浅谈隧道光爆效果的控制措施

　　摘要：随着社会的发展与进步，重视隧道掘进中岩体光爆效果的控制措施研究具有重要的意义。本文主要探讨隧道掘进中岩体光爆效果的控制措施中的有关内容。
　　关键词:隧道,光爆,装药,钻孔,措施,控制
　　
　　引言
　　据有关资料报道，截至上世纪未，我国建成的隧道超过1069座，单洞延长超过340km，单洞最长达4076m。随着我国社会经济的快速发展，交通建设面临跨越式发展的大好形势，陕西、四川、吉林、广东、浙江、福建、山西、贵州等省规划和正在实施一批特长隧道和隧道群的建设，其中长度超过5KM的隧道将有5座，最长的达到38.6km；另外，一些跨江、跨海隧道方案也相继提出。因此，在工程实践的基础上，不断总结如何进行优质、快速的隧道开挖的经验，具有十分重要的工程意义。
　　1.爆破施工工艺
　　钻孔采用自制钻孔台车配合气腿式凿岩机，为了保证开挖轮廓圆顺、准确，维护围岩自身承载能力，减少对围岩扰动，为下道工序创造有利条件，以Ⅱ、Ⅲ级围岩采用光面爆破为例。
　　（一）爆破设计
　　a．爆破器材选择。炸药品种（用Φ35mm2#岩石硝铵炸药，有水地段则选用Φ35mm防水乳化炸药，周边眼则采用Φ22mm的小药卷）、起爆网络及堵塞设计采用非电导爆管毫秒延期起爆网络，炸药采用乳化炸药，为保证爆破效果，降低炸药用量，减少空气冲击波，洞内所有炮孔均用炮泥堵塞。
　　b．掏槽形式。掏槽选用直眼掏槽，采用梅花型中空孔掏槽，微差起爆控制掏槽时间，微差间隔50～100ms。
　　c．Ⅱ、Ⅲ级围岩光面爆破参数（下表）：
　　
　　（二）爆破作业
　　爆破作业必须按照爆破设计进行钻眼、装药、接线和引爆。开挖条件出现变化，需要变更设计时，由技术负责人确定。
　　a．测量。测量是控制开挖轮廓线精度关键，每循环在工作面标出开挖轮廓和炮孔位置，钻眼前绘出开挖断面中线、水平线和断面轮廓线控制拱顶、起拱线位置并根据爆破设计标示出炮孔位置，经检查符合设计要求后才可钻眼。钻孔时要做到准（位置）、平（平行）、直（方向）、齐（孔底），具体应符合下列要求：
　　b．钻孔。按照炮眼布置图正确钻孔；掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm；辅助眼深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差不得大于10cm；周边眼位置在设计断面轮廓线上，允许沿轮廓线调，其误差不大于5cm，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm；内圈炮眼至周边眼排距误差不大于5cm；当开挖面凸凹面较大时，应按实际情况，调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼和底板眼外）眼底在同一垂直面上。
　　c．装药。全部由人工进行，装药工作平台用可移动式自制工作平台。装药前，先用高压风将孔中岩粉吹净，经检查合格后方可装药，装药分片分组负责，严格按爆破参数表及炮孔布置图规定装药量、雷管段号“对号入座”。装药顺序先上后下，先两侧后中间。每孔装药后，都用炮泥堵好炮眼口，炮泥长度一般为30cm，不少于20cm。网络连接采用“一把抓”法，整个掌子面导爆管先分六束，分别捆绑于同段雷管上。为保险起见，每束可安装两个同段雷管，最后再把六束导爆管并联捆绑于一个雷管上，留足导爆索长度，检查好安全，再进行起爆。爆破网路连接，检查及起爆，按照爆破设计要求和《爆破安全规程》执行。由于洞内有的地段有涌水，故采用普通和抗水两种炸药。
　　d．通风找顶：爆破后，先通风排烟、洒水30分钟，掌子面基本没有炮烟后，作业人员方可进入。先用高压水冲洗开挖面，用挖掘机除去大危石后，再用钢钎、木棍把小块危石撬净。
　　e．初喷混凝土：利用爆破堆碴的高度，在碴堆上对拱部进行初喷混凝土封闭岩面。
　　f．出碴：使用反铲式挖掘机配合侧卸式轮胎装载机装碴，采用大型自卸汽车运碴，弃碴场长期设2台推土机随时进行场地平整和碾压，并保持道碴道路畅通。
