光面爆破技术在软岩地区隧洞开挖工程中的应用_隧道开挖光面爆破

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光面爆破技术在软岩地区隧洞开挖工程中的应用

李慎平

(江西省水利水电建设有限公司 江西 南昌330006)摘要: 光面爆破在钻爆法施工中是一种比较成熟的施工技术，在软岩地区根据围岩的变化情况，及时调整光爆参数，对同类围岩，根据其结构特征，破碎程度等不同情况，分别选取不同的光爆参数，都可获得较理想的爆破效果。结合工程实例，介绍光面爆破参数的选取、施工中调整及施工效果分析。

关键词:

光面爆破；软岩；隧洞开挖 中图分类号：TV542 文献标识码：B 1工程概述

窑里水库位于江西省新干县城上乡河陂村,距新干县城45km,坝址以上控制流域面积74.2km2,水库总库容3 830万m3,灌溉面积3 413hm2,电站装机容量为6 000kW,是一座以灌溉为主,兼有防洪、发电、养殖等综合效率的中型水库.水库自1965年8月动工兴建,至1971年春竣工,由于当时正处*期间,施工过程断断续续,属典型的“三边”工程,大坝质量先天不足,在运行中逐步暴露出较多的安全隐患,严重威胁坝体运行安全和正常效益的发挥,被水利部列为病险水库.由于现有坝下发电灌溉涵管老化锈蚀严重，难以维修，副坝左右山体地质条件相似，拟在副坝左侧山体中新挖一个灌溉发电隧洞来代替它。隧洞长550m，穿越副坝左侧山体，其岩性主要为千枚状云母片岩，表层全风化岩石很厚，有27～28m深，具有中等-强透水性，顺片理面裂隙发育，但多呈闭合状。

隧洞进出口洞脸天然边坡50º～70º，属于残坡积层和全强风化岩体，残坡积层厚约5～10m，成洞条件差，属于不稳定岩土体。进出口围岩坚固性系数fk=1.8-2.0,基本属于Ⅳ、Ⅴ类围岩（不稳定），洞身段长度470m，处于强-弱风化岩体中，岩性属于千枚状云母片岩，上覆岩层大于10m，围岩坚固性系数fk=4；属于Ⅲ类围岩（稳定性差）。设计隧洞开挖为圆形，开挖直径2.4m，衬砌成型后洞径1.8m。2 光面爆破方案的确定

该隧道开挖采用钻爆开挖技术，全断面一次性开挖法，为有效控制开挖轮廓，减少超欠挖，减小对围岩的扰动，围岩开挖决定采用光面爆破设计。根据施工现场的实际条件及本合同段围岩情况，施工中，坚持“短进尺、弱爆破、勤量测、紧封闭”的原则，钻爆开挖一般采用浅眼、密孔、短进尺、多循环的施工方案，3 光面爆破设计

1）光面爆破的起爆顺序。

起爆顺序：掏槽炮→辅助炮→周边炮。采用多段微差起爆（由内向外），主爆区使用非电毫秒雷管。光爆眼用导爆索一次同时起爆。3.2光面爆破参数的确定

确定合理的光爆参数，是获得良好光面爆破效果的重要保障。由于工程地质条件和施工条件的千变万化，光爆参数的选择应根据经验初选参数，再通过现场试验来确定。1)炮眼直径d。本本工程炮眼直径为42mm。2)炮眼深度L。本工程取L=2.0 m。

3)周边眼间距b。周边眼间距和最小抵抗线是光面爆破的两个重要参。一般原则：软岩和层理节理发育的岩层上，眼距应小而抵抗线应大，隧道开挖施工爆破可按式（1）确定周边眼距b。

b＝(8～18)d

(1)本工程取b=500mm。

4)最小抵抗线W。最小抵抗线即光面层的厚度，光面爆破效果的好坏，除受周边眼距和周边装药结构的参数的影响外，更主要受最小抵抗线的影响，光面层厚度不仅影响周边眼裂纹的形成，而且还影响光面层的破碎和开挖后隧道围岩的稳定。因此，确定合理的光面层厚度，对提高光面爆破有积极的作用。

光面层厚度可以用以下公式来确定 w=(10~20)d

(2)本工程取w=600mm。

5)炮眼密集系数m。炮眼密集系数也称炮眼临近系数，它表达了炮眼间距b与最小抵抗线W之间的关系，即m=b/W，是光面爆破参数确定中的一个关键值。m=b/W=0.83。6)装药量。每个循环炮眼的总装药量可按下式确定：

