142姚刚马洋洞隧道光面爆破施工技术.docx
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142姚刚马洋洞隧道光面爆破施工技术
马洋洞隧道光面爆破施工技术
（隧道工）
论
文
姓名：
姚刚
单位：
中铁隧道集团一处有限公司
马洋洞隧道光面爆破施工技术
姚刚
中铁隧道集团一处有限公司
摘要：
光面爆破技术的应用，在隧道施工过程中起到非常重要的作用。
它做到了一次成型，开挖轮廓平、滑、圆、顺，围岩保持完整稳定；施工安全，成本节约，加快了施工进度，提高了工程质量，本文结合福建永武高速马洋洞隧道具体工程实例，扼要论述了光面爆破施工技术及其效果，以供类似工程借鉴。
关健词：
光面爆破施工技术施工效果
1工程概况
1.1工程地理位置及范围
福建永武高速公路始于福建省永安市，终于福建省武平县，全长195．22km。
其中A7合同段主要构造物有马洋洞隧道和大中桥7214m/24座，互通立交1处，涵洞通道57座等，总延长21．889km。
永武高速马洋洞隧道分为左右双线隧道，左幅1447．6米（起讫里程K89+050～K90+497．6），右线1419米（起讫里程K89+065～K90+584）。
永武A7标马洋洞隧道，隧道围岩为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级，坡度为右线-1.485%，左线-1.490%。
1.2地质条件
马洋洞隧道地处闽西山区，地势总体北高南低，地貌分为构造剥蚀中低山区、丘陵盆地及丘陵河谷三种单元，地表植被发育；隧址区属中高地貌区。
岩性以灰岩、砂岩、页岩为主；构造运动强烈，地层复杂、断层发育，马洋洞隧道共穿越7条破碎带。
地下水为表层孔隙水、裂隙水、岩溶水，地下水较为发育。
2光面爆破设计
2.1光面爆破设计方案
在爆破开挖过程中尽量减少爆破对相邻支护结构及周边围岩的震动影响是隧道安全、优质建成的关键，总结以往隧道施工中的光面爆破以及减震经验，对马洋洞隧道钻爆进行设计，并组织合理的钻爆施工。
据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等编制光面爆破设计方案。
光面爆破是主要爆破后，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。
光面爆破优点：
（1）减少超欠挖，节约工程成本。
（2）开挖面平整、光滑，可减少支护工作量，有利于后期作业。
（3）对保留岩体破坏影响小，有利于围岩的稳定，在保证整个施工中安全起到很大作用。
（4）因为开挖轮廓比较光滑，有利于初期支护、防水板挂设，并且对通风也很有利。
2.2掏槽眼
针对隧道爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，先在开挖断面的中下部的位置，布置一些装药量较多的炮眼，先行爆破，炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的临空面。
为保证掏槽眼能有效地将石碴抛出槽口，常将掏槽眼比设计掘进进尺加深10cm。
掏槽形式采用斜眼垂直楔形掏槽。
掏槽眼水平成对布置，爆破后将炸出楔形槽口。
影响此种掏槽爆破的重要因素：
炮眼与开挖面间的夹角α、上下两对炮眼的间距a、同一平面上一对掏槽眼眼底的距离b。
见表1。
表1垂直楔形掏槽参数
围岩级别
α
a（cm）
b（cm）
炮眼数量（个）
Ⅳ级及以上
70°--80°
70--80
30
4
Ⅲ级
75°--80°
60--70
30
4—6
Ⅱ级
70°--75°
50--60
25
6
2.3辅助眼
位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼，统称为辅助眼。
其作用是扩大槽眼炸出的槽腔，为后续和周边眼爆破创造新的临空面。
习惯上，常把靠近周边眼的一圈眼又称为“内圈眼”。
辅助炮眼交错均匀布置。
周边眼与辅助眼眼底必须在同一竖直面上。
2.4周边眼
沿隧道周边布置的炮眼，称为周边眼。
其作用是炸出较平整光滑的隧道断面轮廓。
根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，周边眼沿开挖轮廓线布置，其间距E根据炮眼直径、岩石软硬程度和围岩完整情况确定，一般取眼孔直径（10-18）倍作为参考数值，围岩硬度适中、完整性好则间距E取大值，反之取小值。