　　2.光面爆破施工工艺
　　光面爆破施工工艺流程如图1所示。
　　
　　图1
　　3.炮眼布置示意图
　　根据实际围岩情况进行调整，如图2所示。
　　
　　图2
　　4.控制隧道光爆效果的措施
　　在日常实践施工中常采用改进光爆设计理念，实践过程中操控及对经验总结技术创新等方面进行有效的光爆效果控制。下面就各方法的原理、特点以及隧道施工中积累的有关经验作一翻简单的介绍。
　　（一）改进光爆设计理念
　　光面爆破和预裂爆破是新奥法施工最基本的要求之一。从本质上讲，预裂爆破也是一种光面爆破，两者的区别只是分区起爆破顺序不同。预裂爆破的分区起爆破顺序为：周边眼掏槽眼辅助眼底板眼。预裂爆破要求在周边眼之间炸出贯通裂缝即预留光面层，所以爆破参数与光面爆破参数存在一定的差异。
　　实施光面爆破，应按照围岩特点合理选择围边眼间距及周边眼的最小抵抗线，严格控制周边眼的装药量，并尽可能使药量沿炮眼全长均匀分部，周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药。为满足装药结构要求，可借助传爆线以实现空气间隔装药，采用毫秒微差有序起爆。应使周边爆破时有最好的临空面，周边眼内段起爆雷管的时间误差要求越小越好。根据上述要点，施工时必须做到三点：
　　1．进行正确的光爆设计
　　应根据地质情况、炸药种类及钻孔机具等因素进行光爆设计。主要参数选择采用工程类比法。设计内容包括爆破参数的选择、炮眼布置图、周边眼装药结构等。光面爆破主要参数有周边眼间距E、光爆层厚度w（最小抵抗线），周边眼密集系数K（k=e/w），装药集中度q等。周边眼间距是直接控制开挖轮廓平整度的主要因素。缩小周边眼间距要视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定，一般可取E=（10-15）d，d为炮眼直径。对于坚硬和破碎岩石宜取较小值，对于软质或完整性好的岩石宜采取较大值。实际施工中，一般取42~63cm为宜；最小抵抗线W=E/K，一般取50~80cm；为了保证周边眼孔贯通裂缝优先形成，须使周边眼的最小抵抗大于炮眼间距，通常周边眼密集系数K为0.8；装药集中度是指每米炮眼的装药量。根据岩石的特性确定，一般为0.15~0.2㎏/m。光面爆破参数确定后，根据开挖断面和拟定的循环进度，计算每循环的开挖量（m3），然后根据岩石类别，选定单位体积用药量q(㎏/m3)。从而计算出每循环爆破总用量Q(㎏)，最后绘出炮眼布置图和装药参数表。
　　上述工作完成后，选择爆破器材亦很重要。光爆破器材主要有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导火索。光面爆破的周边眼应选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直径、传爆性好的炸药，底板眼则宜选用高爆力炸药，这样既可以克服上覆岩渣的压制，又起到翻渣的作用。
　　2．注意光爆效果的检验
　　光面爆破效果主要检查超、欠挖量、炮眼痕迹保存率和两茬炮错台情况这三大指标。根据光面爆破效果这三项指标的检查结果，认真进行分析，再结合掌子面围岩变化情况，及时改变光面爆破参数，修正光爆设计，以达到最佳光爆效果。同时，要注意不断收集和整理相关数据，为今后的光爆设计提供经验。
　　按照上述要求进行光爆施工控制，经过多个工程的实施，效果良好。
　　（二）实践过程中控制
　　1、移动台架的操控
　　使用凿岩台架，采用层次组装结构，根据工法及时调整移动台架。便于各类工法灵活使用，将多台凿岩机安装在凿岩台车上，实现多机同时作业、集中控制。对于施工员工来说，台车轻便灵活，结实稳重，既能保证移架的施工安全，又能有效控制窝工现象，大大缩短作业时间。
　　2、测量精度的操控
　　隧道平面控制测量精度、隧道内两相向施工中现在贯穿面上的极限误差，由洞外和洞内控制测量误差引起在贯通误差影响值、洞内导线测角、量距的精度以及两洞口水准点间往返高程的误差值，均参照现行隧道勘测规程的相关规定执行，实际操作过程中误差值必须控制在现行条款规定测量精度误差值以内。
