光面爆破技术在泥岩

光面爆破技术在泥岩﹑砂岩平互层开挖中的成功

应用

1．概述

隧道的光面爆破，多年来一直是各单位探讨研究的课题。隧道实施光面爆破，既可以节省投资，加快工程进度，又能充分发挥围岩的自身稳定作用，提高隧道施工的安全性；但是隧道实施光面爆破，其影响因素较多，如地质岩层因素、装药结构、炮眼间距、钻眼精度及施工管理等，施工时必须综合考虑，才能保证隧道的光面爆破效果。某隧道为分离式隧道， III﹑ IV类围岩占到隧道的70%，其地质状况主要为砂岩夹泥岩或泥岩夹砂岩，岩层主要为水平层，微至未风化，层间结合多数较差，有地下水。笔者在隧道监理的过程中体会到只有抓好隧道的光面爆破，才能保证隧道施工质量﹑安全和进度。

2．云台山隧道泥岩﹑砂岩平互层的开挖超欠挖情况

隧道在刚进入III﹑ IV类围岩开挖时，隧道大部分岩层均为泥岩﹑砂岩平互层，有时泥岩和砂岩平互层为两层，有时为多层，砂岩强度往往较高，而泥岩强度低。尤其是当拱顶为石质差的泥岩时，该部位开挖后容易掉块，要及时进行支护。由于施工初期对这种围岩缺少认识，经常造成超欠挖情况，其中两种典型岩层及爆破效果情况示意见下图1。

3．泥岩﹑砂岩平互层的开挖控制措施

3．1全断面的光面爆破技术

光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有的完整性和稳定性的爆破技术。光面爆破主要有以下三大优点：①、光面爆破对围岩最大限度地减少了扰动，尽可能的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能力；②、光面爆破后围岩壁面平整，减少了应力集中和局部落石现象，保证了施工安全；③、光面爆破成型好，减少了超挖和避免欠挖，能节省大量混凝土超挖回填数量和降低单位工作量，降低工程造价，加快施工进度。

3.1.1合理的钻爆设计是前提

以IV类围岩为例，其全断面光面爆破炮眼布置如下图2所示：

周边眼采用竹片、传爆线、小直径药卷（乳化炸药等）及导爆管雷管间隔装药，反向起爆，其余掏槽眼及辅助眼、底板眼均采用连续装药，反向起爆，孔口采用黄泥堵塞，堵塞长度约20cm。装药结构见图3炮眼装药结构图

（1）掏槽眼

该隧道采用了大断面楔形掏槽技术。从左、右两个方向掏槽，掏槽面积40m²，掏槽体积120m³左右，掏槽眼倾角及掏槽眼深度见全断面光面爆破炮眼布置图。同时，为了减小大块率，在掏槽区中部布置了8个辅助孔，这8个孔与岩面垂直。采用该种掏槽方法优点是爆力比较集中，爆破效果较好，根据大块率的要求可以适当增减辅助掏槽眼的个数。装药长度一般为钻孔长度的70%.采用φ32mm的乳化炸药，装药集中度0.62kg/m。

表1 Ⅳ类围岩全断面开挖爆破参数表

（2）周边眼

周边眼沿隧道轮廓布置，对于均质岩体，基本上取等距离布眼，在断面拐角处必须布眼，且应考虑一定的外插角，外插角斜率控制0.03～0.05，使前后两排炮眼的衔接台阶为最小，一般控制在8-10cm。光面爆破参数见表2：

表2爆破参数表

（3）辅助眼

辅助眼布置于周边眼和掏槽眼之间，沿隧道环向布置。第一排辅助眼也即内圈眼距周边眼80cm。第二排辅助眼距第一排辅助眼

110cm，环向间距99cm布眼，底部布眼间距为96cm。全断面共布置52个辅助眼，炮眼直径均为φ42mm，第一排辅助眼垂直岩面钻眼，第二排稍倾向隧道中线方向。辅助眼均采用直径φ32mm的乳化炸药连续装药，装药系数为0.50.

（4）底板眼

在隧道施工中，底板的超欠挖控制比较困难，由于底板眼几乎接近于地面，钻孔的操作相对困难，稍微控制不好，就会出超挖或欠挖。同时装药量不足或过大也会影响底部的超欠挖。钻孔时在地面上放置钢轨或工字钢，使钻孔能够按设计纵坡方向钻孔。底板眼间距94cm，在边墙角部加密炮眼，底板眼加强装药，装药系数为0.63.

（5）装药与堵塞

在将炸药装入炮眼前，应将炮眼内的残渣、积水用高压风吹干净，并仔细检查炮眼的位置、深度、角度是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装填。

炮眼堵塞与不堵塞对爆破效果的影响很大，在隧道爆破中，堵塞长度一般为最小抵抗线的0.2～0.5倍，最小不少于20cm，堵塞可采用分层人工捣实法进行。

（6）起爆顺序和起爆方法

起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。

采用导爆管雷管起爆法，起爆系统如下：

明火点火→导火索→火雷管→导爆管雷管→药卷或药包

采用复式联接网路，即局部簇联、全断面并联。为了“准爆”应尽量采用双雷管起爆，万一组合雷管有一个拒爆，另一个还起作用，保证了传爆的可靠性。联接网路示意图见图4 起爆网络图所示。

3.1.2准确的测量、放线是保证

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(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。

3.1.3严格的施工管理是关键

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，认识到超欠挖的重要性，管理中钻周边眼要做到“准﹑直﹑平﹑齐”，即钻孔位置准，彼此平行，孔底落在同一横断面上。钻眼要实行“定人﹑定机﹑定位﹑定质﹑定量”制度。“定人”即指周边眼定人钻；“定机”即指每台风钻定人操作；“定位”即指将隧道周边分四至五个区域，每个区域定人钻眼，将周边开挖成型的质量控制“绑定”在个人身上；“定质”即指将周边开挖成型质量与钻眼人员的收入挂钩，以合理的奖罚激励钻眼人员提高钻眼水平，进而提高隧道开挖成型质量；“定量”即要求钻眼人员在规定的时间内，保证质量，钻完炮孔，以减少作业循环时间。

同时针对开挖施工制定出光爆效果和开挖队的效益工资挂钩的奖罚制度，并指定分管领导专职负责此项工作。根据每班的超欠挖情况，班后及时奖罚到个人身上，并及时兑现。每月底对本月的超欠挖情况进行总结，表彰先进，激励广大钻眼人员向先进学习。

3.2. 对泥岩﹑砂岩平互层的爆破超欠挖情况分析及处理

该隧道岩层情况变化较大，在施工监理的过程中对泥岩﹑砂岩平互层的特殊情况进行了分析：爆破主要的作用原理是当炸药在炮孔中爆炸时，其能量是沿炮孔周圈迅速释放，在释放过程中，爆炸能在介质中传播往往是沿最小抵抗线方向或介质弱面处集中。当层理面处于拱腰及下台阶时，该部位炮孔最小抵抗线与层理面平行时，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，并使块度降低，这样又必须进行超挖处的喷混凝土处理，既增大了投入，又影响了进度。

因此当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防影响爆破效果和卡钻；同时针对不