光面爆破技术在大断面隧道硬岩施工中的应用（中铁十二局）

光面爆破技术在大断面隧道硬岩施工中的应用中铁十二局武广客专一、前言一、前言v隧道工程的施工质量主要取决于两个方面：v 一是开挖对围岩的损伤程度，v 二是支护和衬砌的支护效果。v隧道施工的一个重要原则是：v 要采取一切措施提高围岩的自承能力，施工中像保护眼睛那样保护围岩,在硬岩中主要通过控制爆破来减小对围岩的影响。v 光面爆破技术作为一种有效的控制手段已被广泛运用，下面结合大瑶山三号隧道的爆破施工，简述其在大断面隧道的运用。二、光面爆破二、光面爆破v1、定义v沿开挖边界布置密集炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，沿设计轮廓线将光爆层崩落，获得光滑、平整的壁面，达到控制轮廓线的目的，称为光面爆破。这种爆破在围岩中产生的裂缝较少，使爆破后的岩石面能按设计轮廓成型，表面较平顺，超欠挖很小。v2、光面爆破的基本作业方法v 预留光爆层法v即通常所说的超前导坑法、反台阶法等，先将洞室中心主体石方进行爆破开挖，预留设计光爆层厚度，然后再沿设计轮廓线钻孔进行光面爆破。v 一次分段爆破法v全断面钻眼装药，利用塑料导爆管与即发、毫秒、半秒级雷管组合成的非电导爆雷管，在爆破作业中实现一次分段微差爆破。v3、适用条件v广泛地应用于坚硬岩石及岩体较完整的软岩，效果明显；同时，在不均岩体和构造发育的岩体中采用光面爆破效果虽然不明显，但它对减轻围岩的破坏、减少超欠挖作用很大。v4、光面爆破的优点v减少超欠挖，节约工程成本；开挖面平整光滑，可减少支护工作量，有利于后期作业；对围岩破坏深度、程度、范围小，有利于围岩稳定和隧道结构安全。三、光面爆破技术的几个重要参数三、光面爆破技术的几个重要参数v孔径孔径d炮孔直径，随钻孔机械变化而变化，一般为：d（3848）mm；v孔距孔距E周边眼间距，E（1015）d，一般取E（4070）mm；v最小抵抗线最小抵抗线W光爆层厚度，即周边眼与最近掘进辅助眼间的最短距离，一般应根据爆破漏斗试验来确定，经验数值计算为：W=E/k，K为光爆孔密集系数，一般取0.60.8；v线装药密度线装药密度q单位炮眼长度装药量，一般取q（40400）g/m；v装药不耦合系数装药不耦合系数炮眼直径与药卷直径比值，d/，一般1.11.4；v单位耗药量单位耗药量k爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，kg/m3；v炮孔利用率炮孔利用率实际开挖进尺与炮眼钻眼长度之比。v若要把围岩“爆下来”主要与装药集中度（q）、最小抵抗线（W）有关；v“成型规整”主要与炮眼间距（E）、炮眼密集系数（E/W）、最小抵抗线有关；v“保留半边眼痕迹和减少对围岩的扰动”主要与不耦合系数（d炮眼/d炸药）有关；四、光面爆破设计四、光面爆破设计v1、光面爆破设计的主要内容及方法v 光面爆破设计应依据施工图及相关地质资料、现场条件、施工要求、施工机具、爆破材料等综合考虑设计。v设计主要内容有：周边眼间距、炮眼密集系数、最小抵抗线、装药集中度、不耦合系数、装药结构及起爆方式等。v设计的方法工程类比法、半经验半试验法、理论计算法等。在施工中主要采取前两种设计方法。v2、光面爆破设计的技术要点v 选择合理的掏槽方法v隧道爆破为只有一个临空面的单自由面爆破，形成第二个临空面的掏槽技术是光面爆破设计的要点。