谈光面爆破施工中的技术问题及相应措施

谈光面爆破施工中的技术问题及相应措施

隋东 广东宏大爆破股份有限公司

摘 要：光面爆破是沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整轮廓面的爆破施工技术。目前，光面爆破已经被广泛应用到各类掘进施工及边坡防护中，对光面爆破施工中的技术性问题及相关解决措施展进行分析与探究，对提高施工安全性、经济性、可靠性具有重要意义。

关键词：光面爆破；施工技术；控制爆破；措施

1 光面爆破施工中的关键技术问题

光面爆破施工所谓的关键技术与其爆破施工参数的选择有关联。一般地，光面爆破在实际作业中施工参数的确定与现场施工地质环境、炸药的品种、性能以及隧道断面开挖设计轮廓的形状、大小有着十分密切的关系。光面爆破最大的好处在于开挖轮廓内表面呈光滑平顺，基本上以肉眼是观察不到爆破裂纹的，在技术措施上避免了超、欠挖过大的情况发生，且最大化地降低了爆破施工对围岩结构的扰动，确保开挖施工的安全性和作业顺利。

1.1 工作机理

光面爆破施工是沿着设计开挖轮廓线布置一系列间距较小的平行钻孔，完成钻孔和清孔的作业之后即可在这些钻孔中进行不耦合装药，在主爆区爆破后起爆。炸药起爆时，对岩体产生两种效应：一是药包爆破瞬时高温高气压形成的冲击效应；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，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，从而形成平整的爆裂面。

1.2 参数选择

光面爆破施工也是一项极为困难的工艺，鉴于此工艺要针对详细爆破参数的选择和确定，就必须要面对无法达到理想爆破效果的情况产生。笔者认为，光面爆破施工参数的关键在确保光面爆破在隧道开挖断面轮廓线形成平整的爆裂面。

（1）钻眼的直径（db）。对于隧道开挖断面一般钻进的炮眼直径宜在35 ～45 mm范围以内；

（2）平行钻眼的平均间距。平行钻眼的平均间距和最小抵抗线是两个极为重要的爆破参数。隧道跨度较小时，平行钻眼之间的平均间距应适当调整。隧道开挖断面光面爆破可确定平行钻眼平均间距间距a：

a = (12 ～ 20) db

隧道开挖断面的光面爆破可取的平行钻眼平均间距约为600 ～ 700mm，如果实际开挖的表面曲率非常大，那么岩石爆破就会产生一种强劲的作用力，平行钻眼的平均间距宜调整减少至450 ～ 500mm，而导向空眼与装药钻眼之间的间距则不得少于400mm为宜；

（3）最小抵抗线（W’）。最小抵抗线和光滑层厚度将直接影响光面爆破的质量效果，除了受影响于平行钻眼的平均间距和周边的装药眼及结构参数，最为主要的影响还是最小抵抗线因素和光滑层厚度。因此，设计合理的光滑层厚度参数将对光面爆破施工具有十分积极的作用。光滑层厚度W’可以用于确定以下公式:

W’ = =Q/(Cq ·a·L)

上式中Q 为光面炮眼的装药量； a为炮眼间距； L 为炮眼深度； Cq为爆破系数，相当于单位耗药量，对于f = 4～10的岩层，Cq 值变化范围为0. 2～0. 5 kg/m3。

经验表明，对于大跨度隧道一般采取W’=700– 800mm，拱顶的厚度应该增加部分应与增加的跨度相对应。其他最小抵抗线和岩石性质和地质结构、硬摇滚可取的从500～600mm，软岩在800 ～ 900mm，对于小跨度隧道可以减少到600 ～700毫米；

（4）炮眼密集系数m。炮眼密集系数也称炮眼邻近系数，即炮眼间距a与最小抵抗线W’之间的比值（m = a / W’），是光面爆破参数确定中的一个关键值。目前，在工程施工中，光面层厚度的确定，一般情况下，周边眼间距a与光面层厚度W’的比值为

m =a/ W’ = 0. 8 ～ 1. 0

通常，光面爆破应当符合下列技术要求：根据岩石的特点，合理选择炮孔间距和最小抵抗线；严格控制线装药密度；钻孔倾斜误差小于1°；光爆网络宜采用导爆索连接，组成同时起爆或多组接力分段起爆网络于主爆区起爆后起爆。

2 光面爆破施工技术问题的对策

可用于光面爆破开挖的施工方法有两种，一个是全断面法。对于IV级和V级围岩完整性好的可用全断面法，控制延期时间及光爆孔间距，主爆区使用普通爆破设计，光爆孔和辅助孔按照光面爆破技术要求设计。使用毫秒延期电雷管或者非电毫秒延期起爆系统，光爆孔延迟主爆孔（150~200ms）起爆。光爆孔注意减少炸药用量，根据爆破设计控制线装药密度。另一种是保留平滑层方法。这种方法在其保留平滑区域内具有显著的特征，在光爆孔周围可以根据情况调整的爆破参数或修改，优化设计爆破方案即可达到更好的光面爆破效果。（1）影响开挖断面形成裂缝的原因。影响开挖断面产生裂缝的因素比较多，笔者认为在光面爆破施工当中主要存在的问题有：装药量过大、装药结构设计不科学、最小抵抗

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通过降水井的观测工程管理人员发现只有6口降水井能够正常工作，对抽水量进行验算。

其中： B为基坑边长，K为渗透系数，H为静止水位与基坑标高之差， h为静止水位与实际降低水位之差，M为含水层厚度， b为支护挡土墙厚度，T为设计降低水位至挡土墙低端深度。在开工之前项目部所设计单井出水量q=300，所需降水井总数应该为n=Q/q=8,现场能够起作用的6口降水井的降水速度远远不能够满足施工需求。

