摘要：隧道全斷開挖光面爆破，是應用光面爆破技術，對隧道實施全斷面一次開挖的一種施工方法。它與傳統的爆破法相比，最顯著的優點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩定，確保施工安全，同時，又能減少超、欠挖，提高工程質量和進度。本文結合稻香村隧道為例，對其應用光面爆破技術所取得成果予以闡述，供大家共同參考借鑒。

　　關鍵詞：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

　　中圖分類號：U455    文獻標識碼：A     文章編號：

　　1 工程概況

　　稻香村隧道位于銅黃高速公路A2合同段，工程于2004年10月份開工建設，2005年9月底貫通。該隧道全長1755 m，凈寬11 m，設計時速100km／h。采用雙洞單向行車雙車道隧道(上下行分離)，左洞起止樁號為zk6+080～zk7+835；右洞起止樁號為yk6+065～yk7+820，隧道平均埋深約140 m。受氣候影響，雨水豐富、山體植被茂密，巖石呈豎向節理發育30℃～55℃，該隧道地處高山重丘，隧道穿越前震旦系麻源群變質巖和上侏羅統南園組火山碎屑巖夾火山碎屑沉積巖，局部穿越燕山晚期侵人花崗巖脈體。由設計地質勘探資料得知，該隧道洞口段為中風化Ⅳ級圍巖，以Pt3石英片巖和J3n晶凝灰巖為主；洞身段多為Ⅲ 一Ⅳ圍巖，以微風化J3n晶凝灰巖和花崗巖為主，堅硬，較完整。

　　根據地勘報告揭露的地質圍巖狀況和現場調查資料，確定了詳細的隧道開挖掘進施工方案，采用光面爆破技術，根據凝灰巖和花崗巖圍巖的巖性、級別和開挖方式制定光爆控制目標和鉆爆設計，形成具體方案。

　　2 光面爆破控制目標

　　根據圍巖實際情況，按照鉆爆設計指定的炮眼位置、數量、深度和角度、裝藥量和裝藥結構、起爆方法和起爆順序等，利用微差順序起爆控制技術，將圍巖按照設計開挖斷面輪廓線爆破成洞，且開挖成洞輪廓面圓順光滑、無欠挖、超挖值控制在規范允許范圍之內，允許超挖值見表1。

　　3 光面爆破鉆爆設計

　　炮眼按功能分為：掏槽眼、中空眼、輔助眼、掘進眼、周邊眼、底板眼、五種，其炮眼布置如圖1所示。

　　3．1 炮眼的布設及作用

　　掏槽眼為1#，設在開挖斷面中央往下一點的部位，設置為3個，采用三角形三中空布置如圖2所示，其作用是與中空眼配合，將完整的圍巖斷面從中間掏出一個小洞，為輔助眼爆破提供擴展空間。(因為掏槽眼是第一個爆炸的炮眼，四周受巖石的夾持，應力釋放面只有中空眼部分，所以只能炸出一個小洞。)；輔助眼為2～8#，呈擴大狀、分層交錯均勻的分布在周邊眼與掏槽眼之間，其作用是利用掏槽眼爆破騰出的空間，將開掏槽眼至周邊眼之間的圍巖由內向外逐層炸掉，為周邊眼爆破提供更大的釋放空間；周邊眼為9#，沿設計開挖輪廓線均勻分布，其作用是在輔助眼爆炸后凌空面形成的一瞬間，將最外一層圍巖同時爆破與巖體分離，形成開挖輪廓洞面；10#為底板眼，分布在開挖斷面的底部，其作用是將隧道底部及兩側拱腳圍巖炸翻；中空眼一般為3個，不裝藥，設在掏槽眼三條邊線中間，其作用是為掏槽眼爆炸提供釋放活動空間。

　　3．2 光面爆破技術參數的確定

　　光面爆破效果如何，主要取決爆破參數選擇是否合理，不同的圍巖其巖性、強度、周邊眼的間距和抵抗線參數等也不相同。所以，光面爆破炮眼間距的參數應根據現場圍巖的實際情況，經現場反復比對爆破實驗取得。無實驗條件時，可參考表2進行計算取得，也可按照下述經驗公式計算所得。

　　(1)周邊眼間距E。周邊眼通常布置在開挖斷面輪廓線上，其間距大小應視巖石的抗爆性、炸藥性能、炮眼直徑(d)和裝藥量而定。其計算公式為：

　　E=d* (10～15)，         (1)

　　式中：d為鉆頭直徑或鉆孔直徑；鉆孔一般使用直徑為40～50mm鉆頭；10～15為經驗系數，對于

　　軟巖和破碎巖石亦取較小的值。稻香村隧道鉆孔采用的是40mm合金鋼鉆頭，周邊眼間距經計算得：Ⅲ級圍巖E=4．0*14=56cm；IV級圍巖計算得E= 4．0*12=48cm。

