李付胜 姜德义

(1．重庆钢铁集团矿业有限公司，重庆 400051; 2．重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400044)

1 概述

光面爆破是地下工程、硐室开挖常用的一种爆破技术，它是按照巷道断面的设计轮廓线合理布置周边眼而进行的一种人为控制爆破，在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，使隧道围岩不产生或产生很少的爆震裂缝，从而保持围岩的完整和自身承载能力，以便达到快捷、高效、优质的施工目的。但在实际施工过程中仍然存在这样和那样的问题，影响了成洞的质量和围岩的稳定。为此，结合工程实践经验和有关文献资料给出光面爆破参数设计的计算公式和一些参考值，供施工单位参考。

某隧道全长1 427 m，双向六车道，隧道单洞净跨12．25 m，洞高7 m，两洞相距43．75 m。隧道设计根据新奥法理论，施工采用钻爆法，光面爆破上下台阶分步开挖。本隧道围岩可分为Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ类三大类，其中以Ⅲ类围岩为主，采用上下台阶开挖和光面爆破，非电毫秒雷管起爆，使巷道成形规整，断面达到设计要求，减少超挖或欠挖，提高工程速度和质量。

2 爆破参数的选择［1-3］

2．1 掏槽眼布置方式

掏槽效果的好坏直接影响掘进效果和炮孔利用率，掏槽眼的深度决定了巷道的掘进进度。在隧道掘进中掏槽方法大致可分为:斜眼掏槽法、直眼掏槽法、混合掏槽法3种方法。本隧道钻爆施工中采用斜眼掏槽。

掏槽炮眼布置图如图1所示。

图1 掏槽眼布置图（单位：cm）

2．2 装药结构

装药结构形式是控制爆破中最重要最复杂的问题之一。周边眼起爆时，爆炸冲击波不但破坏巷道内侧的岩石，而且对巷道外侧的岩壁也有较大的破坏作用。为使炸药爆炸后，爆生气体能均匀地作用在炮眼全长上，也需改变周边眼的装药结构。本隧道的周边眼采用空气间隔装药结构，如图2所示。

2．3 炮眼直径Db

炮孔直径的确定关系到施工的效率和成本，一般情况下，主要依据爆破现场实际情况和钻孔机具来确定。对于巷道开挖现场常用的炮眼直径为35 mm～45 mm。

图2 周边眼装药结构示意图

2．4 最小抵抗线W

对于光面爆破，最小抵抗线也即光面厚度。最小抵抗线W除了与爆破系数、炮孔深度、单孔药量和孔距有关外，还应根据岩石性质及地质条件适时调整。经验表明，岩石坚韧、可爆性差时，W可取值小些;岩石松软、易破碎时，W可取大些。

2．5 炮孔装药量

炮孔装药量计算的原则，取决于要求爆破的岩石的体积、岩石硬度、可爆性及爆破类型等。为减少对围岩的破坏作用，尽可能的减少周边眼的炸药密度，减少爆破冲击波对周围岩体的影响。因此，在岩石炸落的前提下，多打炮眼少炸药，药量愈少愈好。

2．6 不耦合系数D

炮眼直径与药包直径的比值是不耦合系数，它反映炸药与孔壁的接触情况。一般情况下，光面爆破采用的不耦合系数为1．5～2．5。

3 工程应用

3．1 工程现状

根据隧道光面爆破质量的检验标准，对左洞里程K0+207．56～K0+242．41，共34．85 m爆破后的检查结果进行了调查统计，共检验275个点，合格157点，不合格118点，合格率57．1%。统计结果如表1所示。

表1 爆破质量不合格点统计表

从表1看出，残眼率和超挖量是影响光面爆破质量效果的主要因素。

3．2 原因分析

依据统计、排列分析所得的主要问题，运用全面质量管理理论和方法，对产生问题的原因进行讨论分析，将有可能影响隧道光面爆破质量的超挖大和残眼率低的原因进行深入细致的分析，见关联图图3。

图3 影响隧道光面爆破质量关联图

3．3 对策实施

3．3．1 出渣完毕后，对掌子面围岩状况做仔细的分析了解

地质条件对光面爆破效果的影响极大，在隧道开挖前，对隧道进行超前地质预报，及早的了解前方围岩状况，积极采取有效的措施。

1)在裂隙发育、围岩整体性差的情况下，采用小导管周边眼预注浆，导管长4．0 m，间距50 cm，同时减小周边眼的线装药密度，由0．17 kg/m减少到0．125 kg/m，周边眼的间距由50 cm减少到40 cm。