隧道爆破掏槽方法有直眼掏槽和斜眼掏槽两种。对于大断面隧道来说，斜眼掏槽和直眼掏槽相比，具有对地质条件的适应性好、对钻眼精度要求较低、炸药用量及雷管段数相对少的优点。v 根据围岩特点合理选择周边眼间距和周边眼的最小抵抗线v周边眼的间距比一般爆破的间距小，周边眼的最小抵抗线亦要相应减少，具体应视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定。为了保证周边眼孔之间贯通裂缝优先形成，须使周边眼的最小抵抗线大于炮眼间距，一般取E/W0.8为宜。v 严格控制周边眼的装药量，应使药量沿炮眼全长合理分布，并合理选择炸药品种和装药结构。v周边眼装药量应具有破岩所需的应力能量，又不致造成对围岩的严重破坏，因此周边眼的装药量和装药密度要减少，并使炸药沿炮眼全长均匀分布。宜采用小直径药卷和低爆速、低猛度、爆力较大的炸药，借助传爆线以实现空气间隔装药。炮眼、药卷直径不耦合系数控制在1.21.25间。v4、周边眼同时起爆v 采用毫秒雷管微差顺序起爆，应使周边爆破时产生临空面，周边眼同时起爆，炮眼间爆炸力共同作用，比较容易形成平面。v 光面爆破的分区起爆顺序是：掏槽眼 辅助眼 周边眼 底板眼，辅助眼则应由里向外逐层起爆。v 为使光面爆破有良好的效果，除上述技术要求外还应使辅助爆破后尽量接近开挖轮廓，使光面爆破层厚度尽可能一致。五、光面爆破设计步骤五、光面爆破设计步骤v1、收集基本资料，确定爆破方法v 包括开挖断面的大小，是采用预留光爆层分部开挖，还是全断面开挖，一次循环的进尺，岩体的种类、构造发育程度以及岩石物理力学性质等方面的资料。v2、光爆主要参数的选择v光面爆破主要的技术参数通过工程类比法，根据经验值表查取，再进行现场实践后调整。v参照客运专线铁路隧道工程施工技术指南中表6.3.6-1：v3、选择合理的掏槽形式v“有进尺看掏槽”，掏槽方式很多，至关重要。对于大断面隧道来说，其围岩自身夹制作用可忽略不计，掏槽方式应本着操作简单、实用性好的原则，同时结合钻爆工技术水平。v为便于石碴装运、爆后找顶，要求碴堆的集中一些、高一些，掏槽区应布置在断面的中下方。v4、炮眼布置设计图v在周边眼和掏槽眼参数确定后，其它辅助掘进眼、底板眼等设置通过炮眼布置设计图来完善。炮眼布置遵循几个原则：v辅助眼的作用是将槽腔进一步扩大，为后续炮眼的爆破提供良好的临空面条件，为保证爆破效果辅助眼应适当加密；v内圈眼装药量过大或过于集中，均会引起围岩的破坏，因此必须适当加密，使炸药量能在内圈眼均匀分布，减少对围岩的爆破破坏；v由内向外，逐层均匀布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。v需要说明的是，隧道光面爆破的设计与隧道主爆区的炮孔布置，是不能截然分开的。主爆孔的爆破结果直接影响到光面爆破的效果，同样，由于采用光面爆破，为了满足进行光爆的要求，也必然影响到主爆孔的布置。因此，两者必须互相结合，整体考虑，不能顾此失彼，影响总折效果。v5、炮眼药量计算v硬岩掏槽眼、底板眼药量一般除孔口3040cm炮泥外，其余连续装满；周边眼单孔装药量Q周L（炮眼长度）q，辅助眼装药数量根据地质条件、炮眼布置间距等选择，主要采用工程类比法。v6、确定炮孔的装药结构。v装药不耦合系数取1.25，则药卷直径40/1.2532mm，选取二号岩石乳化炸药，外径32mm。