　　(2)最小抵抗線V。最小抵抗線就是光爆層間厚度。它與巖石的堅硬強度、開挖面積的大小有關。開挖斷面大、爆眼受到巖石的約束力小，巖石比較容易崩落，光爆層厚度相對要大些；開挖斷面小，爆眼受到巖石的約束力大，光爆層厚度相對要小些。同時，光爆層厚度與巖石的性質和地質構造有關，堅硬巖石光爆層可小些，松軟破碎的巖石光爆層可大些。其計算公式為：

　　V=E／O．8，          (2)

　　式中：E為周邊眼間距；0．8為經驗系數。一般情況下Ⅲ級圍巖V=70～85 cm；Ⅳ級圍巖 =60～75cm。稻香村隧道Ⅲ 一Ⅳ級圍巖最小抵抗線經計算得：Ⅲ級圍巖V=56／0．8=70 cm；IV級圍巖 =48／0．8=60 cm

　　(3)相對距E／V 。就是周邊眼間距E與光爆層厚度的比值，開挖輪廓表面是否圓順光滑，與周邊眼間距(E)和抵抗線(V)有著密切關系。根據實驗結果表明，當E／V=2時，開挖輪廓表面凹凸不平，圍巖損傷嚴重；當E／V≈ 0．8時，開挖輪廓表面圓順光滑，與設計輪廓基本一致。其計算公式為：

　　E／V=0．8～1．0，           (3)

　　式中：E為周邊眼間距；0．8～1．0為經驗系數。一般情況下E／V=0．8～1．0。稻香村隧道Ⅲ ～Ⅳ級圍巖相對距經計算得：Ⅲ級圍巖E／V=56／70=80cm；Ⅳ級圍巖E／V=48／60≈80 cm

　　(4)裝藥不偶合系數D：炮眼孔徑與藥卷直徑之比稱為裝藥不偶合系數。一般情況下炮眼孔徑d=40～50cm；2號巖石硝銨炸藥藥卷直徑r=20～32 mm。其計算公式為：

　　D=d／r，         (4)

　　式中：d為鉆頭直徑或鉆孔直徑；r為藥卷直徑。一般情況下Ⅲ級圍巖取D=1．2～1．5；IV級圍巖取D=1．5～2．0。稻香村隧道鉆孔采用直徑為40mm合金鋼鉆頭，2號巖石硝銨炸藥藥卷直徑r=25mm，其裝藥不偶合系數D經計算得：

　　D=d／r=40／25=1．60，         (5)

　　(5)裝藥集中度q。就是單孔每米裝藥量，以g／m表示。單孔藥量的大小、直接關系到光面爆破表面平整度和成洞面圍巖的受損程度，它與周邊眼間距、光爆層最小抵抗線厚度、巖石強度、炸藥的性能等有關，其計算公式為：

　　q=E*V *D，           (6)

　　式中：E為周邊眼間距；V為最小抵抗線；D為裝藥不偶合系數。將相對應的數據代入公式經計算稻香村隧道Ⅲ～Ⅳ級圍巖E* V裝藥集中度為：

　　Ⅲ級全斷面圍巖q=E*V*D=0．56*0．7*1．6=0．63 kg／m。

　　Ⅳ級圍巖上斷面q=E*V*D=0．48*0．6*1．6=0．46 kg／m。

　　(6)炮眼的數量N。應根據開挖斷面面積、周邊眼間距、最小抵抗線、裝藥集中度等有關聯，采用CAD工程制圖軟件擴展或工程類比法推算可求得炮眼數量，也可根據計算公式求得：

　　N=S／E*V，           (7)

　　式中：E為周邊眼間距；V為最小抵抗線；S為開挖面積。稻香村隧道Ⅲ級圍巖開挖面積約77m2、Ⅳ級圍巖上斷面開挖61 rn2、Ⅳ級圍巖下斷面開挖32 rn2，根據已定周邊眼間距和最小抵抗線數據，代人公式計算可求得，隧道Ⅲ ～Ⅳ級圍巖開挖需鉆炮眼：Ⅲ級圍巖全斷面開挖N=S／E*V=77／0．56*0．7=196個；IV級圍巖上斷面開挖N=S／E*V= 61／0．56*0．7=156個；IV級圍巖下斷面開挖N= S／E*V：32／0．56*0．7=81個。

