山岭隧道光面爆破技术

浅谈隧道光面爆破技术

摘 要 隧道钻爆开挖，爆破质量直接影响洞身周边应力分布状况，同时直接影响施工单位的经济效益及施工形象，目前隧道爆破基本全部采用光面爆破技术，光面爆破的成功与否是隧道施工的关键所在。

关键词 浅谈 隧道 光面爆破 技术

结合是施工中光面爆破现场实践经验，笔者将隧道光面爆破的一些基础知识浅谈如下： 1、光面爆破的特点

1.1 隧道成形规整，应力分布均匀，有利于围岩稳定，从而提高围岩自承能力。 1.2 对围岩的扰动范围小，相应的炮震裂缝少，从而增加施工安全性。 1.3 光爆成形规整，有利于施作锚喷支护。

1.4 节约材料，降低工程造价。尤其是减少超欠挖，可大大减少衬砌砼超灌量。 2、光面爆破的作用原理

炮眼中炸药爆炸时对围岩产生两种作用，一种是爆炸产生的高温高压气体膨胀过程对围岩的静压和尖劈作用，这种作用时间较长，一般为几至几十毫秒；另一种是炸药爆炸瞬间的冲击波对围岩动压作用，这种作用的时间较短，但作用比静压作用猛烈。一般爆破中，冲击波动压的作用是主要的。

光面爆破，就是人为地采取技术措施，减弱动压对炮眼周壁岩石的冲击作用，而使高压气体产生的静压作用成为主导。如果相邻的炮眼间距适当，爆炸时爆炸气体将在炮眼连线方向产生较大的集中应力，作用于这个方向的眼壁上，由于岩石抗拉强度远远低于抗压强度，于是沿相邻眼连线方向眼壁出现裂缝，而爆炸产生的高压气体形成的尖劈作用，使既成裂缝进一步扩展，最终形成规整的破裂面。

控制并减弱爆破冲击波动压作用的主要技术措施是：

a、采用小直径药卷。使不偶合系数大于1，爆破时有一定的缓冲作用，动压大为降低。 b、采用缓冲装药结构。包括不偶合药包连续装药结构和偶合药包间隔装药结构。 c、控制每米炮眼长度的装药量，并均匀分布于炮眼内。 d、采用爆速低、猛度小、低密度的炸药。 3、光面爆破的质量标准

3.1 周边轮廓基本符合设计要求，岩石壁面平整，隧道壁面起伏在15~20cm以内。 3.2 周边炮眼痕迹保存率：硬岩≥80%、中硬岩≥70%、软岩≥50%。 3.3 爆破后的保留的半眼壁面上无粉碎和明显新生裂缝，对围岩破坏轻微。 3.4 爆破后，大的危石、浮石较少。 4、光爆参数的选择

4.1、周边眼孔距（E）及抵抗线（W）

4.1.1 孔距（E）：可选350~700mm左右。当围岩软弱、节理裂隙发育或隧道跨径小时选350~500mm；中等硬度岩石选450~650mm；岩石坚硬完整时选550~700mm。

4.1.2 抵抗线（W）：通常为450~800mm。当岩石软弱时选450~600mm；中等硬度岩石选600~800mm；岩石坚硬完整时取600~800mm。

4.1.3 密集系数（M=E/W）：一般取M=0.5~1.0，软岩取M=0.5~0.8，中硬岩取M=0.7~1.0，硬岩取M=0.7~1.0，M值软岩取小值、硬岩及断面小时取大值。

4.2 炮孔深度（L）值的确定：根据围岩情况、钻孔设备、掏槽方式等确定。

4.2.1 炮孔深度的区分：浅孔爆破：L＜1.8m；中孔爆破：L=1.8~2.5m；深孔爆破：L＞2.5m。 4.2.2 孔深一般不宜小于1.2m，因为眼孔较浅时，爆炸气体很容易从孔口释放出去。 4.2.3 孔深也不宜太深，当钻孔外插角一定时，周边孔越深超挖越大。 4.2.4 采用楔形掏槽时，其炮眼深度L可考虑为：

