隧道光面爆破控制技术

中梁山隧道光面爆破控制技术

杨平

摘要：本文通过对隧道光面爆破控制的钻爆设计、施工工艺、超欠挖原因的分析及施工效果的介绍，着重说明中梁山隧道的光面爆破控制技术。

关键词：中梁山爆破控制工艺

1 工程概况

华福中梁山隧道为重庆市华岩至巴福一级公路改建工程的控制工程，位于九龙坡和大渡口两区境内。隧道左线全长3561.593m，右线全长3555.00m，为分离式双向四车道公路隧道，左、右线轴线间距35.00m。

隧道穿越的中梁山山脉沿四川盆地东部呈北东向展布，南北长80.00Km，东西长3.0～5.0Km，为条带状低山。山丘相对高差100.00m左右，为典型的川东平行岭谷地貌，发育有“一山两岭三槽”特征，属构造-剥蚀地貌。隧址区位于中梁山南段、山体狭长、且相对低缓，岩体以长石石英砂岩、灰岩、白云岩、钙质泥岩等为主。

隧道部分洞身穿越溶洞、煤层采空区和瓦斯地段。主要施工方法为：Ⅱ、Ⅲ类围岩采用半断面施工；Ⅳ、Ⅴ围岩采用全断面施工，全隧采用光面爆破技术，模板台车衬砌。

2 对光面爆破的认识

隧道爆破往往不能得到表面平整的坑道轮廓线，常常出现事以愿违的超挖和欠挖，这造成了很大的工程浪费，也直接影响施工的速度。如何使用新机具、新材料、优化爆破设计，努力提高爆破质量是钻爆法施工永远要探索的课题，光面爆破技术就是其中之一。

光面爆破顾名思义就是爆破成型好，超欠挖少。它是通过调整周边眼的各爆破参数，使爆破面沿周边眼劈裂开来，从而避免周边眼以外的围岩受到破坏，并使坑道周边达到光面的效果。主要技术参数及措施如下：

2.1 适当加密周边眼间距，调整间距抵抗比E/W值

减少周边眼间距要视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定，一般可取E=（8～18）D=40cm～70cm。选择时，对于硬岩和破碎岩石宜取较小E值；对于软质或完整性好的岩石宜取较大的E值。

为了保证孔间贯通裂缝优先形成，必须使周边眼的最小抵抗线大于炮眼间距，通常取E/W=0.8为宜，即W≈50～90cm。

2.2 选择合理的炸药品种、炸药量和装药结构

用于光面爆破的炸药应选用爆速较低、猛度较低、爆力较大、传爆性能良好的炸药；底板眼则宜选用高爆力炸药，即可以克服上覆石碴的压制，又可以起到翻碴作用。

周边眼装药量应既具有破岩所需的应力能，又不致造成对围岩的严重破坏，施工中要根据孔距E、光爆层厚度W、石质及炸药种类等因素综合考虑和调整。一般地装药密度控制在0.04kg/m～0.4kg/m。

周边眼的装药结构，一般采用小直径药卷连续或间隔装药。炮眼、药卷直径不偶合系数λ可控制在1.25～2.0之间。但药卷直径不小于炸药的临界直径，以保证稳定传爆。必要时用导爆索传爆，孔内串联。

2.3 保证周边眼同时起爆

用导爆索或即发雷管同时起爆所有周边眼的药包，尽量使用高精度迟发雷管或导爆索作为孔内传爆。

2.4 严格掌握炮眼方向

钻眼方向的准确与否，直接影响光面爆破的效果。钻眼前要认真定准炮位，确定炮眼的方向，控制钻眼的角度，确保周边眼落在同一铅垂平面上。

3 钻爆设计

中梁山隧道岩体以长石石英砂岩、灰岩、白云岩、钙质泥岩等为主，按围岩类别区分有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，其中以Ⅳ、Ⅴ类围岩居多，下面着重介绍中梁山隧道Ⅳ、Ⅴ类围岩钻爆设计过程。

