光面爆破在隧道施工中應(yīng)用

黃成智

摘要：隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)不斷推進(jìn)，隧道工程建設(shè)越來越多，掘進(jìn)技術(shù)也在不斷更新和完善，而普通爆破掘進(jìn)技術(shù)在山區(qū)隧道施工中還占有很大的比例，使用光面爆破技術(shù)進(jìn)行隧道施工，能夠獲得較好爆破效果，為隧道施工提供一定安全、進(jìn)度、質(zhì)量保障?；谶@種認(rèn)識，本文在闡述光面爆破技術(shù)基礎(chǔ)上，以白土巖隧道施工為例，對光面爆破技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用問題展開探討，為關(guān)注這一話題人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：光面爆破：隧道施工；應(yīng)用

中圖分類號：U455.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-199-02

前言

在公路鐵路的建設(shè)中，都需要進(jìn)行隧道施工。盾構(gòu)技術(shù)在山區(qū)隧道施工往往受到拼接場地限制無法或因投入費用高而不被接受，作為普通爆破施工掘進(jìn)方式容易產(chǎn)生圍巖穩(wěn)定性較大影響引起超欠挖現(xiàn)象，導(dǎo)致工程施工進(jìn)度、質(zhì)量、經(jīng)濟效益較大影響。而光面爆破施工技術(shù)在減少隧道施工對圍巖影響基礎(chǔ)上，還能保證隧道成形規(guī)整，有利于提高隧道施工進(jìn)度、質(zhì)量、經(jīng)濟效益。因此，控制隧道光面爆破施工技術(shù)的應(yīng)用始終是隧道施工熱門話題，有必要對光面爆破在隧道施工中應(yīng)用問題展開探討，更好促進(jìn)隧道施工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

1.光面爆破技術(shù)分析

1.1光面爆破機理分析

所謂光面爆破是通過正確控制爆破參數(shù)和合理選擇施工方法，采用分區(qū)分段微差爆破控制方式，確保爆破后輪廓線較好滿足設(shè)計和規(guī)范要求，且臨空面平整規(guī)則一種控制爆破技術(shù)，他是新奧法原理在隧道應(yīng)用過程進(jìn)一步應(yīng)用及提高。隧道應(yīng)用光面爆破技術(shù)掘進(jìn)與傳統(tǒng)掘進(jìn)技術(shù)相比，更能有效控制周邊眼爆破作用，減少圍巖擾動為基礎(chǔ)，更好保證圍巖穩(wěn)定和發(fā)揮自承作用?？傊摷夹g(shù)是在確保施工安全基礎(chǔ)上，以減少超、欠挖為目標(biāo)，提高工程質(zhì)量和進(jìn)度，更好節(jié)約施工成本。

1.2光面爆破參數(shù)確定

光面爆破技術(shù)進(jìn)行工程施工過程，需要進(jìn)行光面爆破參數(shù)合理確定，以確保爆破效果。就目前來看，光面爆破參數(shù)主要包含了周邊眼間距、炮孔深度、裝藥集中度和最小抵抗線。在具體工程施工中，需要根據(jù)工程實際情進(jìn)行這些參數(shù)優(yōu)化組合。所謂周邊眼孔間距，其實就是沿劈裂面炮眼中心距，最小抵抗線則是劈裂面臨空面距離，實際上就是光面層厚度。通常情況下，周邊眼孔距不大于抵抗線，才能夠使相鄰兩孔在爆破時產(chǎn)生應(yīng)力波相遇，然后再達(dá)到抵抗線邊緣，最小抵抗線如果較大，爆破所受阻力也越大。在進(jìn)行爆破設(shè)計時，需要做好抵抗線選擇?？拙嗯c抵抗線比值稱為炮孔密集系數(shù)。從理論上來講，該系數(shù)越小，周邊炮眼爆破對圍巖破壞就越小，在確定炮孔深度時，通常不小于1.2m。因為炮孔較淺不僅會導(dǎo)致炸藥浪費，還.容易對圍巖產(chǎn)生影響，而炮孔深度將對掘進(jìn)循環(huán)鉆眼工作量、循環(huán)時間和出碴工作量等多個因素產(chǎn)生影響，所以通常需要采用3.5m以下炮孔深度，在避免出現(xiàn)過大超欠挖現(xiàn)象同時，保持良好隧道掘進(jìn)速度。此外，在光面爆破設(shè)計中，還要進(jìn)行裝藥集中度計算，裝藥集中度即為線裝藥密度，是單位長度裝藥量，與巖體堅硬程度有關(guān)。

