光面爆破施工技術在紅廟嶺斜井工程中的應用

李東華

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

隧道工程項目控制施工工期與保證開挖輪廓的關鍵是鉆爆作業。在圍巖條件允許的情況下，大斷面隧道采用全斷面光面爆破技術開挖，可加快施工進度，提高施工效率[1]。紅廟嶺斜井工程設計時選擇采用微振控制，進行全斷面光面爆破施工，目的就是充分發揮圍巖的自承能力，有效減小對圍巖的振動破壞，期望通過科學設置爆破參數取得較為理想的爆破效果和開挖斷面，避免超欠挖現象出現[2]。本文以紅廟嶺斜井開挖施工為背景，對光面爆破施工技術的應用進行分析。

1 工程概況

嶺頭鄉隧道位于福建省福州市，進口位于三山陵園附近的程田正境白馬尊王府邊上，出口位于戰扳村園山附近。起訖里程為DK2+895～DK10+772，全長7877m，單洞雙線。隧址區最高標高510m，隧道最大埋深約450m。紅廟嶺斜井在嶺頭鄉隧道線路前進方向右側，在線路左線里程DK8+150 相交，和線路大里程方向交角43°，斜井綜合坡度為2.32%，平距1117m，采用無軌運輸雙車道襯砌斷面。

2 光面爆破施工技術

2.1 測量

在爆破施工環節中需要準確的測量數據，來有效控制開挖輪廓精度。紅廟嶺斜井工程采用全站儀對斷面以及炮孔線進行測量，并由施工人員在掌子面上對開挖輪廓以及炮孔位置進行明確標識。

2.2 定位開眼與鉆孔

鉆眼使用鉆孔臺車，嚴格按照炮眼布置圖進行鉆孔，需要注意的是臺車方向應該與隧道走線方向保持一致，同時要求掏槽眼和周邊眼精度要高于其他。掘進工要熟悉炮眼布置圖，尤其是在周邊眼鉆進時要具備豐富的經驗，確保鉆孔能夠完全吻合布置圖的炮孔設計位置，從而提升爆破質量。此外還要求周邊孔外插角為1°～2°，炮孔線之間相互平行。在鉆掏槽孔時應將誤差控制在3cm以內，其它炮孔開眼誤差控制在10cm以內。為了確保不同炮眼的底部在同一個平面上，在實際鉆眼過程中需要基于巖孔位置和巖石的凹凸程度對炮眼深度進行適當調整。

2.3 裝藥與堵塞

鉆孔作業結束之后，先用高壓風吹孔后進行鉆孔質量檢查，待檢查合格之后進行裝藥。通常按照從上到下方向基于爆破設計規定確定裝藥量并進行裝藥。爆破網路連接以及起爆等各項工作一定要嚴格遵守爆破設計以及《爆破安全規程》，確保各個環節均符合操作規范。紅廟嶺斜井選擇塑料導爆管和毫秒雷管起爆系統對電雷管進行引爆；選擇乳化炸藥（Ф32藥卷）。所有裝藥的炮眼均用炮泥堵塞，堵塞長度要超過40cm。

2.4 炮眼布置

2.4.1 鉆爆設計

參照類似隧洞爆破經驗、紅廟嶺斜井圍巖性質和隧洞面積，采用Ф42孔徑；根據圍巖性質，開挖斷面尺寸和爆破效果，對具體的單位炸藥消耗量q值與炮孔布置進行不斷的調整，最后達到合理的施工進度與成本[3]。掏槽孔采用中空孔直眼掏槽或二級楔形掏槽（見圖1所示），中空孔直眼掏槽孔距為30cm，排距為30cm，共計6個掏槽孔，二級楔形掏槽孔距為0.3m、0.6m，排距為0.4m，共計8個掏槽孔，掏槽孔比其他炮孔超深20cm。輔助孔的主要目的是擴大掏槽體積，便于周邊孔爆破。輔助孔應在周邊孔與掏槽孔之間交錯均勻布置，輔助孔也垂直鉆孔，爆下的石渣塊體大小適合裝渣要求。周邊孔（光面孔）是指沿邊緣輪廓線布設的炮孔，孔口離開挖輪廓線10cm。線裝藥密度取0.2kg/m，周邊孔裝藥結構采用不偶合間隔裝藥，用導爆索連接各藥卷，并用竹片固定藥卷。掏槽孔、輔助孔裝藥一定要連續，周邊孔采用不耦合間隔裝藥，雷管綁扎導爆索后入孔，孔外采用毫秒導爆管雷管連網起爆。布孔圖如圖2所示。

圖1 掏槽孔布置示意圖

圖2 斜井斷面炮孔布置圖

2.4.2 起爆網路設計

紅廟嶺斜井工程爆破采用分段微差起爆方法，孔內電子雷管起爆順序按1（0ms）、3（50ms）、5（110ms）、7（200ms）、9（310ms）、11（460ms）順序起爆，通過數碼起爆器設定毫秒延時順序，如圖3所示。

圖3 隧洞起爆網絡示意圖

紅廟嶺斜井隧洞周邊眼采用光面爆破，如用導爆索連接，導爆索采用搭接、水手結等方法連接；搭接時兩根導爆索搭接長度不應小于15cm，中間不得夾雜異物或者炸藥，捆扎應牢固，支線與主線應<90cm，雷管的聚能穴應朝向導爆索的傳爆方向。