L=（0.4~0.6）B 式中—B为断面宽度

4.3 炸药及装药结构的选择

4.3.1 炸药：宜采用低爆速、低猛度、低密度炸药。

4.3.2 装药结构：宜采用小药卷不偶合装药及空气间隔装药结构，孔口用炮泥堵塞，改善爆破效果。 a、小直径药卷径向空气间隔连续装药。药卷直径为20~25mm，用塑料扩张管套在两药卷接头处，使药卷能置于炮孔中心。为克服炮眼底部岩石夹制力，在炮孔底部装半卷Φ32mm药卷作起爆药卷。

b、普通标准药卷（Φ32mm）空气间隔装药。一般每半个药卷一个间隔，药卷用导爆索串起来一次起爆。

c、小直径药卷空气间隔装药，此装药结构可减弱对围岩的破坏作用，适合于软岩。

4.3.3 不偶合系数：炮孔直径d与药卷直径Φ之比叫做不偶合系数（又叫缓冲系数）。当炮孔直径d=62~200mm时，不偶合系数取2~4；炮孔直径为34~45mm时不偶合系数取1.5~2。

4.3.4 装药量：光面爆破周边眼装药量应严格控制，否则将完全达不到光爆的效果。 a、单孔光面爆破经验装药量计算式：

g=（E+W）L*10Rb

式中：g—单孔装药量 （g）

E—孔距 （m） W—抵抗线 （m） L—孔深 （m） Rb—岩石抗压强度 （MPa）

b、光爆装药集中度（q）：

q=g/L=（E+W）*10*（Rb）1/2 （g/m）

c、“隧规”中，光爆装药集中度（q）参考值：软岩 q=0.07~0.12（kg/m）；中硬岩 q=0.15~0.25 （kg/m）；硬岩 q=0.30~0.35（kg/m）。

5、光面爆破的技术要点

5.1 合理选择光面爆破参数，努力提高钻孔精度。 5.2 严格控制药量，采用合理的装药结构。 5.3 选择合理的起爆顺序。

5.4 周边眼应同时起爆，一般要求时差不大于100毫秒。 6、炮眼布置的步骤

6.1 掏槽炮眼的布置：掏槽爆破是隧道掘进的关键，爆破质量、掘进效果都有赖于掏槽爆破是否成功。

6.1.1 掏槽位置：一般都选在钻孔作业比较容易的部位，比如隧道中线偏下。 6.1.2 掏槽形式：常用形式有直眼掏槽、斜眼掏槽及混合掏槽。 6.1.2.1 平行直眼掏槽

a、 有几个空眼的直眼掏槽：其形式有三角形、六边形和菱形，如图1所示 aaa313a31a33有空眼的直眼掏槽 （图1） 通常a=（2~2.5）d（式中d为钻孔直径）。 b、五眼梅花形直眼掏槽：适用于各种岩石如图2所示：a=（2~3）d，b=（3~4.5）d。 561ab 37五眼梅花形直眼掏槽 （图2） c、小直径平行预裂挤压抛碴掏槽如图3所示：R1=100~140mm，R2=200~280mm。 500mm堵塞11R23R113R13131131331R2311装药 堵塞装药小直径平行预裂挤压抛碴掏槽 （图3） 如图3所示，就是把内圈的四个空眼打得深一些，比中心及外圈眼深约500mm，在超深部分反装2~3卷炸药后起爆，起到抛碴作用（图示编号为雷管段数）。 6.1.2.2 楔形掏槽：斜眼掏槽中，楔形掏槽用得最多。楔形掏槽又称“V”形掏槽。一般采用2~4对与工作面成60°~65°角的对称倾斜炮眼，成对地在炮眼底部集中形成一线，集中火力同时起爆，炸出一个楔形漏斗。 a、垂直楔形掏槽：适用于整体性较好或近似垂直或斜交成层的沉积岩，钻眼方便，炮眼方向和高度易于掌握，爆破效果好。 楔形掏槽要求炮眼与工作面的交角为60°~65°，即底部“V”形夹角a大致为50°~60°，炮眼深度大致为断面宽度的45~50%。 20cma10~20cmaa 20cm10~20cm aa垂直楔形掏槽 （图4 ） b、复式楔形掏槽：当要求每一循环进尺为B/2或以上时，这时一级楔形掏槽难以达到要求，必须采用复式楔形掏槽。钻眼时，每对炮眼采用不同的倾斜角，钻孔精度要求高（如图5所示）。 20cm20cm复式楔形掏槽 （图5 ） 6.2 沿开挖轮廓线布置周边眼及底板眼 6.2.1 周边眼：根据光面爆破选定的周边眼间距，沿开挖轮廓线布置，在墙脚处为克服较大的夹制作用，可将孔距适当减小。严格控制外插角，以减少超挖。周边眼深度应根据岩石条件和进度要求及掏槽形式而定，一般情况下掏槽眼深度小0.1~0.2m。 6.2.2 二圈眼：二圈眼也是光爆施工的重要参数，直接影响光面爆破质量。二圈眼所在位置就是周边眼抵抗线的边缘。二圈眼的孔距一般稍大于周边眼抵抗线（W），即二圈眼间距E=1.2W，通常不大于0.9M。