2.光面爆破施工過程控制

2.1工程概況

在探討光面爆破在隧道施工中應(yīng)用問題時，以雙永高速公路龍巖段A13合同段白土巖隧道施工為例。該隧道采用分離式雙洞布置，左洞長2704米，起迄樁號為ZK213+353～ZK216+057，右洞長2732米，起迄樁號為YK213+363～YK216+095。從整體上來看，左右洞的進(jìn)出口處均在直線段上。而左洞洞身位于半徑為1500米平曲線上，右洞洞身則位于半徑為1550米平曲線上。從縱坡情況來看，左洞縱坡為0.507%、-2.40%，右洞縱坡為0.50%、-2.4%。在施工的過程中，為進(jìn)一步提高工程施工質(zhì)量，在保證整體安全的條件下，如果采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行施工，可以很好提高工程經(jīng)濟效益，綜合考慮后，剛工程Ⅲ、Ⅱ級圍巖巖質(zhì)主要為：下伏基巖為三疊系溪尾組鈣質(zhì)粉砂巖局部夾灰?guī)r透體積文賓山組、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)粉砂巖，可采用光面爆破進(jìn)行施工。

2.2隧道施工爆破設(shè)計

在進(jìn)行隧道施工的光面爆破設(shè)計時，由于地址條件差異存在，所以還需要根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)行有關(guān)爆破設(shè)計參數(shù)逐步調(diào)整。這一過程中，尤其需要注重掏槽眼形式、最小抵抗線、裝藥結(jié)構(gòu)和裝藥量等設(shè)計參數(shù)調(diào)整。如果缺乏試驗基礎(chǔ)條件，還需要遵循密布、淺孔和弱爆循環(huán)漸進(jìn)原則進(jìn)行爆破設(shè)計，并且結(jié)合實際爆破效果進(jìn)行參數(shù)及時調(diào)整，以便取得較好光面爆破效果。

隧道施工光面爆破設(shè)計需結(jié)合施工現(xiàn)場機械配備情況和現(xiàn)場場地情況進(jìn)行，設(shè)計前需要進(jìn)行光爆層厚度確定。開挖到斷面較小情況下，光爆層厚度一般較小，而白土巖隧道光爆層厚度在0.50-0.75之間。掏槽形式選擇將對光面爆破效果和開挖循環(huán)進(jìn)尺產(chǎn)生決定性影響，需要在考慮施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全和效益等多方面因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行掏槽形式的選擇?？紤]到掏槽形式由開挖斷面大小、地質(zhì)條件、機具條件和開挖技術(shù)要求等多方面因素決定性問題，該工程選用單“V”型掏槽眼進(jìn)行施工，該種掏槽眼需要比其它掏槽形式的炮眼深度增加15～20cm，裝藥量也需要增加15%～20%。為做好隧道施工減震，嚴(yán)格按照“弱爆、密布”等原則進(jìn)行掏槽眼布置。其次，在周邊炮眼設(shè)計方面，可以沿著設(shè)計開挖輪廓線進(jìn)行周邊炮眼布置。同時，需要以3%-5%斜率外插，并且根據(jù)不同炮眼深度進(jìn)行斜率適當(dāng)調(diào)整，以免周邊炮眼的眼底超出開挖斷面輪廓線10cm。在設(shè)計周邊炮眼的過程中，隧道開挖面不夠整齊部位，需要進(jìn)行炮眼深度和裝藥量調(diào)整，并且使所有炮眼眼底處在同一垂直面。在周邊炮眼表面，需要進(jìn)行長度不超過20cm炮泥的堵塞。起爆時周邊炮眼需要一次同時起爆。再者，最大裝藥量設(shè)計上，根據(jù)現(xiàn)場試驗和施工檢驗，通過計算得到周邊炮眼裝藥集中度為0.15-0.25kg/m。由于光面爆破不需要進(jìn)行耦合裝藥，選擇按照計算出的裝藥集中度進(jìn)行均勻裝藥，為進(jìn)行底部炮眼阻力克服，我們選擇在炮眼底部放置半個標(biāo)準(zhǔn)藥卷。

2.3隧道光面爆破施工

隧道光面爆破施工過程中，依次完成鉆眼、裝藥、聯(lián)線起爆和爆破效果檢查等工序。首先，施工隊伍需要按照爆破設(shè)計進(jìn)行鉆眼作業(yè)。在鉆眼之前，施工隊伍需要進(jìn)行開挖斷面中線和水平規(guī)劃，然后利用臺階尺寸法進(jìn)行開挖輪廓線確定。在此基礎(chǔ)上，施工隊伍可以根據(jù)之前設(shè)計進(jìn)行炮眼位置標(biāo)出，然后在檢查標(biāo)出位置符合設(shè)計要求后鉆眼。鉆眼過程中，可以使用濕式鉆孔法，鉆孔前將作業(yè)面清洗干凈，按照設(shè)計要求，需要做好掏槽深度、角度控制，并且確保掏槽眼口間距誤差不超出5cm。在進(jìn)行輔助眼施工時，需要按照設(shè)計要求做好輔助眼深度和角度控制，并且確保眼口行距和排距誤差不超出lOcm。需要注意的是，周邊眼開眼位置需要在斷面輪廓線上，外斜率不超出孔深3%-5%，間距誤差不超出5cm，眼底不超出輪廓線10cm。而除了掏槽眼，斷面上所有炮眼眼底需要在一個垂直面上。