周边眼选用低密度、低爆速、低猛度、高爆力的炸药，本工程采用乳化炸药，导爆管雷管起爆。
严格控制周边眼装药量，间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布。
光面爆破周边眼装药量控制在能爆落光面层，又不造成围岩过度破坏，按经验周边眼装药量一般为0.20—0.35kg/m。
采用微差爆破，周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。
延发时间采用孔内控制。
2.5光爆层厚度W
即周边眼的抵抗线，工程爆破中，通常把药包中心线或重心到最近的临空面的最短距离称为最小抵抗线。
用W表示，它的单位是cm。
最小抵抗线是爆破时岩石阻力最小的方向，所以在此方向上岩石运动速度最高，爆炸作用最集中。
因此，最小抵抗线是爆破爆破作用的主导方向，也是岩石移动的主导方向。
在隧道光面爆破中，周边眼与内圈眼之间的排距就是周边眼的抵抗线。
马洋洞隧道W的取值比周边眼间距E稍大，其值一般符合E/W=0.6～0.8。
2.6光面爆破参数
光面爆破参数是随围岩情况、断面尺寸、形状、围岩爆破性能和炸药品种等变化而变化的，一般采取先进行简单计算，然后再在爆破试验和现场爆破实践中逐步修正改善。
光面爆破设计参数参考数值见表2。
表2光面爆破设计参数
岩石类别
炮眼间距E（cm）
抵抗线
W（cm）
密集度
K=E/W
装药集中度
Kg/m
硬岩
55-70
60-80
0.7-1.0
0.30-0.35
中硬岩
45-65
60-80
0.7-0.1
0.20-0.30
软岩
35-50
40-60
0.5-0.8
0.07-0.12
3装药结构
掏槽眼和辅助眼采用连续反向装药结构，具体情况如图1所示。
1—导爆管；2—起爆药卷；3—雷管；4—底药
图1反向、连续装药
周边眼孔采用间隔、反向装药结构，具体情况见图2；为保证炸药在孔内分部均匀，将炸药卷按等间距绑扎竹片上，并且药卷之间用导爆索串联,以确保每卷炸药均能完全爆轰。
图2周边眼装药结构示意图
4光面爆破施工
4.1施工工艺流程图:
施工工艺流程见图3。
清除危石、浮碴平整断面
↓
测量放线（开挖轮廓线）
↓
钻眼、清洁眼孔
↓
装药、炮眼堵塞
↓
爆破网络连接、起爆
↓
爆破效果检测质量评估
↓
参数调整、下个循环施工
图3施工工艺流程图
4.2施工准备：
（1）找顶清碴：
目的是清理上次爆破断面暴露断面的浮碴，顺序从上而下,先外后内清除顶部危石、松碴，保证施工安全。
（2）测量放线：
放线是光面爆破按设计轮廓线开挖的重要保证，钻爆前沿开挖断面准确画出隧道开挖轮廓线。
（3）爆破准备：
用竹片、导爆索按设计要求加工周边眼光面爆破药卷。
4.3钻眼质量
钻孔精度是光面爆破成败的关键，对位准、方向正、角度精是控制好超欠挖、爆破面平整、光滑的保证。
（1）周边眼在设计开挖轮廓线上布置，允许沿轮廓线调整，误差不大于3cm；眼孔方向准许按3%—5%斜率外插，眼底不得超出开挖轮廓线12cm。
（2）内圈眼至周边眼之间的距离（即周边眼的抵抗线W）误差不大于5cm；Ⅱ、Ⅲ级围岩内圈眼与周边眼采取相同斜率外插。
（3）掌子面凹凸不平时，调整眼孔深度，力求使周边眼与其他炮眼的眼底落在同一竖直面内。
4.4装药
（1）装药前，采用掏勺或压缩空气吹眼器清除炮眼内的岩粉、积水，防止堵塞，使用压缩空气吹眼器时应避免炮眼内飞出的岩粉、岩块等杂物伤人；然后将预计炸药均匀布置在眼孔内，并用炮泥充分堵塞眼口。
（2）为克服眼底岩石夹制作用，在眼孔底部加强装药量。
（3）正确的起爆顺序：
先爆破的炮眼为后续爆破的炮眼减小岩石的夹制作用和增大临空面，创造更好的爆破条件。
同时起爆的一组炮眼，能共同作用，爆炸力更强。
（4）内圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆，这个顺序不能颠倒，否则爆破效果大受影响，甚至完全失败。
炮眼正确起爆顺序为：
掏槽眼→辅助眼→内圈眼→周边眼→底板眼。
就是通常很形象的说法叫“层层剥皮”。
为了保证内外圈先后起爆顺序，实际使用中，常跳段选用毫秒雷管。
但应注意，爆破时，要将掏槽眼与辅助眼之间的时差稍加大，以保证掏槽眼在此时差内将石碴抛出槽口，为后爆辅助眼提供有效的临空面。
