关于稻香村隧道光面爆破技术的探讨

　　摘要：隧道全断开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。本文结合稻香村隧道为例，对其应用光面爆破技术所取得成果予以阐述，供大家共同参考借鉴。

　　关键词：隧道；光面；爆破

　　Abstract: The tunnel excavation of smooth blasting cut, is the application of smoothwall blasting, implementation of the tunnel, whole section a excavation of a construction method. Compared with the traditional blasting method applied it, the most significant advantage is can effectively control the surrounding eye explosives blasting effect, so as to reduce the disturbance of surrounding rock, and keep the stability of surrounding rock, ensure the safety of construction at the same time, can decrease again super, owe to dig, improving engineering quality and schedule. Combining with the rice fragrant village tunnel as an example, the application of smoothwall blasting results obtained discussed, for everyone to for reference.

　　Keywords: tunnel; Smooth; blasting

　　中图分类号：U455    文献标识码：A     文章编号：

　　1 工程概况

　　稻香村隧道位于铜黄高速公路A2合同段，工程于2004年10月份开工建设，2005年9月底贯通。该隧道全长1755 m，净宽11 m，设计时速100km／h。采用双洞单向行车双车道隧道(上下行分离)，左洞起止桩号为zk6+080～zk7+835；右洞起止桩号为yk6+065～yk7+820，隧道平均埋深约140 m。受气候影响，雨水丰富、山体植被茂密，岩石呈竖向节理发育30℃～55℃，该隧道地处高山重丘，隧道穿越前震旦系麻源群变质岩和上侏罗统南园组火山碎屑岩夹火山碎屑沉积岩，局部穿越燕山晚期侵人花岗岩脉体。由设计地质勘探资料得知，该隧道洞口段为中风化Ⅳ级围岩，以Pt3石英片岩和J3n晶凝灰岩为主；洞身段多为Ⅲ 一Ⅳ围岩，以微风化J3n晶凝灰岩和花岗岩为主，坚硬，较完整。

　　根据地勘报告揭露的地质围岩状况和现场调查资料，确定了详细的隧道开挖掘进施工方案，采用光面爆破技术，根据凝灰岩和花岗岩围岩的岩性、级别和开挖方式制定光爆控制目标和钻爆设计，形成具体方案。

　　2 光面爆破控制目标

　　根据围岩实际情况，按照钻爆设计指定的炮眼位置、数量、深度和角度、装药量和装药结构、起爆方法和起爆顺序等，利用微差顺序起爆控制技术，将围岩按照设计开挖断面轮廓线爆破成洞，且开挖成洞轮廓面圆顺光滑、无欠挖、超挖值控制在规范允许范围之内，允许超挖值见表1。

　　3 光面爆破钻爆设计

　　炮眼按功能分为：掏槽眼、中空眼、辅助眼、掘进眼、周边眼、底板眼、五种，其炮眼布置如图1所示。

　　3．1 炮眼的布设及作用

　　掏槽眼为1#，设在开挖断面中央往下一点的部位，设置为3个，采用三角形三中空布置如图2所示，其作用是与中空眼配合，将完整的围岩断面从中间掏出一个小洞，为辅助眼爆破提供扩展空间。(因为掏槽眼是第一个爆炸的炮眼，四周受岩石的夹持，应力释放面只有中空眼部分，所以只能炸出一个小洞。)；辅助眼为2～8#，呈扩大状、分层交错均匀的分布在周边眼与掏槽眼之间，其作用是利用掏槽眼爆破腾出的空间，将开掏槽眼至周边眼之间的围岩由内向外逐层炸掉，为周边眼爆破提供更大的释放空间；周边眼为9#，沿设计开挖轮廓线均匀分布，其作用是在辅助眼爆炸后凌空面形成的一瞬间，将最外一层围岩同时爆破与岩体分离，形成开挖轮廓洞面；10#为底板眼，分布在开挖断面的底部，其作用是将隧道底部及两侧拱脚围岩炸翻；中空眼一般为3个，不装药，设在掏槽眼三条边线中间，其作用是为掏槽眼爆炸提供释放活动空间。

　　3．2 光面爆破技术参数的确定

　　光面爆破效果如何，主要取决爆破参数选择是否合理，不同的围岩其岩性、强度、周边眼的间距和抵抗线参数等也不相同。所以，光面爆破炮眼间距的参数应根据现场围岩的实际情况，经现场反复比对爆破实验取得。无实验条件时，可参考表2进行计算取得，也可按照下述经验公式计算所得。

　　(1)周边眼间距E。周边眼通常布置在开挖断面轮廓线上，其间距大小应视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径(d)和装药量而定。其计算公式为：

