论文部分内容阅读
摘要：光面爆破是新奥法的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，减小松动范围，控制了超欠挖，使得开挖轮廓圆顺，利于喷砼厚度和表面平整度的掌握，为保证喷砼的质量打下了基础。
关键词：光面爆破；施工技术
Abstract：Smooth blasting is the first element of the New Austrian Tunneling Method, implementation of smooth blasting can be reduced disturbance to the surrounding rock, reducing loose range control Overexcavation, making the excavation contour smoother, and conducive to the thickness of the sprayed concrete and the surface roughnessgrasp, and laid the foundation in order to ensure the quality of sprayed concrete.
Key words: smooth blasting; construction technology
中圖分类号：TB41 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
光面爆破是新奥法的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，减小松动范围，控制了超欠挖，使得开挖轮廓圆顺，利于喷砼厚度和表面平整度的掌握，为保证喷砼的质量打下了基础。另外，也使布设排水盲沟和铺设防水板更加方便，质量更容易得到控制。故此，光面爆破不仅是保证隧道施工质量、安全和进度的一个关键技术措施，而且对企业的经营效益也有较大影响。
施工前做单孔爆破成缝试验，确定周边眼的装药量、装药结构、堵塞长度和炮眼间距等。单孔试验时，通过高速药量、装药结构、堵塞长度等，直到爆破后孔口只出现裂缝不产生爆破漏斗为止。此时装药深度即为实际的临界深度（装药重心至孔口距离）。
光面爆破试验根据排孔爆破得出的炮眼间距E，参照光面爆破参数表中的相对距离E/V，定出不同的抵抗线V，进行试验，得出最小抵抗线V值。进而得出的V、q、E/V各值，在洞内进行试爆，再次调整各值，得出最佳参 为切实搞好光面爆破，实现预定目标，我们的对策是确定合理光爆方案，实行程序化、标准化作业，数供实际使用。
本隧道光爆的预定目标是“杜绝欠挖，平均线性超挖控制在10cm以内，光爆炮眼痕迹率V级围岩达到70%，IV级围岩达到85%，III级围岩达到95%”。
加强全过程的质量管理，完善激励监督机制。具体做法如下：
1、合理选择爆破方案
（1）爆破方案的选择：采用塑料导爆管非电起爆，微震光面爆破技术，具体的爆破方案根据各类围岩开挖方法相应制定：
①V级围岩岩层风化破碎程度严重，自稳能力很差，采用三台阶导坑，人工机械辅以微震爆破开挖方案。
②IV级围岩岩层风化破碎程度严重，自稳能力很差，采用预留核心土、环形爆破开挖方案。该方案的优点是：环形开挖周边眼间距小，一次装药量少，对周边围岩震动较小，同时，先开挖出的环形槽，在后续主体部分爆破起到了较好的减震作用。
③III级围岩全断面开挖
利用预留光爆层扩挖，该方案的优点是：下导坑超前，不但探明了地质情况，而且解决了硬岩深孔爆破掏槽难度大，炮眼利用率低的难题；将二次扩挖（预留光爆层）的爆破方式由全断面一次爆破的抛掷式爆破改变为崩解式爆破，装药量可大大减少，显著的减小了爆破震动。以往实践证明：爆破效果极为理想，炮眼利用率接近100%，周边轮廓半眼率普遍提高。
（2）为保证爆破方案、爆破设计的合理、科学性，我们采用的技术措施是：
①爆破试验确定爆破参数
施工前首先要根据地质调查结果，选择有代表性的位置，采用利文斯顿爆破漏斗理论，进行现场爆破试验，提出爆破参数。
②软弱围岩采用减轻地震动爆破技术，减轻地震动影响，减小对围岩的扰动
其施做要点是：
a密打眼，少装药，并根据爆破震动衰减规律公式反算控制最大单响起爆药量；
计算式为：Qmax＝R3（Vkp／K）3/a
式中：Qmax—最大一段爆破药量，kg；
Vkp—安全速度，cm／s；取V=5cm/s；
R—爆破安全距离，m；
K—地形、地质影响系数； a—衰减系数。
K、a值是针对隧道的具体情况，通过多次试爆基础上进行K、a值回归后确定。根据爆破物距爆心的安全距离要求，并由此推出的每段的最大装药量。
b加强爆破震动地震波测试，控制爆破振动速度；
c合理安排段间隔时差：为避免爆破震动波形叠加，降低爆破震动强度，毫秒雷管跳段使用，段间隔时差控制在100ms左右。
d根据以往施工经验，爆破产生大振速部位通常为：掏槽爆破、底板或底角爆破、周边光面（预裂）爆破，为此，采用的手段一是采用楔形复式掏槽技术；二是根据计算单响起爆药量，将底板眼、周边眼等，分段进行起爆。
③采用周边光面爆破技术，减轻爆破对周边的扰动，控制超欠挖。
a周边眼光爆参数的选择：包括周边眼间距E，炮眼密集系数m，最小抵抗线W，不耦合系数D，周边眼装药集中度q。根据设计提供地质资料，结合以往施工经验，本隧道初步设计周边眼光爆参数可按下表选取。
周边眼光爆参数表
注：表中Q系按2号岩石硝铵炸药计算，采用其他炸药时换算系数K应按下式计算：
