余孟军，张泽辉

(中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁 530031)

0 引言

光面爆破技术利用岩石抗拉强度远远小于抗压强度的特性，通过对爆破方向和作用范围等的控制，将隧道内的光爆层炸除，在隧道设计开挖轮廓线周围形成一个光滑平整的边壁，让隧道断面既符合设计轮廓要求，又不会对周边围岩产生较大的扰动，保持隧道周边围岩的完整和自身承载力，有效控制隧道超欠挖，达到安全、快捷、高效、优质、经济的施工目的。

1 工程概况

1.1 隧道简介

窑上隧道为三车道大断面隧道，隧道区分布地层主要为第四系人工堆积层、残破积层、侏罗系上统珍珠冲组。现场实际施工围岩情况多为Ⅲ级，开挖方法选择上下台阶法，开挖轮廓线净宽为16.97 m，净高为9.67 m。上台阶开挖面积85 m2，下台阶开挖面积51 m2，合计136 m2。

1.2 开挖循环进尺确定

根据《公路工程施工技术规范》(JTG F60-2009)要求Ⅲ级围岩每循环开挖进尺不得超过2.5 m，现场施工每榀拱架间距为1.2 m，故现场决定每循环进尺采用2.4 m。炮眼利用率0.85，故每循环炮孔实际钻孔深度为L=2.4÷0.85=2.8 m。

2 光面爆破设计与应用

2.1 光爆炮眼数量计算

光爆炮眼的数量主要与隧道开挖断面大小、炮眼的尺寸、岩石的完整性和坚硬强度、炸药的性能有关。炮眼数量应能装入设计药量，通常可根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算炮眼数量。计算公式为：

N=qS/ar

式中：N——炮眼数量，不包括未装药的空眼数；

q——单位炸药消耗量，上台阶取0.9 kg/m3，下台阶取0.8 kg/m3(根据实际调整)；

S——开挖断面积(m2)，取S上台阶=85 m2，下台阶=51 m2，合计136 m2；

a——装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值上台阶取0.55，下台阶取0.45(根据实际调整)；

r——每1 m药卷的炸药质量(kg/m)2#岩石铵梯炸药的每米质量，药劵直径32 mm，r取0.78(kg/m)(根据实际调整)。

上半断面炮眼数量：N(上台阶)=qS/ar=0.9×85/0.55×0.78=178(个)，

下半断面炮眼数量：N(下台阶)=qS/ar=0.8×51/0.45×0.78=116(个)。

2.2 炮眼布置(见图1、图2)

2.2.1 炮眼间距

(1)周边眼：周边炮孔是控制隧道开挖轮廓的关键炮孔，根据岩质和围岩类别，周边炮孔孔距E取(10～15)d(d为炮孔直径为42 mm)，故炮孔间距取50 cm。抵抗线W是周边眼至二圈眼的距离，根据光面爆破技术规范W=E/(0.7～1)，根据施工现场经验当E/W=0.8时光爆效果较好，故设计时取W=1.25E。实际隧道为反坡施工，隧道纵坡为2.4%，故周边眼打孔时不考虑外插角，采用水平打孔(如为顺坡施工考虑3%～5%的外插斜率)位置为开挖轮廓线往内收缩5 cm的位置。

(2)二圈眼：二圈眼的间距E比周边眼大些，一般为E′=(1.4～1.5)E，二圈眼抵抗线W′可按W′=(0.7～0.9)E′取值，周边眼与二圈眼均按弧形布孔，二圈眼的角度应保持跟周边眼一致。

(3)扩大眼：扩大眼炮孔一般采用均匀布置的方式，施工中运用线形布置和环形布置两种方式相结合。扩大眼比二圈眼间距要大些，抵抗线为同排(或同一环形)炮孔间距的0.8～1倍。

(4)辅助眼：辅助眼是紧挨着掏槽眼的位置，它既是掏槽眼的辅助眼，又对掏槽槽口起扩大作用。辅助眼间距比周边眼大些又比扩大眼小，设置方法同二圈眼类似。

(5)掏槽眼：掏槽眼应比其他眼深10～20 cm。现场掏槽眼采用二级楔形掏槽，最外层掏槽炮眼与开挖面间的夹角a=75°，内层为66°，间距与抵抗距均采用70 cm布置，同一平面上两炮眼眼底的距离b=30 cm。

图1 复式掏槽眼立面图(单位：mm)

(6)底板眼：底板炮孔由于存在隧道爆破积渣需要较大的爆破力，为保证爆破效果应当对底板炮孔适当加密，炮孔间距或抵抗线距离为扩大眼间距的0.8倍左右，设计参考间距为0.50～0.70 m。

(7)综合上述各类炮眼之间关系，隧道上、下台阶法开挖，光面爆破炮眼布置如图2所示：

图2 复式掏槽眼平面布置图(单位：cm)

2.2.2 炮眼深度

每循环进尺2.4 m，炮眼利用率0.85，故每循环炮孔实际钻孔深度为L=2.4÷0.85=2.8 m。周边眼深度L周边=2.8 m，二圈眼深度L二圈=2.8 m，扩大眼深度L扩大=2.8 m，辅助眼深度L辅助=2.8 m，掏槽眼深度L掏1=3.07 m，L掏2=2.9 m，底眼深度L底=2.8 m。