2)根据岩体的不同地质条件，合理利用结构面。将炮孔沿结构面布置，这样只需少量的炸药，就可以达到理想的爆破效果。

3．3．2 根据具体情况及时调整爆破参数

根据上述措施判断出的岩性状况，再次确定不同岩体的爆破光面爆破层厚度和周边眼间距，由于周边眼抵抗线过小，造成光面爆破层厚度太薄，内圈眼爆破时对周边围岩震动过大，破坏了围岩的完整性，排危后造成超挖，因此，必须调整光面爆破层厚度，确保周边眼间距与其抵抗线之比在0．8左右，周边眼间距取较小值，即45 cm。

3．3．3 用特制竹片和药卷空气间隔装药

1)周边眼爆破与主体爆破相比，采用爆速低一些、密度小一些、爆力大一些的炸药，效果更好，采用φ25 mm小药卷炸药，长20 cm，0．125 kg/条的炸药。

2)周边眼装药必须采用竹片间隔空气装药，底眼装一条，其余部分半条均匀分布绑扎，拱脚以上2 m的周边眼眼底加强装药，即底部多装一条，以减少拱脚岩石的夹持作用。

3)每个周边眼均采用单雷管起爆，装好后用机制炮泥将眼孔堵塞好，不能用纸壳等包装物填塞。

3．3．4 保证开眼误差的准确性，确保画弧的圆顺

1)测量采用激光免棱镜全站仪，标示出拱顶及以下0．5 m，1 m，2 m，3 m，4 m，5 m两侧开挖线上共13个点，再用红油漆把点光滑圆顺的连接起来形成开挖线，开挖线已包括预留变形量，炮工可以直接在红油漆上挂眼开钻，不需要再人为放大开挖线。

2)由于炮工不好掌握周边眼的外插角，购置一台激光指向仪，挂在掌子面后30 m的拱顶，调整激光的方向，使其与隧道轴线方向一致，操作手可以根据激光的方向来控制周边眼的外插角角度。

3．4 经济效益分析

3．4．1 技术及安全效益

在措施实施后，对光面爆破的关键工艺得到了很好的把握，有效的控制了超挖，减少了喷射混凝土量，缩短了工期，节约了项目成本，同时，由爆破引起的拱顶掉块也较少，确保了作业人员的施工安全。

3．4．2 经济效益

改进后超挖得到了很好的控制，爆破轮廓清晰圆顺，平均线性超挖由20 cm减小到6 cm，缩小14 cm，每轮炮(平均进尺3 m)减少超挖0．14 m×22 m×3 m=9．24 m3，即每米可以减少超挖3．08 m3，同时出渣和同级 C30喷射混凝土回填量也相应减少3．08 m3/m。K0+356．59 ～ K0+396．73 段仅 40．14 m，就节约成本:117元/m3(开挖)+ 750元/m3(C30喷射混凝土)×3．08 m3/m ×40．14 m=10．718 万元。

4 结语

为了达到理想的爆破效果，必须根据不同工程地质条件，认真分析，选择不同的爆破参数和施工工艺。在城市隧道快速掘进过程中，光面爆破技术得到了很好的提高，不同岩性的光面爆破参数得到了很好的控制，施工工艺和施工方法也得到了进一步的提高。围岩拱部炮眼保存率达到98%，边墙光面爆破炮眼保存率达到90%，平均线性超挖小于8 cm，不仅有效地发挥了围岩的自稳能力，提高了开挖质量，而且还提高了经济效益。

［1] 齐景岳，刘正雄，张儒林．隧道爆破现代技术［M］．北京:中国铁道出版社，1999．

［2] 姜德义，李付胜，滕宏伟，等．城市大跨度公路隧道光面爆破设计与优化［J］．重庆大学学报(自然科学版)，2008(11):95-97．

［3] 张志呈．爆破原理与设计［M］．重庆:重庆大学出版社，1992．

［4] 陈晓波．光面爆破参数选择与质量控制措施［J］．爆破，2006，23(1):39-41．