K=1/2（2号岩石炸药猛度/换算炸药猛度+2号岩石炸药爆力/换算炸药爆力）
b周边眼装药结构：本隧道周边眼爆破均采用不耦合装药结构。其中V级围岩采用双传爆线装药结构，Ⅲ～IV级围岩采用竹片、传爆线、小直径药卷间隔装药结构。
c破碎地段，周边眼采用钻密眼，人为切开一条缝不装药或隔孔装药措施。
④科学选择炮眼布置方式，合理安排起爆顺序
一般周边眼、内圈眼按环形布孔，掘进眼线性布孔。硬岩深孔爆破优选宽孔距、小抵抗布孔方式；预裂爆破时先预裂后掏槽，然后扩槽、掘进眼、二台眼、内圈眼；光面爆破，从掏槽眼开始，由内向外，最后是周边光面爆破。
⑤认真进行装药量计算，科学进行药量分配
先根据周边眼的装药集中度和掏槽眼的装药长度进行周边眼和掏槽眼的药量计算，其它炮眼按式（2-1）计算，按式（2-2）复核，科学进行药量分配。
单眼装药量计算公式q＝K .a .W .L .λ 式（2-1）
总装药量计算公式 Q＝K .L .S式（2-2）
式中 K—单位炸药消耗量， 0.72～1.27kg/m3
a—炮眼间距，m； W—炮眼爆破方向的抵抗线，m；
L—炮眼深度，m； S—开挖断面积，m2；
λ—炮眼部位系数，按下表选取。
软弱围岩炮眼部位系数表
炮眼部位 掏槽炮眼 扩槽炮眼 掘进槽下 掘进槽侧 掘进槽上 内圈炮眼 二台炮眼 底板炮眼
λ 2～3 1.5～2 1～1.2 1 0.8～1 0.8～1
预0.5～0.8光 1.2～1.5 1.5～2
硬岩、中硬岩炮眼部位系数表
炮眼部位 掏槽炮眼 扩槽炮眼 掘进槽下 掘进槽侧 掘进槽上 内圈炮眼 二台炮眼 底板炮眼
λ 10～20 1.2 1 0.95 0.9 0.85 1.05 0.6
⑥采用先进仪器设备，完善检测手段：采用激光准直仪定向，使中线测量准确快捷；采用断面仪测定开挖轮廓及超欠挖情况，并以图表形式快速反馈到施工中去，以便及时调整爆破参数，进一步提高爆破效果。
2、光面爆破施工程序流程及作业标准
为保证光爆施工实行程序化、标准化作业，我们制定了以下光爆作业程序及作业标准。
①放样布眼
钻眼前，用激光準直仪定向，经纬仪、水平仪、钢尺相配合，测量人员用红油漆准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不超过5cm（距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点）。
②定位开眼
采用钻孔台车或风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道轴线要保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。对于掏槽眼和周边边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差控制在5cm以内。
③钻眼
按照不同孔位，将钻工定点定位。钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练的操作凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要由有较丰富经验的老钻工司钻，有专人指挥，确保周边眼有准确的外插角（眼深3m时，外插角<3度；眼深5cm时，外插角2度），使两茬炮交界处台阶不大于15cm。同时，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。
④清孔
装药前，用高压风将炮眼内石屑刮出吹净。
⑤装药
装药需分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”，要定人、定位、定段别，不得乱装药。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。
⑥联结起爆网路
按设计的联接网络实施。起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点的牢固性；导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，网路联好后，要有专人负责检查。
⑦非点炮人员撤离安全区至少200m后才能引爆。爆破后，如有瞎炮，要进行专门处理，并及时检查光爆效果，分析原因，调整爆破设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：光面爆破；施工技术
Abstract：Smooth blasting is the first element of the New Austrian Tunneling Method, implementation of smooth blasting can be reduced disturbance to the surrounding rock, reducing loose range control Overexcavation, making the excavation contour smoother, and conducive to the thickness of the sprayed concrete and the surface roughnessgrasp, and laid the foundation in order to ensure the quality of sprayed concrete.
