论文部分内容阅读
【摘 要】随着我国国民经济的不断迅速发展，我国的交通建设蒸蒸日上。因此，对于隧道工程的质量提出了更高的要求。质量的高低在一定程度上取决于隧道施工技术的高低。本文对光面爆破技术在暗挖隧道施工中的应用进行了详细分析。
【关键词】光面爆破技术；隧道施工；应用
一、前言
众所周知，隧道工程的造价高，开挖尤其是暗挖情况中过程较危险，所以要选择合适的设计理论及合理的施工方法，才能更快更好地贯通一些地质复杂的隧道。完善的隧道施工技术可以缩短工期、提高施工效率，也能间接节约成本。
二、工程概况
在某工程中，隧道采用左、右两单线并行方案，即Ⅰ，Ⅱ线隧道方案。Ⅱ线隧道初期按平行导坑设计，其平导进口里程YDK70+182，出口里程YDK81+777，全长11595m。待Ⅰ线隧道贯通后，再将平导扩挖形成Ⅱ线隧道。该隧道采用光面爆破技术进行开挖。本文主要介绍Ⅱ线初期平导进口至隧道中心段（该段以下简称。右线平导。）的光面爆破试验研究结果。
右线平导按，新奥法。原理设计和施工，开挖宽度和高度分别为4.2m和4.8m。隧道地质岩性较为单一，广泛分布志留系下统龙马溪组（S11）粉砂质页岩，黄绿、灰绿色。岩层产状为5°<38°。岩体节理发育，线路近平行于岩层走向，隧道左边拱部存在顺层软弱面，易形成滑坍。除隧道进口47m为Ⅴ级围岩外，其余全是Ⅳ级围岩。隧道YDK72+540～YDK75+800段隧道埋深300m≤H<400m，为高地应力软岩地段。深孔处围岩地应力测试孔最大测试应力为16MPa，计算隧道横截面内的最大初始應力σmax约14.75MPa。对应岩体（页岩、砂质页岩、粉砂岩）的单轴抗压强度Rc为3.9～9.1MPa，Rc/σmax=0.26～0.6<4，可能产生较大位移变形。
三、光面爆破基本原理
光面爆破法，又称周边爆破法，这种方法在隧道工程中被广泛应用以控制超挖。采用此法爆破，可使开挖面平整光滑，轮廓符合设计要求，围岩稳定完整。光面爆破的基本过程是：沿隧道断面周边布置加密炮孔，在这些炮孔中少装药或部分孔不装药，同时起爆，在炸药爆炸瞬间形成的冲击波的动压作用下，炮孔壁产生初始裂纹。由于药卷直径与炮孔直径相差很大，炸药爆炸产生的冲击波压力经间隙空气的缓冲后大幅下降，已无法在炮孔周围形成粉碎区，而只在炮孔的连心线方向产生少量裂隙，再经爆生气体的气楔作用，炮孔间的裂隙贯通，从而形成平整的光爆面。实现光面爆破的方法主要有：合理确定光面炮眼密集系数，适当加密光面炮眼；采用不耦合装药结构；使用的炸药要具有密度低、爆速低、爆生气体产量大的性质，同时要减少装药量；光面炮眼同时起爆等。
预裂爆破法其原理是在开挖断面的其它炮眼钻凿以前，或起爆之前，周边炮眼先行起爆，沿设计开挖断面周边预先形成二条裂缝，或称预裂面，使围岩在主体爆破时受到的破坏和震动大为减少，得到光面平整的岩壁。它的周边眼也要象光面爆破一样，适当缩小间距，控制装药，并尽可能同时起爆。预裂爆破和光面爆破的主要不同之处铆的咫塑些彭丝多爆赐迪型业爆。光面爆破和预裂爆破技术的产生，首先是出于降低施工费用的经济上的考虑。但后来在这一技术的实践发展中，显示出它对改善隧道围岩稳定状况，改善支护结构物的受力状况，确保施工安全和延长使用年限等方面更有重大的意义。瑞士的沙伊德格（Scheideggor）在介绍瑞士的经验时说：一般爆破法造成额外超挖，其对设计断面的百分比常为：小型坑道50%；大断面开挖也占到15%。每米隧道的爆破费用为108法郎，如减少20厘米超挖，则每米隧道可总计节约费用500法郎，几乎是爆破成本的四倍。
四、炮孔布置、装药与起爆方式
