1、光面爆破在软弱围岩开挖中的应用及施工控制重点摘要光面爆破施工技术的优点主要是爆后成形规整、超欠挖量小，围岩不产生或产生很少的爆震裂缝，提高围岩的自稳能力，因此被广泛应用于隧道开挖、井巷掘进及边坡切割工程。针对山西中南部铁路通道工程秦家凹隧道软弱围岩的实际情况，通过优化设计、改进施工技术，提高了围岩的开挖质量，加快了隧道的施工进度，达到了节约成本的目的。本文介绍了*隧道软弱围岩开挖过程中光面爆破施工技术的设计、施工经验，总结了光面爆破的施工控制重点，希望能为其它隧道的施工提供一定的参考价值。 关键词光爆设计施工提高参考 中图分类号：TE42 文献标识码：A 文章编号： 山西中南部铁路通道工程*隧
2、道全长 3785m，地处太岳山前坳起的低山区，地势起伏较大，沟谷深切，多呈 U 型沟。隧道洞身位于三叠系中统铜川组砂岩夹泥岩中，洞顶主要为第四系全新统的黏质黄土和铜川组砂岩的分化层。隧道以、级围岩为主，其中、级围岩占隧道总长度的 70。根据设计要求，隧道级、级围岩开挖工法采用两台阶法施工，上台阶采用光面爆破开挖方法进行施工。本隧道工程地质条件较差，浅埋段比较多，地质条件复杂多变，开挖施工难度比较大。针对本隧道的围岩特点及超欠挖情况，项目部从光面爆破的设计抓起，采取各种措施优化施工方案，达到了提高光爆孔壁残留率，减少超欠挖的目的。 1、隧道超欠挖情况分析与处理 隧道大部分围岩为泥岩砂岩结构，有时
3、以泥岩和砂岩互层出现。受地质构造影响，砂岩节理发育，比较破碎，层状岩层为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象。泥岩强度低，遇水易软化。 图 1 几种典型的岩层情况图 掌子面围岩为泥岩和砂岩互层出现，当拱顶为石质差的泥岩时，该部位开挖后容易掉块，形成超挖；当拱顶为砂岩薄层时，该部位开挖后容易形成小面积的塌方。当拱顶为较破碎的砂岩时，拱顶开挖后易形成大面积的塌方。围岩较好时，如光爆参数掌握不好，易形成局部较大的超挖情况。由于施工初期对这种围岩缺少认识，对光面爆破参数和施工方法控制不到位，导致泥岩部位超挖、砂岩部位欠挖、拱顶掉块和小面积的塌方事件发生。 当层理面处于拱腰及下台阶，该部位炮孔最小抵抗线
4、与层理面平行时，将减少爆破方量，可能顺层发生冲炮，容易留根底，造成该部位的欠挖，而隧道开挖严禁欠挖，因此还需要补炮处理，影响了工程的进度，又浪费了人力和物力；当层理面位于拱顶时最小抵抗线与层理面垂直时，将扩大爆破漏斗，造成拱顶两侧超挖，需进行补喷处理，既浪费时间又浪费材料。因此针对不均质岩体对爆破作用影响明显的情况，爆破参数要根据两种岩体的特性加以考虑，砂岩的周边眼间距比泥岩要稍小，装药量比泥岩要稍多，当层理位于起拱线至拱顶时，要减少该部位的装药量。 2、光爆设计情况 2.1 光爆的参数选择 光面爆破施工若要“爆下来”主要与装药集度（q）和最小抵抗线（W）有关；“完整的轮廓面”主要与周边炮眼间
5、距（E） 、炮眼密集系数（m=E/W） 、最小抵抗线（W）有关；“炮眼残痕和减少对周边眼的扰动”主要与不耦合系数(D=d 炮眼/d 炸药)有关。*隧道围岩属于软弱围岩，需加密周边眼间距，选择较小的炮眼密集系数。 （1）周边眼间距（E） 光面爆破周边眼间距一般为 E=（8-18）d(E 为孔距，d 为炮眼直径)，当炮孔直径为 42mm 时，间距可取 336756mm。对于节理发育、层理明显地段，周边眼间距应该适当减小，反之可适当增大。为了有效控制爆破轮廓和避免超欠挖，选取周边眼间距 E 为 45cm。 （2）炮眼集系数 m 光面爆破周边眼间距 E 与最小抵抗线 W 的比值称为炮眼密集系数，用 m
6、 表示，m=E/W。对于软岩来说，炮眼密集系数一般取 m=0.750.8 效果比较好。岩石破碎节理发育时，爆破裂隙产生和发展方向不易控制，要获得平整的轮廓面，m 应取小值，选定炮眼集系数 m 为 0.75。 （3）最小抵抗线 W w 即为光面层厚度，根据 m=E/W，可求出 W=60cm。 （4）不耦合系数(D=d 炮眼/d 炸药) 要使炸药在孔内爆炸而孔壁不产生“压碎”破坏，必须选择合理的不耦合系数，一般不耦合系数选取 1.13.0，而其中取 1.252.5 的较多。药卷直径不应小于该炸药临界直径，以保证稳定传爆，采用间隔装药时，相临炮眼所用药串的药卷位置应错开，以便充分利用炸药效能。光爆药