v掏槽眼、辅助眼、底板眼装药一般均采用连续装药结构，孔口炮泥堵塞。v周边眼装药结构可参见客运专线铁路隧道工程施工技术指南附录C图示。v7、合理段落间隔时间的选择v依据有关资料统计表明，每段间隔时差大于50ms时，爆轰波波形基本无叠加现象。从有利于后段炮眼的爆破出发，后段炮眼的起爆应在前段炮眼爆破卸载后开始，即每段起爆的间隔时间应大于从炸药暴轰到开始移动这一时间；但每段起爆间隔时间又不宜过长，间隔时间太长，能量不能互相利用，后段爆破不能起到补充前段爆破的破碎和抛掷作用。v8、确定起爆方法及网路的连接形式。v光面爆破的起爆顺序前面已提到，实现这一目标，主要采用塑料导爆管非电起爆法，其连接方式不再详述，在此主要针对周边眼传爆线（导爆管）的连接作下表述。v传爆线具有足够的起爆能量，可以直接引爆炸药，其本身需用雷管起爆，起爆传爆线的雷管应用胶布扎紧在距传爆线端头1015cm处，雷管的底部应指向其传播方向。传爆线应用锋利的刀子切割，用分段并联搭接法连接，接头搭接长度不得少于10cm，一定注意搭接方向均向一边，即干线爆炸波的传播方向。六、现场操作要点六、现场操作要点v1、周边眼的间距、抵抗线及相对距离等设计是否合理v通常周边眼的间距、抵抗线小，爆破后轮廓成形好，反之效果则差；装药集中度太大易造成超挖，小则易欠挖；装药结构在均匀分布的基础上，应考虑眼底夹制作用大一些，相对集中或加强一些。v2、测量放线v采用光面爆破时必须每循环放样，测量放线要保证中线和标高的准确，要通过正确的方法来保证轮廓线位置的准确，尽量减小放样误差(应不大于2cm）。同时在掌子面用红油漆按钻爆设计画出各炮孔位置，并明确钻孔先后次序。v3、严格钻眼作业v4、其它爆破技术v5、地质条件变化v做好开挖面地质素描，对围岩的节理裂隙等状态进行预测；v依据地质条件，相应改变钻爆设计；v地质条件变好时可改变掏槽方式、加大周边眼装药量等；v地质条件变差时采取局部内移炮眼、局部空孔不装药、加密炮眼、调整起爆顺序、减少单孔装药量等措施。v富水地段均采用乳化防水炸药。v6、施工组织管理v在隧道光面爆破施工中，建立一个比较完善、系统的质量保证体系，对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理是非常重要和必要的。七、光面爆破效果检查标准及调整七、光面爆破效果检查标准及调整v1、外观质量v爆破后围岩的稳定情况应符合硬岩无剥落，中硬岩基本无剥落，软岩无大的剥落和坍塌。如不符合应调整周边眼间距、药量、装药方式等。v光面爆破后都要在岩面上留下足够的半边钻孔痕迹，称为半孔率，不同岩性残留半孔率（炮眼痕迹保存率）的质量标准应符合：硬岩 80，中硬岩 60；并在开挖轮廓面上均匀分布。如不符合应调整周边眼的参数E、W值。v开挖轮廓符合设计要求，开挖面平整。如出现大超大欠，应抓好测量放样、钻孔精度等。v爆破进尺达到设计要求。如不符合说明炮眼利用率低，改进掏槽方式，加大用药量。v爆出的石块块度应满足装碴要求。如不符合应加密辅助眼，减小石块粒径。v两次爆破的衔接台阶尺寸不得大于15cm。如不符合应改进工人的技术水平。v线性超挖应符合相关规定。如不符合应将钻孔开口位置内移至设计轮廓线内510cm。v爆破后掌子面垂直平整。如不符合应确保炮眼深度一致。v2、经济指标v炸药单位耗药量、比钻眼数应在合理范围内。如不符合应减少单孔用药量、调整炮眼间距以调整炮眼数量。