设计采用毫秒延时爆破，掏槽孔和周边孔的合理布置是取得理想光面爆破的重要条件，特别是小断面掏槽孔的布置显得尤为重要。掏槽孔采用直孔掏槽，分（排小间距布置，耦合连续装药，采用Ⅰ段同时起爆。因间距较小，钻孔时要确保钻孔质量。具体施爆过程中，掏槽孔可适当调整到软弱夹层或泥质岩层区域，对改善掏槽效果非常有利，进而改善爆破效果。辅助孔分2层布置，内层10个，外层16个炮孔，不耦合连续装药，分两段Ⅱ、Ⅲ段起爆。周边孔采用间隔装药，分两段起爆，孔内导爆索起爆。炮孔布置与掏槽方式，不同部位炮孔的填塞长度不同，但保证填塞长度，以上，以使炮孔中的炸药在约束条件下充分爆炸，进而提高炸药利用率。设计采用炮泥填塞，为确保爆破效果，填塞不得留有空隙。针对较差岩性围岩，当掏槽孔调整布置到软弱夹层或泥质岩层区域时，掏槽效果非常好，无论是光爆效果还是开挖进尺均大为提高。总体上基本保证了良好的成洞质量，取得了较为理想的光面爆破效果。
目前国内外隧道工程中所遇到的挤压大变形不良地质问题较多，虽不乏从各个角度对挤压大变形机理及处理对策的研究，但尚未形成理论体系。一旦坍方，可能形成连锁变形，会使坍塌面积不断扩大。通过进行严格的光面爆破来适应高地应力区围岩变形，对于降低围岩应力的释放（变形）的不均匀性，改善喷锚支护的受力效果，具有重要意义。
爆破开挖的关键之一是掏槽技术。掏槽成功与否直接影响爆破效果，掏槽的深度直接影响隧道掘进的循环。由于电缆廊道111级围岩所占比重较大，开挖断面面积约11扩，111级围岩上台阶的掘进循环进尺应根据围岩岩性、稳固程度及隧道初期支护的参数随时进行调整，以确保施工安全。炮眼布置原则上先布置掏槽眼、周边眼，然后是辅助眼，最后布置掘进眼，掘进眼应均匀布置。在该廊道施工过程中，依据地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材、振速要求等因素综合考虑的基础上，预选爆破参数并通过多次试爆，再不断调整和优化爆破参数，确定出适合该工程合理的炮眼布置方式。
五、光面爆破实施效果及分析
在小断面隧道开挖施工中，光爆技术对围岩失稳作用不是很明显的影响是可控的，对减少断面超欠挖作用较为显著。特别是在有衬砌的小断面隧道施工中，采用光爆技术控制超挖及相应减少混凝土回填，对工程进度、质量、成本控制的作用尤为重要。要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点
1.根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。
2.严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。
3.周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。
4.采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。
5.根据工作面的大小及施钻设备的配置情况，选择合理的掏槽眼形式。通过上述在崩坡体特殊小断面排水隧洞光面爆破技术的工程实践，可得出如下建议：
（1）可在有滑坡隐患的较差岩性边坡暗挖排水隧洞进行截排水处治，对于设置在滑坡区的崩坡体围岩特殊小断面排水隧洞也可以采用光面控制爆破，可提高掘进速度，确保边坡排水处治目标的实现。
（2）小断面特殊围岩隧洞光面控制爆破开挖，合理的钻爆参数的选取与确定是良好的成洞质量，开挖进度和支护条件的根本保证，即使在崩坡积块碎石土围岩条件下也能实现较理想的光面爆破效果。
光面爆破是矿山井巷和隧道建设常用的掘进开挖技术手段之一，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。井巷和隧道应用光面爆破技术开挖与传统的方法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全，同时，又能减少超欠挖，提高工程质量和效率，节约成本。
六、结束语
针对光面爆破技术需要进行认真研究、区别对待，结合实际，采用合理的方法进行处理，保证隧道和构件安全、稳定地工作。
参考文献：
[1]喻春华.浅析桥梁混凝土耐久性的提高措施[J].科技致富向导.2010（02）：50-54.
[2]宋夫才.浅谈桥梁混凝土耐久性若干问题的探讨[J].混凝土.2011（05）：145-146.