　　(7)炮眼的鉆造深度及角度。炮眼的深度和角度，與光面爆破效果的優劣有著直接關系。炮眼越深、角度越不易控制，爆破后成洞面就會出現不平整。為提高鉆孔質量，為此項目部采購了高效的鉆孔鑿巖機，并加強對鉆工人員的業務培訓，定人、定眼、定位。根據圍巖條件確定鉆孔深度，Ⅲ級圍巖全斷面開挖時，炮眼深度控制在4．0 m，IV級圍巖上下斷面開挖時，炮眼深度控制在3．0 m。掏槽眼Ⅲ級圍巖時采用直眼掏槽；IV級圍巖時采用斜眼掏槽，掏槽眼比輔助眼和周邊眼深10～15 cm。輔助眼與周邊眼深度相同，眼底盡量保持在同一垂直面上，輔助眼鉆孔角度盡量垂直開挖斷面鉆孔，周邊眼鉆孔角度按2℃向外傾斜，斜率控制在5cm／m以內，且眼底不超出開挖斷面輪廓線10 cm，最大不超過15 cm。底板眼鉆孔深度和角度與周邊眼相同。掏槽中空眼鉆孔深度和角度與掏槽眼相同，鉆孔直徑為10 cm。以上炮眼平面位置(排距、行距、眼口、眼底)、角度、深度等誤差均不得大于5 cm，當開挖斷面凹凸不平時，再根據實際情況調整炮眼深度和藥量，力爭將開挖斷面平整垂直。

　　4 光面爆破裝藥的結構形式

　　稻香村隧道光面爆破炸藥選用2號巖石硝銨炸藥。當炮眼深度小于2 m、或巖石較軟、破碎時，可采用空氣間隔裝藥結構形式；當炮眼較深或巖石較硬時，眼底增加一節炸藥，以保證爆破效果。兩側拱腳處是施工中最易出現欠挖的地方，該地方炮眼加密一倍，采用隔孔裝藥形式，或采用加大藥量的方式來避免欠挖。掏槽眼裝藥采用連續裝藥結構形式，因為它是第一個爆炸的炮眼，四周受圍巖夾制，爆破能量釋放空間有限，藥量少、威力弱，不易將渣拋出成洞；周邊眼的裝藥采用小直徑藥卷，炮眼、藥卷直徑不偶合系數控制在1．25～2．0之間，但藥卷直徑不得小于炸藥的臨界直徑20mm。為防止爆炸中斷現象或出現傳爆盲區，裝藥采用小直徑藥卷和低爆速炸藥，借助傳爆線實現空氣間隔裝藥；輔助眼的裝藥結構采用空氣間隔裝藥，使藥量沿炮眼全長合理分布，炸藥應選用爆力較大，傳爆性良好的炸藥；而底板眼的裝藥采用連續裝藥結構，則宜選用高爆力的炸藥，可以克服上覆石渣的壓制和起到翻渣的作用。無論采用何種裝藥形式，裝藥完畢，必須采用炮泥嚴密封堵炮眼，炮眼如封堵不嚴密，不但降低爆破威力，還會造成渣體過大和欠挖現象。

　　5 光面爆破起爆的方法及順序

　　光面爆破分區起爆順序是：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。為使光面爆破有良好的效果，起爆采用毫秒雷管微差順序起爆，盡可能的減小同段周邊眼雷管起爆時差；稻香村隧道光面爆破采用全新紅線導爆索和高精度系列遲發電雷管起爆。因為同時起爆，使炮眼間爆炸力起共同作用，比較容易炸成平面。對石質稍差的巖石，采用毫秒遲發電雷管起爆周邊炮眼，它既具有同時起爆的爆炸威力，又可以減少對輪廓線以外圍巖的擾動。

　　6 光面爆破效果

　　稻香村隧道應用光面爆破技術，開挖班組和爆破班組能始終嚴格按照鉆爆設計組織鉆孔、裝藥和爆破，根據圍巖變化情況及時調整鉆爆參數，光爆效果超過了預期的目標，爆破開挖輪廓基本與設計開挖輪廓相符、無欠挖、超挖值在允許范圍之內；兩排炮銜接處錯茬基本控制在5～10cm以內；周邊眼殘留率極高：Ⅲ級圍巖段炮眼殘留率達到98％、Ⅳ級圍段炮眼殘留率達到90％；開挖成洞面圍巖無明顯損傷；爆破渣石塊體大小均勻，一般塊體大小20～40cm；隧底及兩側拱腳處基本無欠挖；開挖掌子斷面平整垂直。該隧道提前半年貫通，安全、質量和進度均得到了業主的好評。

　　7 結束語

　　鉆爆設計參數的選取是否合理，直接關系到光面爆破成洞質量，所以，根據實際圍巖情況確定鉆爆參數十分關鍵。另外，加大對鉆工的技術培訓，選擇性能良好的鉆孔機械，提高炮眼的鉆孔質量，確保炮眼方向、角度和深度、平面位置精度，是確保光面爆破的必要條件。同時，開挖施工中應時刻注意圍巖的變化情況，隨時調整或選取不同的光爆參數，合理選擇炸藥品種和優化裝藥結構，加強對起爆順序和光爆孔起爆時差的控制，為光面爆破提拱有力的支持和保證。