光面爆破论文

凉风凹1#隧道光面爆破施工技术

（中铁xx局集团公司第五工程有限公司水麻高速公路项目部）云南xx

摘要：介绍凉风凹1#隧道进口段光面爆破参数的选择、施工方法及工艺，对控制隧道超欠挖起了积极的作用。

关键词：公路隧道；光面爆破；参数选择；施工技术

一、工程概述

凉风凹1#隧道进口段位于国道主干线（GZ40）二连浩特至河口云南水富至麻柳湾高速公路中的第九合同段。该隧道双幅全长2750m，隧道采用左右幅分离的双洞单向行车双车道。隧道设计为净跨11.2m，净高7.1m的单心圆拱曲墙断面，为长大隧道。隧道区域处于构造侵蚀的低山区，为分水岭地貌，最大埋深501.44m，主要出侏罗系地层，岩性组合为紫红、紫黑、灰绿色砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩不等厚互层。进口段均处于陡坎地段，进口由紫红色泥岩组成受风化营力影响，浅表层2～3m风化破碎强烈，围岩类别低，围岩类别划分难度较大。进口段隧道穿越深度以泥岩为主，其围岩类别为II、III类，其中III类围岩占65%。采用台阶法开挖、锚、喷、格栅、网、初期支护，全断面复合式衬砌。

二、光面爆破的特点

根据公路隧道“新奥法”施工的需要和工程地质条件，结合施工现场实际情况，决定采用光面爆破施工。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。据有关资料统计，

光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。

三、光面爆破方案的确定

目前，大断面隧道光面爆破施工有2种方法：一是预留光爆层法；二是全断面一次性开挖法，根据施工现场的实际条件及围岩情况，该隧道采用预留光爆层法。

四、爆破方案设计

1、爆破参数的选择

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。凉风凹1#隧道主要为III 类围岩，上导开挖断面的面积为61.6m2，采用2号岩石铵梯炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药，采用火雷管和非电毫秒导爆

雷管起爆。

严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

在光面爆破中，炮眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K、装药密度q是相互制约的。

（1）、光爆层厚度（B）

光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，光爆层厚度可以小些，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。凉风凹1#隧道确定光爆层厚度（B）为0.50～0.80。（2）、周边眼密集系数

周边眼密集系数是周边眼间距（a）与光爆层厚度（B）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

A=（12~16）d K= a/B

式中，a为周边炮眼间距，cm；

d为炮眼直径，mm。

K值总是小于1当d=38～46mm，a=30～60cm，

B=75～80cm时，K=0.6～0.8。

（3）装药量计算：

光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度，即以kg/m 表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

q=QaB

式中q—装药集中度，kg/m；

Q—单位体积耗药量，g/m3；

A—周边眼间距，m；

B—光爆层厚度，m；

通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.15～0.25kg/m。（4）装药结构和起爆方式

光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。施工中采用如下图装药结构：①1/2普通标准药卷（ф35）起爆；②小直径药卷（ф25）空气间隔装药。

周边眼装药结构示意图

1/2φ35

起爆药卷

φ20药卷

空气间隔

径向空气间隔

堵塞物

导爆索

（5）光面爆破的分区起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底板眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管。光爆层的光爆眼用用导爆索一次同时起爆。

2、装药量分布及光面爆破参数表（见下表）

类围岩（上导）开挖爆破装药量表顺 炮眼 炮眼/药卷 炮眼个数 炮眼深度 炮眼间距 单眼装药 累计装药量

序 名称 直径（mm） （个） m (cm) (kg/孔) （kg）

1 掏槽眼 42/35 4 2.