[3]高洁.地铁小断面隧道开挖爆破施工技术[J].价值工程.2013（09）：80-84.
【关键词】光面爆破技术；隧道施工；应用
一、前言
众所周知，隧道工程的造价高，开挖尤其是暗挖情况中过程较危险，所以要选择合适的设计理论及合理的施工方法，才能更快更好地贯通一些地质复杂的隧道。完善的隧道施工技术可以缩短工期、提高施工效率，也能间接节约成本。
二、工程概况
在某工程中，隧道采用左、右两单线并行方案，即Ⅰ，Ⅱ线隧道方案。Ⅱ线隧道初期按平行导坑设计，其平导进口里程YDK70+182，出口里程YDK81+777，全长11595m。待Ⅰ线隧道贯通后，再将平导扩挖形成Ⅱ线隧道。该隧道采用光面爆破技术进行开挖。本文主要介绍Ⅱ线初期平导进口至隧道中心段（该段以下简称。右线平导。）的光面爆破试验研究结果。
右线平导按，新奥法。原理设计和施工，开挖宽度和高度分别为4.2m和4.8m。隧道地质岩性较为单一，广泛分布志留系下统龙马溪组（S11）粉砂质页岩，黄绿、灰绿色。岩层产状为5°<38°。岩体节理发育，线路近平行于岩层走向，隧道左边拱部存在顺层软弱面，易形成滑坍。除隧道进口47m为Ⅴ级围岩外，其余全是Ⅳ级围岩。隧道YDK72+540～YDK75+800段隧道埋深300m≤H<400m，为高地应力软岩地段。深孔处围岩地应力测试孔最大测试应力为16MPa，计算隧道横截面内的最大初始應力σmax约14.75MPa。对应岩体（页岩、砂质页岩、粉砂岩）的单轴抗压强度Rc为3.9～9.1MPa，Rc/σmax=0.26～0.6<4，可能产生较大位移变形。
三、光面爆破基本原理
光面爆破法，又称周边爆破法，这种方法在隧道工程中被广泛应用以控制超挖。采用此法爆破，可使开挖面平整光滑，轮廓符合设计要求，围岩稳定完整。光面爆破的基本过程是：沿隧道断面周边布置加密炮孔，在这些炮孔中少装药或部分孔不装药，同时起爆，在炸药爆炸瞬间形成的冲击波的动压作用下，炮孔壁产生初始裂纹。由于药卷直径与炮孔直径相差很大，炸药爆炸产生的冲击波压力经间隙空气的缓冲后大幅下降，已无法在炮孔周围形成粉碎区，而只在炮孔的连心线方向产生少量裂隙，再经爆生气体的气楔作用，炮孔间的裂隙贯通，从而形成平整的光爆面。实现光面爆破的方法主要有：合理确定光面炮眼密集系数，适当加密光面炮眼；采用不耦合装药结构；使用的炸药要具有密度低、爆速低、爆生气体产量大的性质，同时要减少装药量；光面炮眼同时起爆等。
预裂爆破法其原理是在开挖断面的其它炮眼钻凿以前，或起爆之前，周边炮眼先行起爆，沿设计开挖断面周边预先形成二条裂缝，或称预裂面，使围岩在主体爆破时受到的破坏和震动大为减少，得到光面平整的岩壁。它的周边眼也要象光面爆破一样，适当缩小间距，控制装药，并尽可能同时起爆。预裂爆破和光面爆破的主要不同之处铆的咫塑些彭丝多爆赐迪型业爆。光面爆破和预裂爆破技术的产生，首先是出于降低施工费用的经济上的考虑。但后来在这一技术的实践发展中，显示出它对改善隧道围岩稳定状况，改善支护结构物的受力状况，确保施工安全和延长使用年限等方面更有重大的意义。瑞士的沙伊德格（Scheideggor）在介绍瑞士的经验时说：一般爆破法造成额外超挖，其对设计断面的百分比常为：小型坑道50%；大断面开挖也占到15%。每米隧道的爆破费用为108法郎，如减少20厘米超挖，则每米隧道可总计节约费用500法郎，几乎是爆破成本的四倍。
四、炮孔布置、装药与起爆方式
设计采用毫秒延时爆破，掏槽孔和周边孔的合理布置是取得理想光面爆破的重要条件，特别是小断面掏槽孔的布置显得尤为重要。掏槽孔采用直孔掏槽，分（排小间距布置，耦合连续装药，采用Ⅰ段同时起爆。因间距较小，钻孔时要确保钻孔质量。具体施爆过程中，掏槽孔可适当调整到软弱夹层或泥质岩层区域，对改善掏槽效果非常有利，进而改善爆破效果。辅助孔分2层布置，内层10个，外层16个炮孔，不耦合连续装药，分两段Ⅱ、Ⅲ段起爆。周边孔采用间隔装药，分两段起爆，孔内导爆索起爆。炮孔布置与掏槽方式，不同部位炮孔的填塞长度不同，但保证填塞长度，以上，以使炮孔中的炸药在约束条件下充分爆炸，进而提高炸药利用率。设计采用炮泥填塞，为确保爆破效果，填塞不得留有空隙。针对较差岩性围岩，当掏槽孔调整布置到软弱夹层或泥质岩层区域时，掏槽效果非常好，无论是光爆效果还是开挖进尺均大为提高。总体上基本保证了良好的成洞质量，取得了较为理想的光面爆破效果。