　　E=d* (10～15)，         (1)

　　式中：d为钻头直径或钻孔直径；钻孔一般使用直径为40～50mm钻头；10～15为经验系数，对于

　　软岩和破碎岩石亦取较小的值。稻香村隧道钻孔采用的是40mm合金钢钻头，周边眼间距经计算得：Ⅲ级围岩E=4．0*14=56cm；IV级围岩计算得E= 4．0*12=48cm。

　　(2)最小抵抗线V。最小抵抗线就是光爆层间厚度。它与岩石的坚硬强度、开挖面积的大小有关。开挖断面大、爆眼受到岩石的约束力小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度相对要大些；开挖断面小，爆眼受到岩石的约束力大，光爆层厚度相对要小些。同时，光爆层厚度与岩石的性质和地质构造有关，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。其计算公式为：

　　V=E／O．8，          (2)

　　式中：E为周边眼间距；0．8为经验系数。一般情况下Ⅲ级围岩V=70～85 cm；Ⅳ级围岩 =60～75cm。稻香村隧道Ⅲ 一Ⅳ级围岩最小抵抗线经计算得：Ⅲ级围岩V=56／0．8=70 cm；IV级围岩 =48／0．8=60 cm

　　(3)相对距E／V 。就是周边眼间距E与光爆层厚度的比值，开挖轮廓表面是否圆顺光滑，与周边眼间距(E)和抵抗线(V)有着密切关系。根据实验结果表明，当E／V=2时，开挖轮廓表面凹凸不平，围岩损伤严重；当E／V≈ 0．8时，开挖轮廓表面圆顺光滑，与设计轮廓基本一致。其计算公式为：

　　E／V=0．8～1．0，           (3)

　　式中：E为周边眼间距；0．8～1．0为经验系数。一般情况下E／V=0．8～1．0。稻香村隧道Ⅲ ～Ⅳ级围岩相对距经计算得：Ⅲ级围岩E／V=56／70=80cm；Ⅳ级围岩E／V=48／60≈80 cm

　　(4)装药不偶合系数D：炮眼孔径与药卷直径之比称为装药不偶合系数。一般情况下炮眼孔径d=40～50cm；2号岩石硝铵炸药药卷直径r=20～32 mm。其计算公式为：

　　D=d／r，         (4)

　　式中：d为钻头直径或钻孔直径；r为药卷直径。一般情况下Ⅲ级围岩取D=1．2～1．5；IV级围岩取D=1．5～2．0。稻香村隧道钻孔采用直径为40mm合金钢钻头，2号岩石硝铵炸药药卷直径r=25mm，其装药不偶合系数D经计算得：

　　D=d／r=40／25=1．60，         (5)

　　(5)装药集中度q。就是单孔每米装药量，以g／m表示。单孔药量的大小、直接关系到光面爆破表面平整度和成洞面围岩的受损程度，它与周边眼间距、光爆层最小抵抗线厚度、岩石强度、炸药的性能等有关，其计算公式为：

　　q=E*V *D，           (6)

　　式中：E为周边眼间距；V为最小抵抗线；D为装药不偶合系数。将相对应的数据代入公式经计算稻香村隧道Ⅲ～Ⅳ级围岩E* V装药集中度为：

　　Ⅲ级全断面围岩q=E*V*D=0．56*0．7*1．6=0．63 kg／m。

　　Ⅳ级围岩上断面q=E*V*D=0．48*0．6*1．6=0．46 kg／m。

　　(6)炮眼的数量N。应根据开挖断面面积、周边眼间距、最小抵抗线、装药集中度等有关联，采用CAD工程制图软件扩展或工程类比法推算可求得炮眼数量，也可根据计算公式求得：

　　N=S／E*V，           (7)

　　式中：E为周边眼间距；V为最小抵抗线；S为开挖面积。稻香村隧道Ⅲ级围岩开挖面积约77m2、Ⅳ级围岩上断面开挖61 rn2、Ⅳ级围岩下断面开挖32 rn2，根据已定周边眼间距和最小抵抗线数据，代人公式计算可求得，隧道Ⅲ ～Ⅳ级围岩开挖需钻炮眼：Ⅲ级围岩全断面开挖N=S／E*V=77／0．56*0．7=196个；IV级围岩上断面开挖N=S／E*V= 61／0．56*0．7=156个；IV级围岩下断面开挖N= S／E*V：32／0．56*0．7=81个。

