楊輔軍

摘要：光面爆破是一種可控制開挖輪廓面的爆破技術(shù)，通過合理的控制爆破的作用范圍及方向，可使爆破后的巖面光滑平整，巖面裂隙少，巖壁穩(wěn)定性增加，從而實(shí)現(xiàn)超挖、欠挖和支護(hù)的工作量的減少。本文以荔玉高速3標(biāo)段東秀隧道為例，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析總結(jié)隧道開挖時(shí)的問題，及多次光面爆破試驗(yàn)，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，總結(jié)出了適合于該隧道Ⅳ～Ⅴ圍巖的爆破方案。經(jīng)過試驗(yàn)可以看出光面爆破可以有效的控制超欠挖現(xiàn)象，還在一定程度上保持圍巖的相對(duì)穩(wěn)定，為隧道施工及經(jīng)濟(jì)效益帶來一定的成效。

關(guān)鍵詞：隧道掘進(jìn);光面爆破;超欠挖;導(dǎo)爆索

Abstract： Smooth blasting is a blasting technique for controlled excavation profile. Through the rational controlling of the scope and direction of blasting， the rock surface after blasting has smooth， the phenomenon of rock cracking has been decreased， but the stability of palisades has been enhanced， which achieve the reducing workload in over-break， under-break and support. The paper summarizes the blasting scheme adapting to the Ⅳ and Ⅴ adjoining rock by means of the analysis of problem for field survey when tunnel excavated， multiple smooth blasting test， the constant optimizing of blast index. Results of smooth blasting test show that the blasting scheme can effectively control the over-under-excavated phenomenon， and maintain the relative stability of adjoining rock，? which can bring some benefits in tunnel construction and economy.

0? 引言

在隧道掘進(jìn)中，最常見的方法是鉆孔掘進(jìn)，但這種常規(guī)掘進(jìn)方法會(huì)嚴(yán)重影響周圍巖石的穩(wěn)定性，往往會(huì)導(dǎo)致超挖和欠挖，從而大大提高了挖掘的成本。光面爆破能有效地控制圍巖表面輪廓，并能保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，圍繞科學(xué)技術(shù)，在苛刻的爆破施工隧道，地鐵等對(duì)周邊輪廓的效果很好，可周圍的異形橫截面，從而符合設(shè)計(jì)要求的比較表面，平坦自由面的規(guī)則。

光面爆破對(duì)周邊圍巖造成的擾動(dòng)相對(duì)較小，可以有效地降低應(yīng)力集中，從而減少應(yīng)力集中所引起的塌方，這種方法在完整性較好的巖體中取得良好的[1]效果，但在圍巖強(qiáng)度較差、巖體較破碎的巖體中，巖石爆破對(duì)圍巖更容易引起超挖現(xiàn)象，導(dǎo)致支護(hù)成本增加。因此，本文針對(duì)荔玉高速東秀隧道巖體出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破碎，巖石節(jié)理的發(fā)育等現(xiàn)象，爆破隊(duì)經(jīng)過對(duì)隧道原有方案的分析及調(diào)查，提出合理采用的光面爆破方案并取得較好的效果。此次研究對(duì)在破碎巖體條件下的爆破工作如何應(yīng)用光爆技術(shù)控制圍巖超挖更具有工程意義和經(jīng)濟(jì)意義。

1? 工程概況

東秀隧道位于蒙山縣新圩鎮(zhèn)東南側(cè)約1km處，為分離式長(zhǎng)隧道，隧道走向約135°，洞門形式為削竹式，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h。隧道左線起止樁號(hào)ZK33+418～ZK35+595，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2177m，最大埋深約240m，其中Ⅲ級(jí)圍巖890m，Ⅳ級(jí)圍巖985m，Ⅴ級(jí)圍巖320m，其中荔浦端進(jìn)口明洞20m，玉林端出口明洞17m。隧道右線起止樁號(hào)YK33+400～YK35+632，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2177m，最大埋深約232m，其中Ⅲ級(jí)圍巖755m，Ⅳ級(jí)圍巖1065m，Ⅴ級(jí)圍巖323m，其中荔浦端進(jìn)口明洞17m，玉林端出口明洞17m。

隧道Ⅲ級(jí)圍巖共1645m，占總長(zhǎng)的37.531%，Ⅳ級(jí)圍巖共2050m，占總長(zhǎng)的46.5%，Ⅴ級(jí)圍巖共643m，占總長(zhǎng)的14.58%，明洞共71m，占總長(zhǎng)的1.61%。