3.1 岩石的抗爆性及分级

本隧道Ⅳ、Ⅴ类围岩主要是灰岩，节理较发育，整体性稍好，但裂隙水发育。岩石单轴抗压强度在30～45Mpa之间，软化系数0.82，根据工程类比可判定其抗爆破性指数N为Ⅲ级，属中等爆破程度。

3.2 炸药品种选择

考虑岩石的抗爆性、裂隙水、重庆市场炸药性能和价格，决定采用药卷直径为θ=φ35mm的2#岩石炸药（有水孔采用乳化炸药），炸药单耗量k值确定在0.9～1.2之间。周边眼采用小药卷直径为θ=φ25mm的2#岩石炸药。药卷直径大于炸药的临界直径15mm。

3.3 循环进尺l和炸药用量Q

根据进度计划安排，并结合使用的凿岩设备，综合考虑后确定循环进尺

l=3.5m；每循环的总装药量为Q=klS=1.04×3.5×75=274.2kg

3.4 开挖面的支承作用距离T

根据量测数据反映,开挖面的支承作用,可以持续达到3倍洞径,也就是说开挖面距离初期支护的距离可达到T=3×12=36m。

3.5 炮眼直径D

根据使用的YT-28型风动凿岩机的性能及工作效率，采用φ38mm钻头成眼φ40mm，不偶合系数λ=D/θ=1.14 ,以免发生管道效应,导致药卷拒爆；对于周边眼可采用较大的λ值（1.2～1.3），以减少对围岩的破坏。

3.6 炮眼数目N及比钻眼数n

3.6.1 根据各炮眼平均分配炸药量的原则计算炮眼数目：

N=Q/q=kS/αβ=152个。

（装药系数α=0.53, 药卷单位长度质量β=0.96kg/m。）

3.6.2 单位开挖断面的平均钻眼数目：

n=N/S=2.03。

3.7 炮眼布置

首先确定施工开挖轮廓线，然后进行炮眼布置。全断面一次爆破开挖分区为：掏槽眼、辅助眼和周边眼。

3.7.1 炮眼深度

根据每掘进循环所要求的进尺量和炮眼实际利用率确定：

L=l/η=3.7m,其中η=94.6%。

3.7.2 开挖轮廓线及预留变形量

按设计要求，岩石预留变形量为3cm；因考虑隧道净空需要和施工误差的存在，开挖轮廓线放大5cm。

3.7.3 掏槽眼的布置

本隧道采用双楔形掏槽，掏槽眼位于断面的中部，掏槽区尺寸为4.32m2。掏槽炮先行爆破掏出一个小型槽口，以形成新的临空面。由于受围岩的夹制作用，

采用较大的炸药单耗k=7.8kg/m3和较大的装药系数α=0.6～0.8。为保证掏槽炮有效将石碴抛出槽口，掏槽眼比设计掘进进尺加深20cm，并采用孔底反向连续装药和双雷管起爆。

3.7.4 辅助眼的布置

辅助眼由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖轮廓形状。辅助眼间距E=60～90cm，采用孔底连续装药。

3.7.5 周边眼的布置

周边眼间距E=60cm，采用串联间隔装药。周边眼方向以3%～5%的斜率外插，眼底落在设计轮廓线以外10cm～15cm，前后两排炮眼的限界台阶高度控制在10cm之内。

3.7.6 装药结构和堵塞

掏槽眼和辅助眼采用连续装药结构，周边眼采用间隔装药结构，起爆药包按反向装药包设置。

堵塞材料用粘土和砂按3：1混合，在加2～3%的食盐，堵塞长度约为1/3的炮眼长度。但通过实践，炮眼深度大于2.5m同时采用反向装药，可对炮眼不堵塞。

3.7.7 起爆方法和起爆顺序

起爆方法采用非电导爆管法起爆，导爆管由8号火雷管发爆。

起爆顺序为：掏槽眼---辅助眼---底眼---周边眼，采用迟发毫秒非电雷管控制延期时间，跳段使用。

3.7.8 实例爆破图表

爆破设计图表详见<<中梁山隧道爆破设计图实例>>。