1、1软弱及破碎围岩隧道光面爆破技术探讨【摘 要】公路隧道在软弱及破碎围岩隧道条件下采用光面爆破开挖，与传统的分部分块开挖方法比较，减少了对围岩的扰动次数，简化了工序，使围岩的变形得到有效的控制，能保证安全施工。同时可以有效地减少超欠挖，提高掘进速度，经济效益明显。本文主要分析了光面爆破及其破岩机理、特点，并介绍了某公路隧道工程在软弱围岩地段隧道爆破施工技术，分析了光面爆破设计及施工方式。 【关键词】软弱及破碎围岩；光面爆破；设计；施工 一、光面爆破及其破岩机理、特点 （一）光面爆破 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，
2、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。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。 （二）光面爆破的破岩机理 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2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
3、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。 （三）光面爆破的特点 1、隧道成形规整，应力分布均匀有利于围岩稳定，从而提高围岩自承能力。 2、对围岩的扰动范围小，相应的炮震裂缝少，从而增加施工安全性。3、光爆成形规整，有利于施作锚喷支护。 4、节约材料，降低工程造价。尤其是减少超欠挖，可大大减少衬砌砼超灌量。 二、光爆技术在软弱及破碎围岩隧道中的应用 （一）工程概况 高平至沁水段高速公路阎家庄隧道位于黄土覆盖低山区，隧道为分离式隧道，全长 3620m。隧道轴线通过处最高
4、海拔约 779.71m，最大相对高差约 86.39m.山体走向呈南北向。隧址区位于沁水凹陷区，地层岩性主要由第四系中更新统冲洪积黄土，三叠系下统刘家沟组砂岩及二叠系上统石千峰岩组砂岩、泥岩组成。产状为 1275 14116，本线路在 K44+590 处存在一条断层，走向约为 30，倾向约为 110，倾角约375，断距约 140m，断层破碎带宽约 30m，与线路前进方向夹角 117，区内延伸长度约 2.4 公里。上盘未 T11 砂岩及 P2sh 泥岩，下盘为 P2sh砂岩，对隧道围岩稳定性影响较大。 （二）爆破方案 如何在开挖后能保持围岩稳定是爆破设计中需考虑的一个重要问题。软岩开挖爆破是按雷管
5、段号分别起爆，爆破震动对软弱围岩的稳定影响很大，为了最大减小开挖爆破对围岩的扰动，因此应采用减轻地震动的控制爆破方法，保证围岩的稳定。方案从以下几点考虑： 1、减少装药总量，减少围岩的扰动。采用短进尺，加快工序循环，以及早对围岩进行支护，封闭围岩，最大限度的减少围岩的爆露时间，为保护围岩的自身稳定创造条件。 2、隧道地下水较为发育，围岩含水量较大，炸药选用乳化炸药，雷管采用非电毫秒雷管（115 段） 。 3、因隧道围岩软弱，为确保隧道施工安全，根据“早封闭”的施工原则，隧道仰拱距掌子面距离较近，为实现多台钻机同时作业，同时减小岩石的抛郑距离，保护施工机械设备不受损坏，采用中空直眼掏槽，设 4
6、个中空眼，眼深 2.4 米，9 个掏槽眼，眼深 2.2 米，5 段微差起爆。 4、控制同段雷管的用药量，降低爆破振动速度。 （三）炮孔设计 1、炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的 1.5倍，抵抗线为间距的 0.7 倍。根据经验，不至于使底板越爆越高，底板4眼设计下插角度；二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密，确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面，减少爆破负荷。 2、炮眼深度 L。软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10%20%。在软弱围岩中，根据经验，一般宜在 1.01.5m 范围内考虑，隧道根据进度及爆
7、破效果，选择炮眼深度为 1.5m。 3、炮眼数目 N。在小直径（3542cm）炮眼，开挖断面积在 550m 的条件下，单位面积钻眼数为 1.54.5 个/m。 4、在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数 n 大约在 0.20.4的范围内；单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼数目应增加 20%左右。钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。 （三）施工控制 1、平整场地 本工点地形相对平缓，对钻孔作业有利，施工前将开挖的边线的松散表层和浮碴清除干净。 2、边坡测量放线 施工测量线路中线、水平和路基横断面。准确放出路基两侧开挖边桩，连接两侧各边桩标出开挖线。测量
8、允许误差为+50mm。 3、钻孔 光面爆破的钻孔质量，是隧道获得平整、规则开挖轮廓的基本条件。特别是对于周边光面爆孔，更应认真钻凿，要求司钻人员钻孔必须做到开孔准确，其开口误差不得大于 3cm，方向偏差不得大于 5cm，并随时掌5握钻孔的方向、角度和深度，以及周边孔与孔眼之间是否互相平行，并且所钻孔眼底部应落在同一平面上，为了保留下一循环的钻孔净空位置，周边孔在钻孔时要有一定的外插角度，角度的大小是根据钻孔深度而确定。 4、装药及堵塞 （1）装药前先用木棍或竹竿检查炮孔内有无岩粉石碴堆积，孔壁有无塌落变形。在未将孔内堆积物及孔壁清理之前，不得装药。 （2）装药时提起绑在药串上的绳子缓慢地将药串
9、送入孔内，如发现药串路途卡住不能继续下落时，可将药串稍向上提起再下落，如仍不能下落，应将药串全部提出孔外，在将孔壁处理好后再重新装药，至确认药卷已达到孔底为止，但是不得用木棍或竹竿直接捣压药卷。装好药后将绳子拉紧固定在木桩上，防止药串下坠将导爆索拉入孔内。 （3）为实现不偶合装药，在药串顶部先塞入一个纸团，并用木棍捣实后再进行孔口堵塞。堵塞物用掺有石屑或砂子的粘土。 5、哑炮处理 爆破过程中如出现哑炮，可以按照下面程序进行处理： 哑炮处理由原施工人员进行，并严格遵守如下规定：1）无关人员应撤出警戒区，在危险区内禁止进行其它作业；2）禁止拉出起爆药包； 3）处理电力引爆的哑炮应先切断电源，再用爆
10、破电桥检查每个药包的电雷管，若完好的可重新连接引爆，若雷管已爆而药包未爆的可设法再装雷管引爆；4）对因导爆索被砸断而产生的哑炮，可重新联接引爆；5）难处理的哑炮，应由爆破工作领导人派有经验的爆破员按安全规程要求进行认真仔细处理；6）哑炮处理后应将残余的爆破器材集中处理或登6记归库；7）每次处理哑炮必须由处理者填写登记卡片。 三、结束语 随着隧道工程的数量的增长，光面爆破技术在隧道施工的应用越来越多。光面爆破开挖在软弱及破碎围岩施工中能够起到有效地控制周边炮眼眼炸药的破坏影响，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。对于光面爆破法来说，炮眼的位置确定、装药量的控制和爆破参数的选择、施工过程的控制都会直接影响爆破的质量，因此必须做好爆破的设计与施工控制。 参考文献： 1齐井岳.隧道爆破现代技术M.北京：铁道出版社，2005. 2杨威.软岩隧道光面爆破技术J.城市道桥与防洪，2008（02）. 3李博马，明瑜王，兴杰.光面爆破技术在隧道施工中的应用J.铁道工程学报，2011（18）. 4杨峰，阳军生.浅埋隧道围岩压力确定的极限分析方法J.工程力学，2008（07）. 5葛春民.小草湖铁路隧道光面爆破设计与施工J.山西建筑，2004（11）. 6张杰，王秋红，殷凤荣.光面爆破在隧道施工中的应用J.山西建筑，2012（11）.