鉆眼完成后，在檢查合格后進(jìn)行裝藥，裝藥之前，將炮眼內(nèi)的石粉和泥漿清理干凈，裝藥的過程中需要做好裝藥量控制。具體來講，就是需要使用符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求的爆破材料。如下表1所示，為該工程施工使用爆破材料。從裝藥方式上來看，周邊炮眼使用是小直徑藥卷間隔裝藥方式，其余炮眼使用是連續(xù)裝藥方式。從爆破材料選擇上來看，掏槽眼使用非電毫秒雷管和塑料導(dǎo)爆管起爆，周邊眼使用小直徑巖石硝銨炸藥，該種炸藥具有低爆速、傳爆性好、低密度和高爆力優(yōu)勢，能夠獲得較好爆破效果。考慮到圍巖整體性、強度、層理和節(jié)理等地質(zhì)因素，光面爆破將受到多方面影響，還需根據(jù)實際爆破效果進(jìn)行爆破參數(shù)動態(tài)設(shè)計和調(diào)整。爆破過程中，將同類圍巖爆炸試驗參數(shù)當(dāng)成是依據(jù)進(jìn)行光面爆破參數(shù)確定。而根據(jù)上一次光面爆破效果，還需要對下一次爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

完成炮眼裝藥后，需要要做好炮眼堵塞物長度的控制。堵塞過程需要從藥包頂端進(jìn)行堵塞，并且按照1：3配比將粘土和砂子混合制成炮泥。聯(lián)線起爆過程中，需要使用雷管為起爆元件，從而使導(dǎo)爆管激發(fā)，并且通過傳遞沖擊進(jìn)行起爆元件激發(fā)。在連接起爆元件過程中，通過卡口賽將傳爆元件、激發(fā)元件和起爆圓臉連接起來。施工過程中要控制，單發(fā)雷管起爆時使用導(dǎo)爆管數(shù)量不能超過20根。導(dǎo)爆管布置需要使其在雷管周圍均勻分布，并且確保雷管聚能方向與傳爆方向相反。完成隧道爆破后，需要進(jìn)行光面爆破效果檢查。在這一過程中，需要確定開挖斷面沒有欠挖，而超挖值需要小于15cm，邊墻位置超挖值小于10cm。同時，需要確保炮眼痕跡在輪廓面上均勻分布，并且兩個炮眼銜接臺階最大尺寸不超出15cm。根據(jù)實際要求，還確保爆破石碴最大不超出30cm。

3.隧道爆破的注意事項

施工過程中進(jìn)行光面爆破技術(shù)應(yīng)用，需要做好地層和結(jié)構(gòu)監(jiān)控測量，并且做好爆破對圍巖破壞嚴(yán)格控制，以免爆破施工對周圍環(huán)境產(chǎn)生過大影響。所以在施工過程中，要做好爆破擾動范圍和地震動效應(yīng)檢測，在較弱的圍巖處，需要開展支護(hù)施工。根據(jù)鉆爆參數(shù)、爆破進(jìn)尺、支護(hù)型式和支護(hù)時間，通常會采取減震爆破措施。具體來講，就是將爆破進(jìn)尺控制在0.8～1.5m范圍內(nèi)，并且采用微臺階法開挖。

4.光面爆破實施效果與經(jīng)濟效益

4.1光爆效果

白土巖隧道開挖掘進(jìn)工作已接近尾聲，隧道開挖實行光面爆破段，除開始試驗段外，現(xiàn)已開挖地段光爆效果良好。

（1）破后炮眼痕跡率達(dá)80%～90%，兩茬炮銜接臺階最大尺寸為llcm，超欠挖量僅為5%左右，比非光面爆破超欠挖量（達(dá)20%）要低得多；（2）巖碴塊度較小亦均勻，利于裝碴，節(jié)省裝運時間；（3）減少支護(hù)投入，降低工程造價；（4）巖面平整，應(yīng)力集中小，減少安全隱患。

4.2經(jīng)濟效益

（1）節(jié)省時間：光面爆破施工鉆眼及裝藥延長20min，清理危石或補炮縮短20min，初期支護(hù)縮短20min，裝碴及出碴縮短20min，并方便了后續(xù)掛土工布、防水板施工。

（2）節(jié)省材料：光面爆破比非光面爆破減少超挖量15%，按現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)平均超挖值為150cm，即每延米少開挖約2.0m3。減少同標(biāo)號噴射混凝土超挖回填量約2m3，同時也節(jié)省火工品和因非光面爆破所造成圍巖破碎所需鋼支撐、錨桿、鋼筋網(wǎng)等初期支護(hù)工程量。

5.總結(jié)

總而言之，在隧道施工中應(yīng)用光面爆破技術(shù)，不僅能夠縮短工程施工時間，同時還能夠節(jié)省工程施工材料，所以能夠為隧道施工帶來較多的經(jīng)濟效益。因此，相信隨著光面隧道施工技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)將能在隧道施工中得到更好應(yīng)用。