高速公路隧道光面爆破技术探讨

高速公路隧道光面爆破技术探讨

肖谋深

（中铁十二局集团第一工程有限公司陕西 西安 710000）

摘要：伴随经济社会的发展，交通建设也日益重要。近些年来，我国交通行业正在持续扩大建设规模。在现代城市，交通工程是很重要的基础设施。作为交通工程体系的关键性组成部分之一，高速公路是当今城市建设与发展的基本设施。而在公路工程建设中，所用到的施工技术直接关乎着整个工程的质量，所以提升施工技术水平刻不容缓。作为国内高速公路施工体系的主要内容，隧道施工以开挖环节最为关键。唯有选取适宜的开挖工艺，才能保障施工效率，其中爆破效果还直接关乎着隧道工程的实施进度及成本投入。基于此，本文依托黄千高速公路，探讨了隧道光面爆破基本技术原理及优势特点，并且研究了相应的技术措施，最后研究了工程实施问题及其解决措施。

关键词：运输隧道；高速公路；光面爆破

黄千高速公路HQTJ-03标，位于黄山市歙县，线路经过歙县小川乡和新溪口乡，连接浙江千黄高速，线路起讫里程右幅K15+482～K24+640.55/左幅ZK15+481～ZK24+630.6，全长右幅9.158km，左幅9.15km。其中隧道16575.15单洞米/10座，葫芦尖2号隧道全长1780m/1795m,文山隧道全长2433m/2445m，阳日山隧道全长288m/375m，白杨岭隧道全长2794m/2848m，塔岭隧道全长922.55m/894.6m，左右幅合计16575.15米。项目区域地层岩性主要为碳硅质板岩、凝灰质粉砂岩、凝灰岩等，地质构造主要为断层及其破碎带。项目Ⅳ、Ⅴ级围岩占比高达76.5%，隧道洞身穿越浅埋、冲沟、居民建筑等，对于隧道光面爆破技术的应用具有挑战性，本项目想做好隧道光面爆破，不能仅限于地质较好的Ⅲ级围岩地段重点实施，更需囊括Ⅳ、Ⅴ级围岩。

一、光面爆破技术概述

1、基本原理

针对隧道工程实施的光面爆破主要就是参考一定的爆破参数、用上对应的施工手段，分区分段展开微差爆破，并保持爆破后轮廓线满足要求、并得到适合临空面的技术过程。目前存在很多光面爆破效果影响因素，如地质情况、炮孔精度、操作技术以及最小抵抗线、装药量、周边眼间距、装药结构、起爆技术等。而在隧道施工中，基于光面爆破技术，能够达到高效挖掘效果^[1]。在光面爆破作业中，主要涉及周边眼、辅助眼、掏槽眼这三种炮眼。在爆破断面中，基于科学布设的炮眼及装药，可以很好地控制住隧道爆破威力。同时，在光面爆破中，通常会用到不耦合装炸药的方法。基于对不耦合系数的控制，削弱爆破中带给炮眼四周的压力，进而利用炸药准静压，缩小爆破裂缝，并控制隧道效果。

2、优势特点

光面爆破施工主要具有以下优点：第一，在隧道施工中，通过应用光面爆破技术，可以有效地规避人工机械作业无法精准挖方的现象^[2]。除了能够节约施工时间外，还能够加快施工进程，减少施工成本，确保四周岩体的稳定度、完整性^[3]。第二，当光面爆破完成后，还可在隧道四周出现平整壁面，并控制隧道断面满足轮廓要求，保障不破坏四周岩体，并改善隧道的支护效果。第三，基于光面爆破技术，还能够保障隧道岩体切实稳定，并弱化震动、规避碰撞，更有效地保护整个隧道作业环境^[4]。第四，基于光面爆破施工，可以很好控制超欠挖，更容易浇注混凝土，进一步节省费用。