　　(7)炮眼的钻造深度及角度。炮眼的深度和角度，与光面爆破效果的优劣有着直接关系。炮眼越深、角度越不易控制，爆破后成洞面就会出现不平整。为提高钻孔质量，为此项目部采购了高效的钻孔凿岩机，并加强对钻工人员的业务培训，定人、定眼、定位。根据围岩条件确定钻孔深度，Ⅲ级围岩全断面开挖时，炮眼深度控制在4．0 m，IV级围岩上下断面开挖时，炮眼深度控制在3．0 m。掏槽眼Ⅲ级围岩时采用直眼掏槽；IV级围岩时采用斜眼掏槽，掏槽眼比辅助眼和周边眼深10～15 cm。辅助眼与周边眼深度相同，眼底尽量保持在同一垂直面上，辅助眼钻孔角度尽量垂直开挖断面钻孔，周边眼钻孔角度按2℃向外倾斜，斜率控制在5cm／m以内，且眼底不超出开挖断面轮廓线10 cm，最大不超过15 cm。底板眼钻孔深度和角度与周边眼相同。掏槽中空眼钻孔深度和角度与掏槽眼相同，钻孔直径为10 cm。以上炮眼平面位置(排距、行距、眼口、眼底)、角度、深度等误差均不得大于5 cm，当开挖断面凹凸不平时，再根据实际情况调整炮眼深度和药量，力争将开挖断面平整垂直。

　　4 光面爆破装药的结构形式

　　稻香村隧道光面爆破炸药选用2号岩石硝铵炸药。当炮眼深度小于2 m、或岩石较软、破碎时，可采用空气间隔装药结构形式；当炮眼较深或岩石较硬时，眼底增加一节炸药，以保证爆破效果。两侧拱脚处是施工中最易出现欠挖的地方，该地方炮眼加密一倍，采用隔孔装药形式，或采用加大药量的方式来避免欠挖。掏槽眼装药采用连续装药结构形式，因为它是第一个爆炸的炮眼，四周受围岩夹制，爆破能量释放空间有限，药量少、威力弱，不易将渣抛出成洞；周边眼的装药采用小直径药卷，炮眼、药卷直径不偶合系数控制在1．25～2．0之间，但药卷直径不得小于炸药的临界直径20mm。为防止爆炸中断现象或出现传爆盲区，装药采用小直径药卷和低爆速炸药，借助传爆线实现空气间隔装药；辅助眼的装药结构采用空气间隔装药，使药量沿炮眼全长合理分布，炸药应选用爆力较大，传爆性良好的炸药；而底板眼的装药采用连续装药结构，则宜选用高爆力的炸药，可以克服上覆石渣的压制和起到翻渣的作用。无论采用何种装药形式，装药完毕，必须采用炮泥严密封堵炮眼，炮眼如封堵不严密，不但降低爆破威力，还会造成渣体过大和欠挖现象。

　　5 光面爆破起爆的方法及顺序

　　光面爆破分区起爆顺序是：掏槽眼→辅助眼→周边眼→底板眼。为使光面爆破有良好的效果，起爆采用毫秒雷管微差顺序起爆，尽可能的减小同段周边眼雷管起爆时差；稻香村隧道光面爆破采用全新红线导爆索和高精度系列迟发电雷管起爆。因为同时起爆，使炮眼间爆炸力起共同作用，比较容易炸成平面。对石质稍差的岩石，采用毫秒迟发电雷管起爆周边炮眼，它既具有同时起爆的爆炸威力，又可以减少对轮廓线以外围岩的扰动。

　　6 光面爆破效果

　　稻香村隧道应用光面爆破技术，开挖班组和爆破班组能始终严格按照钻爆设计组织钻孔、装药和爆破，根据围岩变化情况及时调整钻爆参数，光爆效果超过了预期的目标，爆破开挖轮廓基本与设计开挖轮廓相符、无欠挖、超挖值在允许范围之内；两排炮衔接处错茬基本控制在5～10cm以内；周边眼残留率极高：Ⅲ级围岩段炮眼残留率达到98％、Ⅳ级围段炮眼残留率达到90％；开挖成洞面围岩无明显损伤；爆破渣石块体大小均匀，一般块体大小20～40cm；隧底及两侧拱脚处基本无欠挖；开挖掌子断面平整垂直。该隧道提前半年贯通，安全、质量和进度均得到了业主的好评。

　　7 结束语

　　钻爆设计参数的选取是否合理，直接关系到光面爆破成洞质量，所以，根据实际围岩情况确定钻爆参数十分关键。另外，加大对钻工的技术培训，选择性能良好的钻孔机械，提高炮眼的钻孔质量，确保炮眼方向、角度和深度、平面位置精度，是确保光面爆破的必要条件。同时，开挖施工中应时刻注意围岩的变化情况，随时调整或选取不同的光爆参数，合理选择炸药品种和优化装药结构，加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制，为光面爆破提拱有力的支持和保证。