2? 爆破方案

2.1 原有爆破方案及效果分析

該段高速公路東秀隧道的圍巖以Ⅳ級(jí)為主，有些位置甚至達(dá)到Ⅴ級(jí)圍巖，主要以砂巖為主，破碎較為嚴(yán)重，節(jié)理裂隙比較復(fù)雜，施工難度較大。東秀隧道在采用鉆爆法施工期間，超挖現(xiàn)象極度嚴(yán)重，嚴(yán)重影響該工程的施工進(jìn)度及加大混凝土噴射量。因此，應(yīng)該盡快決超挖嚴(yán)重這一問題。東秀隧道原有爆破方案采用鉆爆法施工，并沒有采用光面爆破，設(shè)計(jì)循環(huán)進(jìn)尺3m，采用孔徑為40mm的鉆頭，掏槽孔深度3.5～3.8m，周邊孔孔深3.0～3.3m，周邊孔間距55～75mm，周邊孔單孔裝藥量達(dá)到1.2～1.5kg，掏槽孔裝藥量在1.8～2.4kg，爆破后掌子面凹凸不平，幾乎看不到炮孔痕跡，平均超挖在40～50cm，有些位置甚至超過1m，超挖情況十分嚴(yán)重，周邊巖體破損嚴(yán)重影響巖體的自承能力。為后續(xù)出渣及混凝土噴射帶來較大的工程量，降低了工作效率，對(duì)下一個(gè)循環(huán)裝藥等帶來不便，影響施工進(jìn)度的同時(shí)給工程效益帶來一定的影響。效果表明，出現(xiàn)該情況的原因有以下幾點(diǎn)：

①周邊孔裝藥炸藥單耗偏高。

②布孔方式不合理。主要表現(xiàn)在周邊眼沒有根據(jù)巖性變化而做出相應(yīng)調(diào)整;巖體破碎時(shí)，孔距應(yīng)減小，周邊孔孔距一般為55～75cm，孔距過大。

③周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)不合理。在巖體破碎條件下周邊眼仍采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，未采用間隔裝藥。

④鉆孔質(zhì)量較差，表現(xiàn)有：①炮眼偏位：由于鉆孔班組人員組織能，及鉆孔人員在施工過程中沒有認(rèn)真貫徹執(zhí)行鉆爆設(shè)計(jì)，導(dǎo)致一部分周邊眼間距不均勻。②鉆機(jī)角度不易控制：人工操作鑿巖機(jī)，由于機(jī)身和鉆桿的擺動(dòng)及振動(dòng)影響，對(duì)于周邊眼的角度控制難度較大。

⑤圍巖情況差：該段圍巖基本為Ⅳ和Ⅴ圍巖，圍巖巖體完整度較差，節(jié)理發(fā)育，破碎比較嚴(yán)重，增加了光面爆破難度，給炮眼布置、裝藥量控制提出了更高的要求。實(shí)時(shí)要根據(jù)圍巖變化情況對(duì)周邊眼間距、以及裝藥量進(jìn)行調(diào)整。

2.2 光面爆破試驗(yàn)方案

面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)情況，同時(shí)要解決超挖嚴(yán)重問題采用常規(guī)鉆爆法很難實(shí)現(xiàn)。光面爆破，依據(jù)光面爆破原理，確定合理的光面爆破參數(shù)，同時(shí)嚴(yán)格按規(guī)定要求打孔，提高鉆孔的精度，就可有效的控制超欠挖現(xiàn)象的出現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石類型及節(jié)理裂隙情況，不斷優(yōu)化參數(shù)，確定適合于循環(huán)進(jìn)尺為3m的東秀隧道Ⅳ～Ⅴ圍巖的光面爆破參數(shù)，周邊孔孔距為35～40cm，采用間隔裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示，將炸藥綁在線槽上面或者竹片上，其周邊眼的線裝藥密度為0.13～0.15kg/m。起爆網(wǎng)路連接，由于光爆孔內(nèi)裝藥方式采用間隔裝藥，因此所有光爆孔內(nèi)裝藥均應(yīng)采用導(dǎo)爆索引爆。相鄰周邊光爆孔起爆的同時(shí)性是保證光爆效果的一個(gè)重要因素，為確保光爆孔同時(shí)起爆，孔外周邊光爆孔聯(lián)網(wǎng)均采用導(dǎo)爆索連接，光面孔連接如圖3所示，因原有爆破方案中除超挖嚴(yán)重之外，循環(huán)進(jìn)尺都能達(dá)到預(yù)期的效果，說明掏槽孔裝藥量、掏槽方式等是正確的，無需改動(dòng)。

3? 效果及分析

使用光面爆破后，炮孔利用率大大提高，爆后巖壁相對(duì)光滑平整（如圖4），通過現(xiàn)場(chǎng)爆破效果可以看出光面爆破效果比較顯著：爆破后隧道的超挖現(xiàn)象在一定程度得到控制，爆后巖壁比較光滑。與此同時(shí)，光面爆破技術(shù)不僅可提高隧道開挖的質(zhì)量，也提高隧道掘進(jìn)的效率，與此同時(shí)，大大減少了噴射混泥土量和時(shí)間，縮短循環(huán)時(shí)間，節(jié)約炸藥用量，降低掘進(jìn)成本。為東秀隧道開挖帶來了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，通過以上現(xiàn)場(chǎng)光面爆破試驗(yàn)結(jié)果表明：