二、高速公路隧道光面爆破技术分析

1、普通光面爆破技术

在本标段隧道上，用普通光面爆破开挖了正洞Ⅲ~V级的围岩段，并严控装药量，根据光面爆破设计要求施工，并降低炮轰波带给围岩的扰动。

⑴施工工艺流程

在岩性等的影响下，光面爆破需要结合现场围岩丰富多样的地质结构，灵活调整整个现场的各项爆破参数。通过试爆同类围岩获得技术参数来进行参考。在各个循环爆破阶段，都要求安排有足够爆破经验的师傅按上一个环节的爆破具体效果、相应基本围岩特点来做好设置工作，并比较优选一组参数。也即上一个循环环节可以提供给下一个循环环节必要的参考信息。图1为具体的光面爆破流程。

图1光面爆破流程图

（2）光面爆破装药设计

图2为装药结构图，按各断面部位炮孔爆破装药量统一装药联线，周边眼经由φ32mm用上乳化炸药，对掏槽眼用上对应的楔形掏槽，以1～15段体系非电毫秒雷管、导爆塑料管来爆破。表1显示III级围岩光面爆破炮眼药量分配。

图2装药结构图

表1III级围岩全断面光面爆破炮眼药量分配表

（3）工艺要点

针对Ⅲ~V级正洞围岩钻爆过程，用到了简单的钻孔台架、凿岩机钻眼。主要控制周边眼间距及外插角、装药体系与药量、抵抗线下限

。

2、聚能管光面爆破技术

在隧道工程中，聚能管光面爆破就是对炮孔部位，以聚能管来充当普遍的药卷、传爆线部分。在普遍炮孔中，存在的炸药爆炸后，便会因为传播应力波而得到径、切向的压、拉应力。其中邻近光爆炮孔就是彼此的“空孔”，为此，在孔的连线侧部位，便会集中分布着在岩石极抗拉允许范围的拉应力。然后，其中的岩体便会呈现出远远在其他方向以上的初始裂缝现象。同时，在炸药爆炸瞬间释放的高压气体，还会不断膨胀带来的静力，还会持续扩大最初开始的裂缝。在爆破中，还会牵涉到应力波以外的破坏，从聚能槽发射出的高温高压流进一步还会切割有关岩石。同时炮孔还进行水袋填塞，管控好了炮孔内部的膨胀气体，并且带来的膨胀静力还会远远强于不填塞光面的一般爆破，可迅速恶化已有的裂缝。

所以，聚能管基础下的光面爆破技术，基于聚能管产生的高温高压强有力的射流切割，很好地控制了光面爆破效果。而在炮孔中，还布设水袋，在爆破中形成的水雾还能够降尘，很好地优化了施工环境，对施工人员的健康很有益。具体的聚能管光面爆破技术如下：

（1）聚能管参数

在隧道施工中，以抗静电阻燃优异的特殊性塑料管为聚能管，存在着D形壁管、不等管长。结合炮孔深度要求，可更改聚能管长，含有D形壁管、盖条各一个，整个管壁2mm厚，顺着两边部位对称凹进去所形成的D形类的壁管槽便可充当“聚能槽”。体系截面：聚能槽带着70°顶角、存在17.27mm大小的顶部距离；而D形壁管具有24.18mm的截面宽、28.35mm的截面长。面对聚能管，统一用到乳化炸药。

（2）组装方法

在聚能管装置中，起爆雷管、传爆线都是现场通用类型的起爆器材，雷管段别和普遍光面爆破一样。面向D形壁管进行注药，要用到空压机、气动胶枪、气包等，且所需注药枪重0.8kg、长45cm；小空压机是市面上的一般空压机，具有800W的功率；气包为专供设备。