4.2.2 降水措施分析

①通过检查发现在富水区的降水井点井点数量过少，且还有部分降水井不工作，降水量不能够满足施工要求不明显。②降水井设计深度偏浅，打井深度更加浅，不能够有效对对基槽底部潜水及渗透承压水进行抽取。③项目部编制的降水方案没有认真验算检查，直接凭经验施工，没有考虑基槽地下承压水的压力过大可能会造成突涌现象出现。

4.2.3 勘察报告分析

项目地质勘察报告和实际开挖过程中的工程地质出现较大出入，地址勘察没有对项目复杂地质现象做出详细有效描述，枯水期进行地质勘察,承压含水层的压力不大, 判定为弱承压含水层，无法控制承压水的突涌。

同时查看地质勘察报告发现土质较差：③淤泥质粘土：灰色，流塑，切面光滑的土体，该层土含水量高，呈流塑状，蠕变性极强、土体抗剪强度极差、承载力极低，基坑内开挖时必须做好各项铺垫设施。

4.3 事故处理

通过对施工现场检查情况及现场会议纪要，工程部决定采取在出现涌砂渗水的区域设置反滤层，防止出现抽取地下水带出细砂出现塌方事故，补设二三级井点辅助降水，同时加快垫层施工等总体紧急处理方案。具体工程处理措施为:①砂袋设置围堰对管涌处进行围堵，同时采用细石混凝土对管涌口进行覆盖保证减少涌水口的水土流失,紧急调用多台水泵在基槽底部设置集水井进行明排水,同时组织人机对基坑坑中土进行抢挖。当挖至坑底标高,采用潜水泵排水, 管涌的流水通过排水盲沟流入集水井。②地质勘察报告表明基坑底部隔水粘土层在东北角最薄，西北及西南角较厚，基坑底部水流自东北向西南方向流动。根据以上情况，降水井的设置应该在东北边多布置，根据现场需要在深坑周边补设闭合的二级或三级井点加快降水。③项目部在混凝土垫层及砂垫层之间设置了一层30mm-50mm厚的预制混凝土板，可以有效保证垫层混凝土下面的盲沟能够排水畅通,防止出现上层土层塌落。④提前准备好沙袋，集中人力物力快速将护坡桩间流砂部位清理，在护坡桩间堆砌砂袋，在增加土体压力的同时防止上部土体的下陷，同时在流砂部位设置钢管长1.5m，直径¢48×3.5钢管。在钢管1m范围内梅花布置直径5mm、间距5cm的孔，钢管末端及一米范围内采用包裹滤网对水进行引流，可以有效防止水土流失。⑤项目管理人员同时加强地下水位的监测，根据编制土方开挖施工方案和现场监测方案, 时刻关注所监测的水文数据随时调整施工方案,防止出现反弹。

⑥在浇筑完成混凝土垫层后，对混凝土垫层上出现的渗水进行堵漏处理，紧急调用的8台深井泵同时开动对基坑进行降水，通过一段时间的强排我们发现深坑周边的地下水浸润线出现来了缓慢下降, 24h后从东侧往西继续开挖第二层基坑土，没有发现基坑突涌流砂现象，从而有效控制了涌水现象的出现。

5 结束语

基坑突涌在基坑开挖中是较常碰到的一种地质现象。在渗透系数较大、地下水含量丰富的地层中，项目部在编制降水方案及土方开挖方案时，在对可能发生突涌的基坑应提出预防突涌的措施，以便引起设计和施工人员的高度重视，提前采取相应的技术措施，避免基坑突涌给施工带来的困难，信息化施工不是一句空话，对基坑开挖过程要时刻关注监测结果随时调整开挖方式,优化施工参数，以达到保证基坑及周围建筑物安全的目的。

参考文献：

[1] JGJ120-99,建筑基坑支护技术规程[S]。

[2] GB50330-2002,建筑边坡工程技术规范[ S]。

[3] JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S]

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线与平行钻孔间距比值不合理、起爆方案以及辅助孔等等。（2）设计合理的装药结构。为了能够确保需保护一侧的围岩结构，必须要以较大的不耦合系数（K=d/d0，K≥2～2.5）、环状间隙装药或间隔装药以及采用低猛度、低爆速（如2000m/s～3000m/s）、低密度的炸药品种，此点极为关键。（3）控制最小抵抗线和辅助孔与光爆孔孔的距离等。（4）控制间隔时间。光面爆破的炮孔应在主爆区邻近炮孔起爆后150~200ms后起爆，延期间隔时间以不大于100ms为宜。

3 结束语

与普通的开挖爆破施工技术相比来看，光面爆破施工的技术性优势是十分明显的。光面爆破在完成爆破之后可以形成成形整洁且符合设计的断面轮廓，特别是在软岩结构层的掘进施工当中更能显示优势。光面爆破通常可以在新形成断面面壁之上残留较为清晰的半边孔壁痕迹，进而超挖情况被大大缩减。因此，光面爆破可以大大节省资金，提高隧道施工的安全性和可靠性。如此看来，既实现经济效益又保证作业安全的光面爆破施工技术十分值得被应用与推广。

参考文献：

[1] 《水利水电工程施工手册》编委会；水利水电工程施工手册(第2卷) [M]；北京：中国电力出版社；2002.

[2] 齐景狱，刘正雄，张儒林等；隧道爆破现代技术[M]；北京：中国铁道出版社；1999.

[3] 张志呈；定向断裂控制爆破[M]；重庆：重庆出版社；2000.

[4] 张志呈.；爆破原理与设计[M]；重庆：重庆大学出版社；1992.

[5] 刘建佳，刘栋梁；预裂爆破和光面爆破在边线控制施工中的应用[J]；山西建设；2002.

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