内100 mm左右，眼底处于轮廓线上。

5 结束语

综合上述，光面爆破是在岩石隧道和地下工程施工中不可缺少的技术。本文所阐述的实例工程及相关参数设置不一定通用于其他类似工程，因为爆破的岩石存在很大差异，对于爆破参数的计算难以得到统一，因此，当我们进行光面爆破时首先要确定主要的参数，在实际实施过程中，要对爆破效果进行评价，对不足的地方进行调整，最终达到理想的爆破效果。

[1] 徐鹏飞.掘进巷道炮眼布置设计及其三维可视化研究[J]. 福建电脑, 2009,(10)

[2] 雒建奎.隧道工程光面爆破技术参数的确定探讨[J]. 甘肃科技纵横, 2009,(5)

[3] 张慧媛.浅谈隧道爆破及超欠挖控制[J]. 科技传播, 2011,(5)