高速公路隧道施工光面爆破爆破技术应用浅析

熊帅

摘 要：高速公路隧道施工，若采用传统的机械开挖和预裂爆破的施工方式，则很难获取理想的轮廓。隧道围岩扰动和超欠挖，会带来隧道的根基损伤，增添施工难度。为了缩减周边方位的围岩扰动，以最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超欠挖，提高初期支护的承载能力。建议采纳隧道特有的光面爆破。本文解析了光面爆破技术，探究真实运用。

关键词：高速公路；隧道施工；光面爆破；技术应用

高速公路隧道通常采用以监控量测、光面爆破、锚喷支护为三大核心理论的新奥法施工。严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、弱爆破、勤量测、早封闭”的原则进行施工。

光面爆破是新奥法施工三大核心理论之一，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。隧道应用光面爆破技术开挖与传统的方法相比，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，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和效率，节约成本。

一、项目实例

凤凰山隧道工程路线总体呈东西走向， 凤凰山隧道为上、下行分离的六车道高速公路隧道。隧道起点位于鱼沙坦村兰屋，终点位于天鹿南路黄陂附近，穿越一低山，相对高差约200米，山坡较陡峻，山顶地势较平缓。隧道左洞长度为2363米；右洞长度为2381米。洞口围岩级分别以IV级和V级为主，洞身围岩以Ⅲ级为主。建造隧道时，采纳了复合式衬砌，布设机械通风。

光面爆破技术机理

（一）光面爆破

隧道开挖应保留初始的岩体轮廓，防止周边围岩毁损。为了有效的控制轮廓线，通常采用光面爆破。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，爆炸产物的膨胀作用使裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。

（二）技术路径的特性

依托的根本机理是顺延设定好的轮廓来建构完备的裂缝表层，采纳了带有不耦合特性的药包架构。孔壁及布设的药包之中含有环状特性的某一间隔。这种空气阻隔缩减了附着的爆炸压力，缩减最大范畴的这类压力。

（三）光面爆破施工工艺流程

测量放样布眼→定位开眼→钻孔→清孔→装药→联结起爆网络→起爆→洒水降尘→通风→危石处理→清渣→整修成型

三、技术参数

（一）炮眼的种类、布置方法及作用

炮眼的种类分为掏槽眼、辅助眼、周边眼。先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼。

掏槽眼：隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置（一般在中央偏下部）布置几个装药量较多的炮眼，其深度应比其它眼深15cm～20cm。其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的临空面。

周边眼：沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。其作用是炸出较平整的隧道断面轮廓。按其所在位置的不同，又可分为帮眼、顶眼、底眼。如下图中的蓝色炮眼。断面拐角处应布置炮眼。周边眼设计位置应考虑0.03～0.05的外插斜率，采用小药卷不偶合装药，药卷直径为25mm，即装药不偶合系数为1.6。

辅助眼：位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼称为辅助眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面。如下图中的黑色炮眼。保证光爆层的合理厚度靠近周边眼的辅助眼分布均匀。当炮眼的深度超过2.5m时，靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼有相同的倾角。

光面爆破的炮孔布置图

（二）爆破参数

（1）炮眼直径

炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位耗药量和洞壁的平整程度均有影响。加大炮眼直径以及相应装药量可使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善。但炮眼直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量、洞壁平整程度和围岩稳定性。一般隧道的炮眼直径在32mm～50mm之间。

（2）炮眼数目

炮眼数量主要与开挖断面、炮眼直径、岩石性质和炸药性能有关，炮眼的多少直接影响凿岩工作量。炮眼数量应满足设计的装入炸药量，通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算。

（3）炮眼深度

炮眼深度是指炮眼底至开挖面的垂直距离。合适的炮眼深度有助于提高掘进速度和炮眼利用率。

对于斜眼掏槽，由于施工原因和岩石的夹制作用，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）B的0.5～0.7倍，当围岩条件好时，采用较小值。

目前常用的炮眼深度为1.0m～2.5m，中深孔2.5～3.5m，深孔3.5～5m。

（4）装药量

合理的药量应根据所使用的炸药的性能和质量、地质条件、开挖断面尺寸、临空面数目、炮眼直径和深度及爆破的质量要求来确定。

目前隧道爆破设计中多采取先用体积公式计算出一个循环的总用药量，然后按各种类型炮眼的爆破特性进行分配，再在爆破实践中加以检验和修正，直到取得良好的爆破效果为止的方法。

四、提升光面爆破质量

1、优化爆破设计：根据隧道地质情况和爆破效果采用不同参数的光面爆破技术，不断修正爆破参数使之达到最佳效果。根据隧道开挖轮廓的超欠挖情况调整周边眼的间距、装药量、装药不偶合系数等参数。

2、保证钻孔质量：炮孔间距符合钻爆设计，周边眼间距的误差不大于5cm，辅助眼间距的误差不大于5cm，周邊眼的外斜率不大于5cm/m；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。钻孔结束后清孔，炮眼用炮泥堵塞，确保单孔装药质量。

结语：

隧道的施工应根据实际情况不断的优化施工方案，每到工序必须衔接紧密。开挖工作面密切观察围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍方、剥落掉块现象、有无渗水等；洞外重点观察洞口段和洞身埋深较浅地段的地表开裂、地表沉降、边坡稳定状态、地表渗水情况等；爆破过程中，有时成效并不理想，需经过不断改善之后，提升了爆破成效。技术运用中，应注重爆破流程的各类细节，不应予以忽视。

参考文献：

[1]焦艳红. 论公路隧道施工光面爆破和预裂爆破技术[J]. 科学之友，2011（03）：57-58.

[2]徐青，樊永强. 光面爆破技术在山岭公路隧道施工中的应用[J]. 公路交通科技（应用技术版），2008（04）：134-137.

[3]姚毅. 光面爆破在承唐高速公路五道岭隧道施工中的应用[J]. 建筑，2009（17）：49-51.

[4]彭泽权. 高速公路隧道光面爆破技术[J]. 山西建筑，2009（36）：321-322.

[5]顾毅成. 从光面（预裂）爆破的应用谈爆破技术的进步与发展[J]. 铁道工程学报，2010（01）：77-81.

[6]章和平. 预裂爆破和光面爆破在隧道台阶法施工中的应用[J]. 科技风，2010（08）：209.