①隧道爆破時(shí)，采取不同的爆破方法會(huì)產(chǎn)生不同的效果。對(duì)于節(jié)理裂痕發(fā)育的大斷面隧道，采用光面爆破法相比普通爆破法在控制超挖現(xiàn)象方面效果更為顯著，但光面爆破參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的變化隨時(shí)隨地做出調(diào)整和優(yōu)化。

②光面爆破后，巷道斷面成型能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，輪廓相對(duì)平整光滑，通風(fēng)阻力相對(duì)較小，工作面工作環(huán)境比較好;由于爆炸的影響，巖石表面的應(yīng)力集中現(xiàn)象相對(duì)減少，原生巖石的裂縫受爆破的影響減小，圍巖依然保持較好的整體性和穩(wěn)定性，為下一步施工提供強(qiáng)有力的安全保障。

③當(dāng)周邊炮眼不耦合系數(shù)較小時(shí)，為提高光面爆破效果，達(dá)到預(yù)期的爆破標(biāo)準(zhǔn)，將藥卷切割成幾段，間隔分散裝藥方式進(jìn)行裝藥。

④由于光爆孔內(nèi)，采用間隔方式裝藥，所以在起爆網(wǎng)路連接時(shí)，光爆孔內(nèi)必須裝藥均應(yīng)采用導(dǎo)爆索連接藥捐。為了保證周邊眼同時(shí)起爆，周邊眼外聯(lián)網(wǎng)均采用導(dǎo)爆索確保了光爆孔同時(shí)起爆，這種引爆方式可大幅提高了光爆效果。

從光面爆破理論分析，一般認(rèn)為，炸藥起爆時(shí)，對(duì)巖體產(chǎn)生三種效應(yīng)：一是應(yīng)力波反射拉伸破壞所起的作用;二是爆炸氣體膨脹做功所起的作用;三是二者共同作用所起的破壞。炸藥爆炸后，產(chǎn)生高溫高壓氣體，爆生氣體迅速與周邊巖體發(fā)生碰撞使巖體獲得切向拉力，這是造成破壞的主要原因。爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體膨脹壓力作用時(shí)間長(zhǎng)，在炮孔破裂之前的一段時(shí)間內(nèi)壓力較大，這是造成炮孔壁壓縮破壞的主要原因。綜上可以看出在光面爆破中，是二者共同作用，我們要充分理解光面爆破原理，在實(shí)際工程中結(jié)合原理與現(xiàn)場(chǎng)情況合理施工，從而達(dá)到所預(yù)期的效果。

4? 結(jié)論

依托荔玉高速標(biāo)段東秀隧道為工程背景，經(jīng)過多次光面爆破試驗(yàn)，不斷優(yōu)化光面爆破參數(shù)，提出適合于Ⅳ～Ⅴ圍巖的大斷面隧道爆破開挖的光面爆破方案如下：

①在圍巖條件復(fù)雜，巖性比較差時(shí)候，鉆爆法施工會(huì)帶來嚴(yán)重的超欠挖現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工程的各項(xiàng)指標(biāo)。光面爆破可以有效的控制超欠挖。

②合理的光面爆破參數(shù)是決定爆破效果的重要條件，一個(gè)合理的參數(shù)需要理論和實(shí)踐的多次論證。

③針對(duì)荔玉高速3標(biāo)段東秀隧道提出的光面爆破方案，經(jīng)不斷現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的優(yōu)化，在隧道掘進(jìn)中炮孔利用率比之前大大提高，周邊孔炸藥消耗由試驗(yàn)前的0.4kg/m，降低到0.12～0.15kg/m，超挖現(xiàn)象得到有效的控制，充分說明爆破參數(shù)的合理性。

④爆破參數(shù)不是固定不變的，要時(shí)刻注意巷道所處圍巖巖性及地質(zhì)情況的變化情況，對(duì)爆破參數(shù)作出合理的調(diào)整。

5? 應(yīng)用心得

通過荔玉高速東秀隧道光面爆破技術(shù)的試驗(yàn)與應(yīng)用，證明了在巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育的條件下，只要結(jié)合實(shí)際，不斷優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)，按照一定的規(guī)則要求施工，光面爆破技術(shù)能得到較好的應(yīng)用并能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)施工過程中要注意如下事項(xiàng)：

5.1 鉆孔質(zhì)量

鉆孔質(zhì)量是決定爆破效果的關(guān)鍵性因素，周邊孔的角度控制不好就會(huì)造成超、欠挖，影響周邊輪廓的平整度。

5.2 加強(qiáng)施工隊(duì)伍的管理

要處理好與施工方的關(guān)系，施工隊(duì)伍決定了整個(gè)爆破的成敗，必要時(shí)對(duì)主要的施工人員做一些專業(yè)的培訓(xùn)，使他們對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解，不是在光憑借經(jīng)驗(yàn)去施工。

參考文獻(xiàn)：

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