6.3 辅助眼；这部份炮眼是紧挨着掏槽眼的位置，它既是掏槽眼的辅助眼，又对掏槽槽口起扩大作用，因而它的眼底与掏槽眼底部的距离应比扩大眼小一些。

6.4 扩大眼：扩大眼的布置通常可采用下列形式

6.4.1 弧形式：顺隧道弧形周边分层布置。这种形式，爆破逐层形成弧形拱，有利于围岩的稳定。 6.4.2 直线形式：围绕槽口将炮眼顺竖直或水平方向，向外逐层排列。相当于多排炮眼的梯段爆破，有临空面，爆破效果好，是隧道开挖布眼常倾向的图式。

6.4.3 圆形式：开挖圆形洞室，炮眼围绕园心分层布置。 6.5 确定合理的起爆顺序

通常起爆顺序应为：掏槽眼→辅助眼→扩大眼→二圈眼→周边眼→底板眼，间隔时间采用25~100

毫秒。周边眼宜一次起爆，若分次起爆周边眼轮廓不大平整。

7、光爆钻孔的基本技术 7.1 严密的组织

7.1.1 光爆钻孔时应统一指挥，协调行动。

7.1.2 固定钻机班，并实行定人、定机、定位、定质、定量的“五定”岗位责任制。 7.1.3 分区、按序钻孔。避免相互干扰、碰撞、拥挤及窝工现象。

7.2 钻孔的方法与步骤：整个光爆钻孔过程可分为准备→定位→开口→钻进→拨钎→移位六步。 7.3 对光爆周边眼的要求必须达到“准”、“直”、“平”、“齐”。准：孔位选准；直：先打好上方标准眼，插上炮杆，使侧墙孔孔口在同一条垂线上；平：就是要使周边炮眼相互平行；齐：使各炮眼眼底落在同一平面上。

7.4 保证钻孔质量的措施

7.4.1 找准中线水平，标定周边眼及二圈眼的孔位。

7.4.2 在拱顶1m处标定一临时中线（也可在台架上标定一临时中线），以保证炮眼沿隧道中线钻进，然后在标准孔内插入炮棍作为其它炮孔的方向标志。

7.4.3 根据要求的钻孔深度做好标记，使孔底落在同一平面上，周边孔深不超过扩大孔深。

7.5 正确掌握支架的角度：钻机和支架间的角度在硬岩中一般保持在130°~140°之间；在软岩中应保持120°~130°之间。

7.6 钻孔作业中的“七快”、“四勤”、“四不钻”：七快：拉风水管快、安钻快、换钎快、移动支架快、交换位置快、排队故障快。四勤：保养钻机、支架勤；维修风水管勤；检查钻孔质量勤；检查安全勤。四不钻：不钻残眼、不钻石缝、不钻软弱夹层、不钻破碎带。