（5）同圈眼必须同时起爆，尤其掏槽眼和周边眼，以保证同圈眼的共同作用效果。
（6）装药时要一手抓住雷管的脚线，另一手用木质或竹质炮棍将放在眼口处的药卷轻轻的推入炮眼底，使炮眼内各药卷间彼此密接，推入时，用力要均匀。
（7）正向装药的起爆药卷最后装入，起爆药卷和所有的药卷的聚能穴朝向眼底；反向装药起爆药卷首先装入，起爆药卷和所有的药卷的聚能穴朝向眼外。
（8）为保证爆破能量充分被利用，所有装药的炮眼应采用炮泥堵塞，不得用炸药的包装材料等代替炮泥堵塞。
其堵塞长度不少于25cm。
4.5连线起爆
本隧道采用导爆管雷管起爆法，利用导爆管传递的弱爆轰波点燃雷管，进而直接或通过导爆索起爆炸药。
爆破网络如图4所示意，连接方式采用簇联连接，俗称“一把抓”。
如图5所示意。
本隧道直接用导爆管雷管作为传爆元件，将被传爆的导爆管用电工黑胶布牢固地捆绑在传爆雷管的周围。
使用这种方法时必须注意，捆绑长度要在15—20cm，用黑胶布缠绕几层，捆牢固。
一般情况下，簇联导爆管不超过15根。
图4爆破网络示意图
图5爆破网簇联连接络示意图
起爆方式如下：
电力起爆器→导线→电雷管→导爆管→导爆管雷管→起爆药卷
每次起爆前，爆破员必须仔细检查起爆网络。
放炮员必须最后离开爆破地点，并必须在有掩护的安全地点进行起爆。
爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方准下达起爆命令。
放炮员接到起爆命令后，必须先发出爆破警号，至少等5s，方可起爆。
5处理瞎炮
处理瞎炮（包括残炮）必须在班组长直接指导下进行，并应在当班处理完毕，如果当班未能处理完毕，放炮员必须同下一班放炮员在现场交接清楚。
6爆破效果检测和爆破设计优化
6.1效果检测
（1）断面周边超欠挖检测：
确定周边眼钻眼角度是否正确。
（2）开挖轮廓圆顺度检测：
开挖面平整度检查，确定炸药用量是否适当，周边眼间距是否适当。
（3）爆破进尺检查：
测定炮眼利用率，确定布眼位置和掏槽眼爆破方法是否合适。
（4）炮眼痕迹保存率检查：
确定是否修改光面爆破参数。
6.2爆破设计优化
根据爆破后石碴的块度大小修正装药参数。
根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，使爆破眼眼底基本落在同一断面上。
根据检测结果、分析原因，结合岩层节理发育程度、岩性软硬情况，调整修正光面爆破参数，指导下一循环施工，争取达到光面爆破最佳效果。
7光面爆破成果
马洋洞隧道左线进口端采用光面爆破各项指标经测量组断面检测统计,经过测量组开挖断面检测结果显示，光面爆破开挖断面超挖检查数据远远低于铁路客运专线隧道允许超欠挖标准数据如表3所示：
表2光面爆破效果检测各项指标
序号
项目
Ⅱ级围岩
Ⅲ级围岩
Ⅳ、Ⅴ级围岩
1
平均线性超挖（cm）
6
9
8
2
最大点超挖量（cm）
10
12
10
3
台阶街接最大尺寸（cm）
5
7
6
4
炮眼痕迹保存率（%）
≥95
≥85
≥70
通过采取光面爆破技术，开挖后岩面平整度好，超欠挖控制好，对围岩保护好，增强了围岩自承能力，也节约了初期支护中喷射混凝土用量,为隧道安全、快速施工创造了条件，从而减少作业循环时间，降低工程成本、提高工程施工效率和经济效益。
根据以上数据分析，表明本隧道光面爆破参数确定正确，施钻人员技术过硬，钻眼角度精确；超欠挖控制适当，爆破后炮眼痕迹保存率高，表明围岩壁面平整，围岩扰动小，开挖轮廓线符合设计要求，从而减少工序作业循环时间，降低工程成本，为隧道安全、优质、快速建设创造了条件。
6结束语
马洋洞隧道开挖施工光面爆破技术运用适当，不仅控制了超欠挖，节约了成本，而且大大节约了作业循环时间，减少了工序相互干扰，提高了工作效率，效果明显，得到领导及企业兄弟单位的一致好评，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]关宝树.隧道工程施工要点集.北京：
人民交通出版社，2003.
[2]关宝树.国兆林.隧道及地下工程.成都：
西南交通大学出版社，2000.
[3]郭进平.聂兴信.新编爆破工程实用技术.北京：
光明日报出版社.
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