2.5 瞎炮處理

對于瞎炮應該及時進行原因分析，并采取相應處理措施。若是孔外導爆管損壞造成的瞎炮，爆破專業作業人員就要把損壞部分去除，然后重新連接導爆管，作業人員在操作中需要注意的是接頭應盡量靠近炮眼，若是孔內導爆管損壞以及其它原因造成的瞎炮，需要基于《爆破安全規程》進行相應處理。

2.6 光面爆破施工控制

光面爆破是掏槽眼首先起爆并形成臨空面，然后掘進眼在該臨空面形成后起爆，接著周邊眼在其它炮眼起爆后才一起起爆，最終形成圓順的開挖輪廓。預裂爆破順序為先周邊眼起爆，然后掏槽眼起爆，最后掘進眼起爆，周邊眼首先起爆擠壓周圍巖石可以形成預裂縫，接著對里面的巖石進行起爆，里面巖石爆破形成的爆破波就會被預裂縫進行有效地反射與阻隔，防止隧道開挖輪廓外的圍巖遭受破壞。

（1）光面爆破周邊眼間距E=（8～16）D=40～80cm，E/W=0.8～1.0（W為周邊眼與二圈眼之間的長度，即周邊眼抵抗線），要求E

表1 光面爆破參數

（2）周邊眼炸藥選取不僅要求爆速與猛度低，并且要求傳爆性能良好。為有效降低爆破破壞程度，一般使用小藥卷間隔裝藥，周邊眼的裝藥集中度q=0.07～0.4kg/m，如果巖石較為破碎，為了最大限度減少對周圍巖體的震動破壞，可采用只裝導爆索，或周邊眼間隔裝藥或不裝藥的方法。

（3）周邊眼應同時起爆，使相鄰周邊眼之間形成疊加應力波，便于形成裂縫。預留光面層爆破開挖時，首次開挖沒有達到設計輪廓線，預留40～60cm保護層，防止隧道爆破時對周圍巖體的破壞，后面施工中再開挖到位。

3 超欠挖控制措施

為有效避免超欠挖情況的發生，在鉆爆施工中需要科學合理地采取多種處理措施。

（1）基于現場實際地質情況科學設置鉆爆參數，并合理選擇爆破器材，優化改進爆破工藝，進而提升爆破效果[4]。大量工程實踐表明該措施對于光面爆破來說效果非常顯著。

（2）采取有效措施提升畫線以及鉆眼精度，特別是通過準確測畫中線高程以及開挖輪廓線，有效控制周邊眼精度，避免超欠挖現象。

（3）提升裝藥質量，嚴禁隨意裝藥，避免出現雷管混裝情況。

（4）對斷面輪廓進行質量檢查，對開挖之后斷面各個點位情況進行及時了解，如果發現超欠挖情況，應該及時分析超欠挖產生的原因，并對爆破設計等進行優化調整，降低誤差量。同時還應該配專職測量人員對已經開挖的斷面進行量測，在眼深3m 情況下確保超挖量不超過10cm，在眼深5m情況下確保超挖量不超過13cm。

（5）建立完善的施工管理體系，確保在施工過程中各項技術及措施能夠得到落實。具體來說應該形成科學合理的績效考核體系以及獎懲激勵機制，顯著提升施工人員的積極性和責任意識[5]。

4 鉆爆施工要求

鉆爆作業均需要嚴格按照施工設計進行，如果開挖條件發生變化，則需要重新對施工設計進行評估，對于部分內容及時進行優化調整。在鉆孔之前需要準確繪制開挖斷面中線、水平線以及斷面輪廓線等，清晰標出炮眼位置，然后對上述工作進行檢查。只有通過檢查之后才能夠進行鉆爆施工。具體來說鉆爆施工要求包括以下方面：

（1）對掌子面的虛渣以及危石等進行清理，基于炮眼布置圖實施鉆孔；

（2）嚴格按照要求進行掏槽眼施工，要求平面誤差以及垂向誤差均不能超過5cm；

（3）輔助井眼施工時其平面誤差和垂向誤差均不能超過10cm；

（4）在周邊眼設計時允許其位置在輪廓線進行調整，但是誤差不能超過5cm，同時眼底距離開挖面輪廓線的最大距離不超過15cm；

（5）內圈炮眼在施工時如果炮眼深度≥2.5m，應確保其斜率與周邊眼一致，同時其與周邊眼的排距誤差不能超過5cm；

（6）如果開挖面凹凸情況較為明顯時，應對炮眼深度進行適當調整，讓所有炮眼眼底基本一致；

（7）鉆孔作業結束之后，進行質量檢查并做好詳細記錄，對于不符合的炮眼需要重鉆；

（8）在裝藥前需要應用高壓風清除炮眼中的巖粉，并確保內部無堵塞物，然后采用分片分組方式進行裝藥，雷管段別對應正確。

5 結束語

綜上所述，在光面爆破施工過程中任一環節把控不到位，就會影響到斜井洞身的施工安全與施工質量，進而影響到嶺頭鄉隧道正洞施工進度。紅廟嶺斜井工程開挖施工實踐證明，采用光面爆破施工技術具有明顯優勢，可以有效克服傳統隧道開挖施工中存在的問題，顯著提升施工效率和質量，保障施工人員的安全，對隧道圍巖的損傷較小，圍巖穩定，施工效果較好。