2.3 装药量计算与分配

炮眼装药量的多少是影响爆破效果的重要因素。经过现场多个循环的光面爆破总结窑上隧道采用的是光爆体积计算法。先根据一个循环光面爆破开挖岩石体积计算出一个循环的总药量，然后按各种类型炮眼的爆破特征性对每个孔的装药量进行分配，根据初步分配结果结合施工现场的围岩变化不断地对每个炮孔的装药量加以检验和修正，直到取得良好的爆破效果。

2.3.1 总药量计算

按体积法计算总药量的公式为：Q=q·V

式中：Q——一个爆破循环的总用药量(kg/m3)；

q——每立方米岩石爆破所需炸药量(kg/m3)，上台阶取0.9 kg/m3，下台阶取0.8 kg/m3(根据实际调整)；

V——一个循环进尺所爆落的岩石总体积(m3)，炮眼有效长度2.4 m，上台阶断面开挖面积85 m2，下台阶断面开挖面积51 m2。

每一循环总药量：Q(上台阶)=q·V=0.9×2.4×85=184(kg)；

Q(下台阶)=q·V=0.8×2.4×51=98(kg)。

2.3.2 装药量分配

总的炸药量根据现场情况分配到每个炮孔中，采用装药的系数a进行分配。

上台阶：

掏槽眼L掏1、L掏2，取0.6；

周边眼L周边、二圈眼L二圈，取0.45；

辅助眼L辅助、扩大眼L扩大、底眼L底，取0.5；

下台阶：

周边眼L周边、扩大眼L扩大、底眼L底，取0.4；

现场施工每卷炸药质量m为0.15 kg，各个炮眼的装药量(折合卷数n)分配如下：

上台阶：n=V/m=184 kg÷0.15 kg=1 227(卷)；

下台阶：n=V/m=98 kg÷0.15 kg=654(卷)；

单孔装药量v=r×L

r——每1 m药卷的炸药质量(kg/m)2#岩石铵梯炸药的每米质量，药卷直径32 mm，r取0.78(kg/m)，L为孔深。

实际每个炮孔装药量如下：

上台阶：

掏槽眼L掏1装药量=0.78×3.07×0.6=1.44 kg，按每卷0.15 kg折合为9.58卷，取10卷；L掏1共4个炮眼：4×10=40卷；

掏槽眼L掏2装药量=0.78×2.9×0.6=1.36 kg，按每卷0.15 kg折合为9.05卷，取9卷；L掏2共4个炮眼：4×9=36卷；

辅助眼L辅3装药量=0.78×2.8×0.5=1.09 kg，按每卷0.15 kg折合为7.28卷，取8卷；L辅3共5个炮眼：5×7=35卷；

扩大眼L扩4装药量=0.78×2.8×0.5=1.09 kg，按每卷0.15 kg折合为7.28卷，取7卷；L扩4共78个炮眼：78×7=546卷；

二圈眼L二圈5装药量=0.78×2.8×0.45=0.98 kg，按每卷0.15 kg折合为6.55卷，取6卷；L二圈5共31个炮眼：31×6=186卷；

周边眼L周6装药量=0.78×2.8×0.45=0.98 kg，按每卷0.15 kg折合为6.55卷，取6卷；L周6共48个炮眼：48×6=288卷；

底眼L底7装药量=0.78×2.8×0.5=1.09 kg，按每卷0.15 kg折合为7.28卷，取8卷；L底7共12个炮眼：12×8=96卷；

上台阶分配合计卷数=40+36+35+546+188+288+96=1 229卷(与计算1 227卷相符)。

下台阶：

扩大眼L上、中、下装药量=0.78×2.8×0.4=0.98 kg，按每卷0.15 kg折合为6.55卷，取6卷；L上、中、下共63个炮眼：63×6=378卷；

底眼L底7装药量=0.78×2.8×0.4=0.98 kg，按每卷0.15 kg折合为6.55卷，取6卷；L底7共33个炮眼：33×6=198卷；

周边眼L周6装药量=0.78×2.8×0.4=0.98 kg，按每卷0.15 kg折合为6.55卷，取6卷；L周6共14个炮眼：14×6=84卷；

下台阶分配合计卷数=378+165+84=660卷(与计算654卷相符)。

2.3.3 计算汇总

采用上下台阶法开挖，隧道光面爆破装药参数及综合计算汇总如表1所示：

表1 隧道光面爆破装药参数及综合计算汇总表(上、下台阶法，每循环2.4 m)

2.4 起爆顺序

通过对窑上隧道前期的施工经验总结并结合现场实际情况和理论参考，大断面台阶法光面爆破最合理起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼→扩大眼→二圈眼→周边眼→底板眼，试验表明，各层炮之间的起爆时差越小爆破效果越好。常采用的时差为40～200 ms，称为微差爆破。周边眼宜一次起爆，若分次起爆周边眼轮廓不大平整。

3 结语

在“强、好、优”战略新格局发展的今天，传统的爆破施工已不能满足高速公路隧道施工的需要，光面爆破作为一种新工艺得到了广泛的应用。它不但能降低对岩石的扰动，还能有效地控制超欠挖，在节约施工成本、加快工程进度等方面有着独特的优势，在高速公路隧道施工中有很好的推广价值。