Q=q×s×L×り=1.4×4.5×2.0×0.9=10.53kg

(3)式中q为按定额确定的单位炸药消耗量，取q=1.4kg/m3；L为光面炮眼的平均深度，m；s为开挖面积,取s=4.5m2, り为炮眼利用率,取り=90%。

周边孔每孔装药量Q1=p×L=0.12×2=0.24kg

(4)式中p为线装药密度，取p=0.12kg/m。

掏槽孔及辅助孔每孔装药量Q2=(Q-n1Q1)/(N-n1)=（10.53-15*0.24）/(27-15)=0.58kg

(5)式中Q为每个循环炮眼的总装药量;n1为周边眼数;Q1为周边孔每孔装药量;N为炮眼总数

7)不偶合系数E。炮眼直径与药包直径的比值称为不偶合系数。不偶合系数E=42/25=1.68 8)光面炮孔的布置。

①掏槽眼布置

掏槽眼位置一般布置在开挖断面的中部，采用斜眼掏槽布孔形式取两对相对的炮孔，中间设一个空孔作为装药爆破的辅助自由面，爆破形成锥形空间。每对孔底距取20～30cm,炮孔角度取60°～75°。即布置5个掏槽眼,其中一个空孔。② 周边孔和辅助孔的布置

周边孔通常布置在距开挖断面边缘0.1～0.2m处，光爆孔的孔底朝隧道开挖面方向外侧倾斜4°～5°，周边眼的间距为0.5 m。即布置15个周边孔.辅助孔布置7个，均匀地布置在掏槽眼与周边眼之间的范围内，同时满足周边眼最小抵抗线要求，钻孔方向垂直于隧道开挖面。4 光面爆破参数的调整

光面爆破是一项能有效控制岩体开挖轮廓减少超欠挖的爆破技术，通过对隧道周边进行正确的钻孔和爆破，可以保留完整的周边轮廓及减少对围岩的扰动。确定合理的光爆参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。

隧道钻孔直径为φ42mm，钻孔深度为2m（除掏槽眼取值2.2m），爆破中使用乳化炸药。在施工中分别对周边眼间距为40cm，45cm，50cm，55cm，60cm、光爆层厚度及炮孔数量等进行多次现场爆破试验，总结出以下爆破技术参数：

1)周边眼间距b。当爆孔孔径d为42mm时，Ⅲ类围岩周边眼的间距为0.50m，Ⅳ类围岩约为0.55m比较合适。

2)Ⅲ类围岩光爆层厚度W取55cm，Ⅳ类围岩W取60cm。3)密集系数m m取值0.82。

4)孔深L隧道光面爆破，周边眼的深度，取决于钻眼精度。本隧道钻眼深度L取值2.0m，进尺1.80m。

5)线装药密度。经过现场试验和施工经验数据，光面孔线装药密度确定为0.12kg/m；辅助孔及掏槽孔线装药密度确定为0.25~0.3kg/m。

6)炮孔数量N。考虑到不同围岩类别周边眼适当加密,Ⅲ类围岩炮眼总数选取27个，Ⅳ级围岩炮眼总数选取31个。5 施工方法及工艺 5.1 钻爆机具材料

钻孔采用2台YT—28型凿岩机和1台10m³空压机，人工钻孔，钻孔直径为42mm，一字形合金钢钻头。周边眼采用Φ25mm小直径药卷，其余炮眼采用Ф32mm炸药。引爆雷管为8号电雷管，爆破网络采用塑料导爆管连接孔内微差非电毫秒雷管起爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用扩大掏槽效果。5.2 光面爆破施工工艺 5.2.1 放样布眼

钻眼前，测量人员用全站仪和水准仪，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。5.2.2 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5cm。

周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm；周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不得超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。辅助眼至周边眼的排距，误差不得大于5cm；

钻眼装药调整: 当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度并相应调整装药量，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。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应重钻，经检查合格后，方可装药爆破 5.2.3 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辅助眼均匀分布的原则布置。5.2.4 孔口堵塞长度

已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞、密封，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞长度不宜小于35cm，且堵塞密实，严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。5.2.5 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。周边眼采用小直径药卷配导爆索，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。5.2.6 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。5.2.7 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选用抗水、低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的乳化炸药。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辅助眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量同时起爆。

⑤控制周边眼装药集中度，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。6 光面爆破实施效果

1)周边轮廓基本符合设计要求，爆破后岩石壁面基本平整，起伏度在15cm以内。2)爆破后岩面保留有半眼孔痕，整体性好的围岩半眼率大于80%。3)爆破后，在围岩壁面上无粉碎损伤，无明显新生裂隙，对围岩破坏轻微。4)爆破后围岩稳定，基本无剥落现象，大的危石浮石少。5)循环进尺理想。7 结语

在隧道施工中，同一隧道不同地段常有岩石软硬不均，风化程度不同、节理发育不同等实际情况，光爆参数也要随之调整，具体的说，对于岩石变软、风化严重或节理发育的情况，宜将周边眼眼距（b）、线装药密度（p）适当减小，反之应增大。

在软岩地质条件差的情况下，采取光面爆破技术施工，只要爆破参数调整适当，开挖隧洞是可行的。

作者：

李慎平，男，1971年生，1996年毕业于南昌工程学院，大学专科，项目经理，工程师，长期从事水利工程施工工作。

[收稿日期：2008-10-15]