注药步骤分析：

首先，将药卷1端及顺着药卷经由纵向切开包装皮，再将两药卷顺着纵向切开面一起合并装入枪筒内，并将旋转盖拧紧；

其次，将注药枪加压，控制压力0.2～0.3兆帕；

然后，握住注药枪顺着半壁管由头部移至尾部，从枪口炸药便会流入D形壁管内，装药量达到0.4～0.45Kg；

再次，在炸药注好后，将一根导爆索放在D形壁管内，再扣上盖条。从两端依次套上定位块，再绑扎固定。尤其应注意方形定位块与管顶端相距25cm，圆形定位块则与管底部相距100cm；

最后，在底部装上乳化炸药（φ32mm）半只，并基于专用连接件在聚能管上固定，就基本组装好了。

尤其应注意的是，为安全起见，在组装房中避免装设起爆雷管，等到向掌子面装药时，再把对应段别雷管顺着反向插入底部乳化类半只炸药中。

（3）技术要点

①明确周边眼参数

在聚能管光面爆破中，会和普遍光面爆破采取大体相同的布孔方式，并且不会更改凿岩工具、技术工艺。而不一样的地方就是周边眼的间距，普通光面爆破宜达到40～50cm，而聚能管则需达到80～100cm；在围岩节理裂隙发育的起拱线地带，可以结合现场情况缩小孔间距；首个周边眼距离底板达50cm。在孔底外插超挖最深10～15cm，周边眼距辅助眼至少50cm，以梅花布孔方式布设辅助眼和周边眼。

具体参数：孔距a＝80～100cm；排距b≥50cm；孔径D＝42cm；聚能管延米药量等于0.4～0.45Kg；抵抗线W＝50cm。

②装填步骤

在开始装药前，将处理好的聚能管结合公安要求安全运到掌子面。具体的装填步骤如下：

首先，将一只炸药填装在炮孔最底处；

其次，在聚能管底，反向插入对应段别类型的雷管；

再次，将聚能管装填到炮孔，待装至孔口定位块时，注意调整好槽向，以对准邻近周边孔内的管槽，并顺着炮杆向孔底输送聚能管；

最后，将水袋装填好，控制与孔口相距30cm。装好炮孔后，根据爆破方案实施连线起爆。

三、问题和改进举措

在本项目中，基于有效的光面爆破管理，明显提升了爆破效果。其中混凝土喷射量也在递减，据数据统计分析显示，台阶法作业的上台阶数据比较理想，而下台阶数据则不太理想。当前的主要问题有：

首先，当爆破后，出现不平整的表面。在光面爆破中，未连续向周边眼装药，出现了超炸破坏围岩现象。尽管有炮痕，但是炮痕间将掉块清除后出现小范围凹凸情形。在进行喷砼时，浪费混凝土补平凹坑，提升了砼超耗比。

其次，下台阶呈现效果不好的光面爆破情形。在前期重点关注掌子面爆破，较少控制下台阶。在考核程序中，没有纳入下台阶管控，人员操作技术水平偏低。

就以上问题，本工程拟将实施以下措施强化管理并改善整体效果：

首先，进一步快速投入使用聚能管光面爆破，落实连续装药，改善光面爆破平整度。

其次，大力培训下台阶钻爆施做工作人员，强化管理；在考核程序中，纳入下台阶光面爆破效果。

四、结语

综上所述，在高速公路隧道施工领域，通过光面爆破技术，既能提升施工安全性，又能减少超欠挖、隧道支护工作量，还能大量节约混凝土，并缩小成本投入。

然而，光面爆破流程多、事项杂，极易出现疏漏，所以，在光面爆破中，需要积极优化设计爆破参数，完善工艺过程，强化过程控制，严格结果考核，以保障施工安全质量。

参考文献

[1]路国栋.高速公路隧道施工中光面爆破技术的应用[J].交通世界,2021(27):67-68.

[2]宋镜.高速公路隧道光面爆破施工技术应用研究[J].四川建材,2021,47(03):105-106.

[3]霍明远.高速公路隧道光面爆破施工技术应用[J].工程技术研究,2020,5(22):64-65.

[4]文志荣.高速公路隧道光面爆破施工技术及质量控制探讨[J].西部交通科技,2020(03):89-91.