7、卷选用 2 号岩石乳化炸药，规格为 32*200mm，不耦合系数为42/32=1.3。 （5）装药集中度 q 装药集中度是指单位长度炮孔内的装药量。为了控制裂隙的发育，保持孔壁面的完整稳固，在保证沿炮眼连心线破裂的前提下，周边眼应尽可能减少装药。对于软岩来说，周边眼炮眼密中集系数一般选取70120g/m 效果比较好。本隧道属于软岩，选取 q100g/m。 2.2 掏槽形式的选择 掏槽成功与否直接影响爆破效果，掏槽的深度直接影响隧道掘进的开挖循环进尺。其中楔形掏槽爆力集中，爆破效果好，掏槽体积较大，隧道光面爆破一般采用楔形掏槽眼。本隧道采用二级复式楔形掏槽结构，上下排距 100cm，一、二级钻眼
8、深度均为 297cm，掏槽眼加深 20cm。 。掏槽眼设计如下图所示： 图 2 掏槽眼布置图 2.3 炮眼布置图 炮眼布置原则上先布置掏槽眼、周边眼，然后是底板眼、辅助眼。隧道施工中，在对地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材等因素综合考虑的基础上，根据预选爆破参数和掏槽形式，并通过多次试验爆破，不断调整和优化爆破参数，优化、调整后的炮眼布置图如下： 图 3 炮眼布置图 2.4 药量分配表 *隧道开挖断面面积 65m，按照每循环开挖进尺 2.7m 的中深眼计算，炮眼药量分配表如下所示： 表 2 药量分配表 2.5 装药结构 周边眼采用小直径药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，采用
9、反向装药结构。掏槽眼、辅助眼、底板炮眼均采用连续装药反向起爆，掏槽眼底部加强装药，炮眼口留有 30cm 长的炮泥堵塞长度。具体布置如下图： 图 4 间隔装药图 图 5 连续装药图 2.6 起爆网络 选用非电毫秒塑料导爆管起爆系统，结合现场试验情况，相邻段别之间的间隔时间定为 50ms。选用 115 段的非电雷管，跳段使用，将工作面分区域按先后顺序延时起爆。 起爆顺序为：掏槽眼辅助眼底板眼周边眼（光爆眼） 。采用多段微差起爆（由内向外） ，主爆区使用非电毫秒雷管。光爆眼用导爆索一次同时起爆。爆破连接网络采用簇连式，如下图： 图 6 起爆网络图 3、光爆的施工组织情况 3.1 炮眼施工设备 钻孔采
10、用多功能作业台架，人工手持风钻钻眼。工人在台车上进行凿眼、装药工作，台车上一般有 5 个工作面，可以到达隧道弧形掌子面的各个角落，便于进行炮眼的钻设。开挖台车上有风管、水管接口便于对接风动凿岩设备进行钻孔，以及电箱、照明设备等。炮眼采用 YT28 气腿式凿岩机钻眼，钻头直径为 42mm。 图 7 台车施工结构图 3.2 爆破器材 炸药选用 2 号岩石乳化炸药，规格为中 32*200m。 雷管选用非电毫秒延期雷管，延期雷管选用 3、5、7、9、11、13共 6 段导爆管，各眼的导爆管连接线雷管采用 1-3 段毫秒雷管，同组连接线采用同段导爆管。 导爆索为红色索状爆破物品，在光面爆破技术中是一种重
11、要的优化手段，主要是周边眼的不耦合装药。 3.3 孔位放样 由测量人员按照炮眼设计要求，利用全站仪发出的激光直接射于岩面上进行放样，用红油漆准确地进行标示，并用红油漆在拱顶标示出炮眼钻孔方向控制线，以便钻眼人员准确掌握钻孔角度，保证测量精度。 3.4 钻孔 在施工过程中，要求钻眼人员必须做到开孔准确，对于司钻人员必须定人、定眼，严格控制周边眼间距，其误差小于 5cm，为保证下一循环的掘进工作面净空，周边眼要保持 23的外插角，但为避免过大超挖，开眼应在设计轮廓线内侧 5cm。开钻时，先由水平高的司钻人员钻出导向眼（拱顶、拱腰、边墙共 5 个眼） ，然后在孔内插导向杆，钻眼作业要求做到准、平、直