　　5、火工品选择的操控：
　　根据施工难点、围岩级别特点，火工品的选择也是一门学问，可以借鉴以下数据作为参考：主炮孔采用φ32mm2﹟岩石乳化炸药，周边孔应选用低爆速，低猛度的炸药，采用φ25mm2﹟岩石乳化炸药，同时自制了光爆药卷。毫秒雷管的选择：毫秒导爆管应有足够的段数，为了避免振动，并且满足光爆孔比临近主炮孔迟发50~100ms，毫秒雷管应跳段使用。其次选择合理的起爆器械，也可以减少振动，取得良好的光爆效果。
　　3、施钻的操控：
　　放样布眼、钻眼前，必须由测量技术人员用仪器测出掌子面的中线、水平。并用红油漆准确绘出开挖断面的中线和周边轮廓线，标出炮眼位置，误差不得超过5cm。钻眼时，钻工首先要熟悉炮眼布置图，熟练操作凿岩机械。
　　4、布眼的操控：
　　掏槽眼和周边眼，要由技术熟练、经验丰富的钻工司钻。台车下面要有专人值班指挥，以确保周边眼有准确的外插角，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm，并保证炮眼底在同一平面内。应采用反向装药结构，以提高炮眼利用率，减少盲炮，减少石渣块度，增大抛掷能力和降低炸药用量。掏槽眼和辅助眼应采用大直径药卷孔底连续装药，周边眼可采用小直径药卷或间隔装药。炮眼、药卷直径不偶合系数可控制在1.25~2.0之间。联结起爆网络，起爆网络采用非电塑料导爆系统。这是一种安全可靠、操作方便的新型起爆系统，特别适用于隧道爆破施工。
　　6、起爆的操控
　　光面爆破采用分区起爆，起爆顺序为掏槽眼辅助眼周边眼底板眼。辅助眼应由里向外逐层起爆，为使光面爆破有较好的效果，应使辅助眼爆破后，尽可能接近开挖轮廓形状，使光爆层厚度尽量一致；并注意不要使光爆落下的石渣堵死周边眼的临空面，影响周边眼的光爆效果。周边眼须同时起爆，若各炮眼的起爆时间差超过0.1秒时，就等于各个炮眼单独起爆，并尽可能减少同段雷管的延期时间差（雷管的制造误差），如使用高精度系列迟发雷管或用导爆索作为孔内传爆。底板眼最后起爆，以起到翻渣作用。
　　（三）经验总结技术创新
　　某隧道工程正洞掘进一半时，围岩发生变化，岩石水平分层明显，造成拱顶超挖严重，后减少周边眼药量并且缩小周边眼间距，爆破效果有所改善，可见光面爆破要根据围岩的变化而相应的调整参数，才能达到更好的效果，不能仅仅停留在理论的参考数值上。在进行爆破设计时应根据隧道断面大小、围岩级别、机械设备等进行综合考虑。对同级围岩，根据其岩石构造、破碎程度等不同情况，选取不同的光爆参数，可获得比较的理想效果。合理选用炸药品种和优化装药结构是保证光爆质量的重要因素。加强对起爆顺序和光爆孔起爆时差的控制，为光爆孔提拱良好的爆破条件。
　　减少超欠挖，减少炸药用量，减少支护混凝土用量，爆破后岩面平整，岩碴块度均匀较小，利于装碴，为后期铺挂防水板及二次衬砌施工缩短时间，减少支护投入，节约施工成本，增加效益。
　　结束语
　　总而言之，光面爆破是除正常装药的主炮孔外，另外沿设计开挖线钻一排小直径边线炮孔（不耦合间隔装药），利用微差起爆技术，先起爆主炮孔后同时起爆边线炮孔，使两孔之间的岩面处于受拉状态而被劈裂，这样在正常炮孔和设计开挖线间预留缓冲保护层，从而取得良好的爆破效果。爆破技术的影响包括很多方面，在施工中，我们严格按照爆破设计施工，同时也应注意以下二个重要环节：
　　一是光爆孔应同时起爆。在施工中，我们采用一根主导爆索将所有光爆孔内的导爆索联接起来，在主导爆索上放有毫秒雷管，使之起爆，达到齐爆。
　　二是炮眼的堵塞对光爆的效果影响也较大，施工中，我们加强对炮眼的堵塞，其长度为炮眼深度的四分之一。
　　参考文献
　　[1]公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）[S]．
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