Key words: smooth blasting; construction technology
中圖分类号：TB41 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
光面爆破是新奥法的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，减小松动范围，控制了超欠挖，使得开挖轮廓圆顺，利于喷砼厚度和表面平整度的掌握，为保证喷砼的质量打下了基础。另外，也使布设排水盲沟和铺设防水板更加方便，质量更容易得到控制。故此，光面爆破不仅是保证隧道施工质量、安全和进度的一个关键技术措施，而且对企业的经营效益也有较大影响。
施工前做单孔爆破成缝试验，确定周边眼的装药量、装药结构、堵塞长度和炮眼间距等。单孔试验时，通过高速药量、装药结构、堵塞长度等，直到爆破后孔口只出现裂缝不产生爆破漏斗为止。此时装药深度即为实际的临界深度（装药重心至孔口距离）。
光面爆破试验根据排孔爆破得出的炮眼间距E，参照光面爆破参数表中的相对距离E/V，定出不同的抵抗线V，进行试验，得出最小抵抗线V值。进而得出的V、q、E/V各值，在洞内进行试爆，再次调整各值，得出最佳参 为切实搞好光面爆破，实现预定目标，我们的对策是确定合理光爆方案，实行程序化、标准化作业，数供实际使用。
本隧道光爆的预定目标是“杜绝欠挖，平均线性超挖控制在10cm以内，光爆炮眼痕迹率V级围岩达到70%，IV级围岩达到85%，III级围岩达到95%”。
加强全过程的质量管理，完善激励监督机制。具体做法如下：
1、合理选择爆破方案
（1）爆破方案的选择：采用塑料导爆管非电起爆，微震光面爆破技术，具体的爆破方案根据各类围岩开挖方法相应制定：
①V级围岩岩层风化破碎程度严重，自稳能力很差，采用三台阶导坑，人工机械辅以微震爆破开挖方案。
②IV级围岩岩层风化破碎程度严重，自稳能力很差，采用预留核心土、环形爆破开挖方案。该方案的优点是：环形开挖周边眼间距小，一次装药量少，对周边围岩震动较小，同时，先开挖出的环形槽，在后续主体部分爆破起到了较好的减震作用。
③III级围岩全断面开挖
利用预留光爆层扩挖，该方案的优点是：下导坑超前，不但探明了地质情况，而且解决了硬岩深孔爆破掏槽难度大，炮眼利用率低的难题；将二次扩挖（预留光爆层）的爆破方式由全断面一次爆破的抛掷式爆破改变为崩解式爆破，装药量可大大减少，显著的减小了爆破震动。以往实践证明：爆破效果极为理想，炮眼利用率接近100%，周边轮廓半眼率普遍提高。
（2）为保证爆破方案、爆破设计的合理、科学性，我们采用的技术措施是：
①爆破试验确定爆破参数
施工前首先要根据地质调查结果，选择有代表性的位置，采用利文斯顿爆破漏斗理论，进行现场爆破试验，提出爆破参数。
②软弱围岩采用减轻地震动爆破技术，减轻地震动影响，减小对围岩的扰动
其施做要点是：
a密打眼，少装药，并根据爆破震动衰减规律公式反算控制最大单响起爆药量；
计算式为：Qmax＝R3（Vkp／K）3/a
式中：Qmax—最大一段爆破药量，kg；
Vkp—安全速度，cm／s；取V=5cm/s；
R—爆破安全距离，m；
K—地形、地质影响系数； a—衰减系数。
K、a值是针对隧道的具体情况，通过多次试爆基础上进行K、a值回归后确定。根据爆破物距爆心的安全距离要求，并由此推出的每段的最大装药量。
b加强爆破震动地震波测试，控制爆破振动速度；
c合理安排段间隔时差：为避免爆破震动波形叠加，降低爆破震动强度，毫秒雷管跳段使用，段间隔时差控制在100ms左右。
d根据以往施工经验，爆破产生大振速部位通常为：掏槽爆破、底板或底角爆破、周边光面（预裂）爆破，为此，采用的手段一是采用楔形复式掏槽技术；二是根据计算单响起爆药量，将底板眼、周边眼等，分段进行起爆。
③采用周边光面爆破技术，减轻爆破对周边的扰动，控制超欠挖。
a周边眼光爆参数的选择：包括周边眼间距E，炮眼密集系数m，最小抵抗线W，不耦合系数D，周边眼装药集中度q。根据设计提供地质资料，结合以往施工经验，本隧道初步设计周边眼光爆参数可按下表选取。
周边眼光爆参数表
注：表中Q系按2号岩石硝铵炸药计算，采用其他炸药时换算系数K应按下式计算：