2 80×150 2.2 9.5

2 辅助掏槽眼 42/35 9 2.1 100 1.0 9.0

3 辅助眼 42/35 12 2.0 90 0.8 9.5

4 辅助眼 42/3

5 15 2.0 85 0.8 12.0

5 辅助眼 42/35 20 2.0 75 0.8 16.0

6 二周边眼 42/32 25 2.0 70 0.8 20.0

7 周边眼 32/20 50 2.0 40 0.25 12.0

8 底眼 42/32 14 2.0 80 0.8 11.0

合 计 149 99.4

上导断面面积:61.56平方米，掘进长度按2.0m考虑。

炸药单耗量k=0.81kg/立方米。

楔形掏槽，槽口尺寸80×150cm，深度1.2m，角度10~15°。

周边眼直径：φ32mm，使用小药卷φ20mm，装药不偶合系数λ=1.6。

间距E=40cm，，最小抵抗线W=50~60cm，E/W=0.70.8，单孔装药量q=0.25kg。

名称

一般参考值

凉风凹1号隧道取值炮眼间距

（）

密集系数

装药集中度

（. ）

光爆层厚度

（）

40～5050～800.5～0.80.10～0.15

40 600.680.12

不耦合系数

1.5～

2.0

1.6

光面爆破系数

五、施工方法及工艺

一、钻爆机具材料

钻孔采用13台YT—28型凿岩机和3台20m3空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。采用Φ35mm×200mm2号岩石铵梯炸药。引爆雷管为8号工业纸壳火雷管，炮眼内的起爆传爆，四通管连接，双雷管引爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。

二、光面爆破施工工艺

1、放样布眼

钻眼前，测量人员用经纬仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每

次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

2、钻眼要求

掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。

周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm；内圈眼与周边眼应采用相同的斜率。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破

3、炮眼布置要求

①先布置掏槽眼，其方向在岩层层理明显时应尽量垂直于层理，掏槽眼应比

其他眼加深20cm。

②周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，在硬岩层中，周边眼的眼口在断面设

计轮廓线上，眼底超出轮廓线小于10cm；在软岩中，周边眼的眼口在断面设计轮廓线内小于8cm，眼底落在轮廓线上。

③辅助眼根据上稀下密，中部均匀分布的原则布置。

4、孔口堵塞长度L0

L0=（0.2～0.5）W

一般堵塞长度浅眼不超过20cm，深眼不超过30cm。

5、清孔装药

装药前用小直径高压风管将炮眼内石屑吹净，装药需分片，分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”不得混装。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度周边眼不小于20cm，其他眼不小于35cm。周边眼采用小药卷配导爆索，以增加不耦合系数和爆破时的缓冲作用，炮孔装药均采用反向装药结构。

6、连接起爆网络

起爆网络采用复式网络，以保证起爆的可靠性和准确性。导爆管采用四通管连接，不能打结和拉伸，各类炮眼雷管连接段数相同。引爆雷管应用绝缘胶布包扎在离一根导爆管自由端15cm处，聚能穴背向传爆方向，网络连好后要有专人负责检查后再起爆。

7、光面爆破施工技术措施

（1）对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

（2）选用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的2号岩石铵梯炸药。

（3）用不耦合装药结构，光面爆破不耦合系数为1.5～2.0，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定传爆。

（4）严格掌握与周边眼相邻的内圈眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。

炮眼深度大于2.5m时，内圈眼应与周边眼有相同的外插角，周边眼应尽量同时起爆。

（5）控制装药集中度，必要时采取间隔装药结构，为克服眼底岩石的夹制作用，可在眼底加强装药。

（6）当岩石层理明显时，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，以防卡钻和影响爆破效果。

六、光面爆破实施效果与经济效益

（一）、光爆效果

凉风凹1#隧道开挖掘进工作已接近尾声，隧道开挖全部实行光面爆破，除开始的试验段外，现已开挖地段光爆效果良好。

1、破后炮眼痕迹率达80%～90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为11cm，超

欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破的超欠挖量（达20%）要低得多。

2、岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间。

3、减少支护投入，降低工程造价。

4、岩面平整，应力集中小，减少安全隐患。

（二）、经济效益

1、节省时间：光面爆破施工钻眼及装药延长20min，清理危石或补炮缩短20min，初期支护缩短20min，装碴及出碴缩短20min，并方便了后续的挂土工布、防水板施工。

2、节省材料：光面爆破比非光面爆破减少超挖量15%，按现行规范标准平均超挖值为150cm，即每延米少开挖约2.0m3。减少同标号喷射混凝土超挖回填量约2m3，同时也节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需钢支撑、锚杆、钢筋网等初期支护的工程量。