12、、齐。 3.5 装药 装药前，安全员、施工员对炮眼逐孔检查，对不合格的炮眼要求开挖班组重新钻眼，检查合格后的炮眼用高压风管进行清洗，将炮眼内的泥浆、石粉吹洗干净。严格按照设计装药量、装药结构及雷管段别进行填装。为确保爆破效果避免瞎炮，连线工作由专人负责。 3.6 爆破施工 爆破网络连接好以后，通知开挖班警戒员，疏散其他所有作业人员，确保安全之后，通知爆破员爆破，采用电容式起爆器进行起爆。爆破之后通风 15 分钟，爆破员检查爆破情况。常见的光爆质量事故有哑炮、带炮、冲天炮、 “戴眼镜” 、 “挂门帘” 、 岩壁留有半边孔的超欠挖等。其中有的事故虽然对安全无威胁，但对施工质量与工程进度的影响不容忽
13、视。4、光面爆破施工控制重点 4.1 合理的钻爆设计是前提 钻爆设计是光面爆破成功与否的前提，根据围岩情况确定主要技术参数包括周边炮眼间距、周边炮眼的密集系数、装药集中度、不耦合系数以及最小抵抗线。为了获得较好的爆破效果及开挖进尺，必须进行爆破参数比选实践，选用适合现场施工的爆破参数。另外应选择合适的炸药品种类别及起爆器材，采用正确的装药结构、起爆顺序和稳定可靠地起爆网络，才能保证光面爆破设计在实施过程中不出现偏差，爆破效果得到充分发挥。 4.2 准确的测量放线和精确的钻眼是必要条件 测量放线是光面爆破按设计轮廓线开挖的重要保证,施工前要严格做好测量放线工作。根据隧道中线和标高,按设计开挖断面
14、(考虑预留变形量),利用全站仪发出的激光直接射于岩面上进行测量放线， 并用红油漆画出断面轮廓线。然后画出周边眼和底部眼，最后定出掏槽眼和辅助眼，并用油漆做出标记。 4.3 严格的施工管理是重要保证 （1）加强对钻眼人员的教育与管理，使钻眼人员深刻认识到钻眼精度的重要性，尽最大努力提高钻眼质量。 （2）严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿炮眼长均匀分布。 （3）周边眼应使用导爆索来实现空气间隔装药，保证爆破效果。 （4）要安排好起爆顺序，使光面爆破具有良好的临空面。 4.4 不断优化施工是关键 每次爆破后根据爆破效果,分析原因并及时修正爆破参数,从而不断地提高爆破效果,改善技术经济指标。根据泥
15、岩和砂岩互层分布情况节理裂隙发育、岩性软硬情况,修正炮眼眼距和用药量,特别是周边眼。根据爆破后石碴的块度修正参数：如石碴块度小,说明辅助眼布置偏密; 块度大说明炮眼偏疏, 用药量过大。根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度, 使炮眼眼底基本落在同一断面上。 5、实施的效果评价 通过近半年不断努力，达到了减少超欠挖的目的，围岩产生的爆震裂缝得到了改善，提高围岩的自稳能力，增加施工安全性，提高了施工进度。 （1）超欠挖控制在以下要求范围之内： （2）隧道岩石个别突出部分侵入衬砌不大于 5cm。拱脚和墙脚以上1m 范围内未出现欠挖情况。 （3）光面爆破的炮眼痕迹保存率达到了 60%以上，部分段落达到了80%
16、以上，炮眼残留在开挖轮廓面上均匀分布。 6、结束语 通过对*隧道软弱围岩开挖过程中光面爆破施工技术的改进提升，可以总结出以下经验，合理的光面爆破设计是前提，关键是周边眼间距要布置好，装药量要根据现场情况及时调整，并进行严格的施工管理。准确的测量放线和精确的钻眼是保证光面爆破效果的必要条件，在施工过程中一定要准确放样，严格定位，控制好方向，保证钻孔质量。针对不均质岩体对爆破作用影响明显的情况，爆破参数要根据两种岩体的特性加以考虑，砂岩的周边眼间距比泥岩要稍小，装药量比泥岩要稍多，当层理位于起拱线至拱顶时，要减少该部位的装药量。根据每次爆破完成后的效果，及时分析原因并修正爆破参数，从而不断地提高爆破效果。参考文献； 1 曹义;隧道光面爆破的施工控制J;科技信息;2009 年 07 期 2 罗友华;隧道光面爆破施工技术J;山西建筑;2009 年 14 期 3 与亚伦.工程爆破理论与技术. 冶金工业出版社，2004 4 宗琦，张魁等.小直径炮眼小直径药卷在煤巷掘进中的应用.西安科技学院学报，2002（2）