目前国内外隧道工程中所遇到的挤压大变形不良地质问题较多，虽不乏从各个角度对挤压大变形机理及处理对策的研究，但尚未形成理论体系。一旦坍方，可能形成连锁变形，会使坍塌面积不断扩大。通过进行严格的光面爆破来适应高地应力区围岩变形，对于降低围岩应力的释放（变形）的不均匀性，改善喷锚支护的受力效果，具有重要意义。
爆破开挖的关键之一是掏槽技术。掏槽成功与否直接影响爆破效果，掏槽的深度直接影响隧道掘进的循环。由于电缆廊道111级围岩所占比重较大，开挖断面面积约11扩，111级围岩上台阶的掘进循环进尺应根据围岩岩性、稳固程度及隧道初期支护的参数随时进行调整，以确保施工安全。炮眼布置原则上先布置掏槽眼、周边眼，然后是辅助眼，最后布置掘进眼，掘进眼应均匀布置。在该廊道施工过程中，依据地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材、振速要求等因素综合考虑的基础上，预选爆破参数并通过多次试爆，再不断调整和优化爆破参数，确定出适合该工程合理的炮眼布置方式。
五、光面爆破实施效果及分析
在小断面隧道开挖施工中，光爆技术对围岩失稳作用不是很明显的影响是可控的，对减少断面超欠挖作用较为显著。特别是在有衬砌的小断面隧道施工中，采用光爆技术控制超挖及相应减少混凝土回填，对工程进度、质量、成本控制的作用尤为重要。要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点
1.根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。
2.严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。
3.周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装结构要求，可借助导爆索（传爆线）来实现空气间隔装药。
4.采用毫秒微差有序起爆。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。
5.根据工作面的大小及施钻设备的配置情况，选择合理的掏槽眼形式。通过上述在崩坡体特殊小断面排水隧洞光面爆破技术的工程实践，可得出如下建议：
（1）可在有滑坡隐患的较差岩性边坡暗挖排水隧洞进行截排水处治，对于设置在滑坡区的崩坡体围岩特殊小断面排水隧洞也可以采用光面控制爆破，可提高掘进速度，确保边坡排水处治目标的实现。
（2）小断面特殊围岩隧洞光面控制爆破开挖，合理的钻爆参数的选取与确定是良好的成洞质量，开挖进度和支护条件的根本保证，即使在崩坡积块碎石土围岩条件下也能实现较理想的光面爆破效果。
光面爆破是矿山井巷和隧道建设常用的掘进开挖技术手段之一，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。井巷和隧道应用光面爆破技术开挖与传统的方法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，确保施工安全，同时，又能减少超欠挖，提高工程质量和效率，节约成本。
六、结束语
针对光面爆破技术需要进行认真研究、区别对待，结合实际，采用合理的方法进行处理，保证隧道和构件安全、稳定地工作。
参考文献：
[1]喻春华.浅析桥梁混凝土耐久性的提高措施[J].科技致富向导.2010（02）：50-54.
[2]宋夫才.浅谈桥梁混凝土耐久性若干问题的探讨[J].混凝土.2011（05）：145-146.
[3]高洁.地铁小断面隧道开挖爆破施工技术[J].价值工程.2013（09）：80-84.