K=1/2（2号岩石炸药猛度/换算炸药猛度+2号岩石炸药爆力/换算炸药爆力）
b周边眼装药结构：本隧道周边眼爆破均采用不耦合装药结构。其中V级围岩采用双传爆线装药结构，Ⅲ～IV级围岩采用竹片、传爆线、小直径药卷间隔装药结构。
c破碎地段，周边眼采用钻密眼，人为切开一条缝不装药或隔孔装药措施。
④科学选择炮眼布置方式，合理安排起爆顺序
一般周边眼、内圈眼按环形布孔，掘进眼线性布孔。硬岩深孔爆破优选宽孔距、小抵抗布孔方式；预裂爆破时先预裂后掏槽，然后扩槽、掘进眼、二台眼、内圈眼；光面爆破，从掏槽眼开始，由内向外，最后是周边光面爆破。
⑤认真进行装药量计算，科学进行药量分配
先根据周边眼的装药集中度和掏槽眼的装药长度进行周边眼和掏槽眼的药量计算，其它炮眼按式（2-1）计算，按式（2-2）复核，科学进行药量分配。
单眼装药量计算公式q＝K .a .W .L .λ 式（2-1）
总装药量计算公式 Q＝K .L .S式（2-2）
式中 K—单位炸药消耗量， 0.72～1.27kg/m3
a—炮眼间距，m； W—炮眼爆破方向的抵抗线，m；
L—炮眼深度，m； S—开挖断面积，m2；
λ—炮眼部位系数，按下表选取。
软弱围岩炮眼部位系数表
炮眼部位 掏槽炮眼 扩槽炮眼 掘进槽下 掘进槽侧 掘进槽上 内圈炮眼 二台炮眼 底板炮眼
λ 2～3 1.5～2 1～1.2 1 0.8～1 0.8～1
预0.5～0.8光 1.2～1.5 1.5～2
硬岩、中硬岩炮眼部位系数表
炮眼部位 掏槽炮眼 扩槽炮眼 掘进槽下 掘进槽侧 掘进槽上 内圈炮眼 二台炮眼 底板炮眼
λ 10～20 1.2 1 0.95 0.9 0.85 1.05 0.6
⑥采用先进仪器设备，完善检测手段：采用激光准直仪定向，使中线测量准确快捷；采用断面仪测定开挖轮廓及超欠挖情况，并以图表形式快速反馈到施工中去，以便及时调整爆破参数，进一步提高爆破效果。
2、光面爆破施工程序流程及作业标准
为保证光爆施工实行程序化、标准化作业，我们制定了以下光爆作业程序及作业标准。
①放样布眼
钻眼前，用激光準直仪定向，经纬仪、水平仪、钢尺相配合，测量人员用红油漆准确绘出开挖断面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不超过5cm（距开挖面每50米埋设一个中线桩，每100米设一个临时水准点）。
②定位开眼
采用钻孔台车或风动凿岩机钻眼，其轴线与隧道轴线要保持平行。就位后按炮眼布置图正对钻孔。对于掏槽眼和周边边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差控制在5cm以内。
③钻眼
按照不同孔位，将钻工定点定位。钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练的操作凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要由有较丰富经验的老钻工司钻，有专人指挥，确保周边眼有准确的外插角（眼深3m时，外插角<3度；眼深5cm时，外插角2度），使两茬炮交界处台阶不大于15cm。同时，根据眼口位置岩石的凹凸程度调整炮眼深度，保证炮眼底在同一平面上。
④清孔
装药前，用高压风将炮眼内石屑刮出吹净。
⑤装药
装药需分片分组，按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”，要定人、定位、定段别，不得乱装药。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。
⑥联结起爆网路
按设计的联接网络实施。起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆索的连接方向和连接点的牢固性；导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处，网路联好后，要有专人负责检查。
⑦非点炮人员撤离安全区至少200m后才能引爆。爆破后，如有瞎炮，要进行专门处理，并及时检查光爆效果，分析原因，调整爆破设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。