隧道掘進光面爆破技術

如何搞好隧道掘進光面爆破1前言：

隨著高鐵建設的全面推進，高鐵建設已由東部沿海轉向中西部山區(qū)，高鐵工程由以橋梁為主，轉變?yōu)橐运淼罏橹?。而隧道工程已進入微利時代，在管理上稍有大意就會出現(xiàn)虧損。

近期，本人有幸參與了十幾座高鐵和公路隧道的建設，發(fā)現(xiàn)目前隧道施工存在最嚴重的問題是爆破開挖不采取光面爆破技術，造成超欠挖嚴重，進而造成安全質量隱患頻出和經濟浪費。為此，本人覺得有必要和大家一起從管理和技術方面再探討一下“光面爆破”這一隧道施工的老話題，希望能引起項目管理人員的高度重視，為全面推廣隧道掘進光面爆破技術而出一份力。21、什么是隧道掘進光面爆破----42、搞好隧道光面爆破的意義----53、搞好光面爆破管理措施------104、隧道掘進光面爆破設計------145、爆破優(yōu)化及調整------------256、取得效果------------------267、認識與體會----------------293

光面爆破

就是沿隧道開挖輪廓線布一圈較密的炮孔，采用間隔和不耦合形式裝藥，使爆破后隧道輪廓不受破壞或少受破壞，超欠挖量?。ㄉ俪偾罚废嗟郑?，輪廓面比較完整平順，圍巖較好時在輪廓面上留有相當數(shù)量的炮痕，炮痕率30~100%。強調輪廓面是全隧全環(huán)，不只是上導坑。

1、什么是隧道掘進光面爆破4

2、搞好隧道掘進光面爆破的意義

2.1安全的需要

搞好光面爆破后，隧道輪廓面比較平順光滑，能更好地發(fā)揮圍巖的自承能力作用，使隧道周邊圍巖不受破壞或少受破壞，不易出現(xiàn)掉塊或坍塌、高地應力區(qū)也對巖爆有很好的控制作用。52.2質量的需要：首先光爆效果好，開挖質量就好；二是超挖量小，立架工作順利；三是噴砼工作量小，不易產生空洞；四是易噴平，為后序防水板鋪設等工序保證質量奠定了基礎；五是圍巖穩(wěn)定，初期支護變形易收斂，不易產生拱頂下沉或拱腰收斂太大超過預留量而造成襯砌厚度不夠的質量問題。62.3進度的需要：一是輪廓穩(wěn)定平順，縮短排險、找頂時間；二是超挖量小，減少噴砼時間，好時可縮短50%~70%；掌子面及周邊平順，為下一循環(huán)周邊眼鉆眼工作創(chuàng)造良好條件，鉆眼的容容易度及準確度大大提高；三是掌子面不留殘眼，提高了炮眼利用率，提高了進尺；四是掌子面圍巖破壞小，不易出現(xiàn)卡鉆、塌孔現(xiàn)象，打眼、裝藥節(jié)約時間，補炮現(xiàn)象大大減少。72.4提高經濟效益的需要：一是超挖量小，減少噴砼量和襯砌砼用量。

相比普通爆破可減少超挖50~150%，普通爆破每米超方量（不算隧底）=0.35*30=10.5m3,按噴砼按每方500元計算，超耗5250元/米，減去采用光爆每米超耗的爆破器材和鉆眼費用400元，可節(jié)約4850元/米。出碴費用也相應增加。二是圍巖穩(wěn)定無破壞，可降低初支級別，大大節(jié)約初期支護費用。

如某些設計為Ⅳ級A的圍巖，如果光爆效果好，可判定為Ⅲ級A，可變更不采用拱架支護，Ⅲ級較Ⅳ級圍巖初支節(jié)約5000~10000元/米）82.5標準化施工管理的需要：光爆效果好了，隧道標準化施工就有了基礎,為后續(xù)工序順利進行創(chuàng)造了條件，為創(chuàng)造文明工地，標準化工地創(chuàng)造了條件。93、做好光面爆破的管理措施3.1提高認識，糾正錯誤的觀念和做法，全面推廣光爆一是光面爆破盡可能要全隧全環(huán)采用，不只是上斷面采用。二是光面爆破是各種圍巖均需采取，不只是Ⅱ、Ⅲ級圍巖。3.2加強管理，采取嚴格的約束激勵機制，提高積極性。制定科學的評定考核辦法和合理的獎罰措施是關鍵。不同級別圍巖不同評定標準。如Ⅱ、Ⅲ級圍巖最大超欠挖量±5cm（炮根部位），Ⅳ級、Ⅴ級圍巖最大超欠挖量±10cm。分清因果關系，獎罰要堅持如下原則：補償材料費和工費，重獎輕罰，參與者人人有責。103.3系統(tǒng)培訓，掌握全面系統(tǒng)的光爆技術，少走彎路。通過現(xiàn)場技術培訓和技術交底，對照設計圖紙和現(xiàn)場實際反復講解，解決了鉆爆工一知半解，技術員茫然不知問題，讓鉆爆工人和技術人員全面系統(tǒng)地掌握光面爆破技術，在遇到不同圍巖要及時調整爆破參數(shù)，經過一兩次調整試爆能達到理想的光爆效果。3.4精確量測，測量和量測工作要做實，缺一不可。首先做好圍巖量測，根據量測的收斂、沉降結果確定合適的圍巖沉降收斂量，進而確定合適的開挖斷面尺寸。第二要做好測量放樣。鉆孔前，測量人員用全站儀測量出隧道中心線和拱頂高程；用激光斷面儀測量出隧道開挖輪廓線，用紅油漆畫出隧道開挖輪廓線，并標出炮孔位置。113.5合理分工，根據工人技術特點明確分工，相對固定。鉆爆工人分工原則如下：技術熟練并有一定爆破專業(yè)知識的工人鉆掏槽眼、相對認真負責的工人鉆周邊眼，其余人員鉆輔助。分工后，先試爆幾個循環(huán)，并根據鉆眼情況做適當調后固定下來，鉆爆工人位置不要再輕易改變，以便每個人熟練掌握自己所負責炮眼的鉆眼技巧，提高鉆眼質量，同時也便于爆破效果分析和明確獎罰責任。3.6系統(tǒng)配套，優(yōu)化鉆爆臺車結構和尺寸，方便鉆眼。好的鉆爆臺車必須具備如下要求：一要結構合理，便于移動和固定，結實耐用；二要保證車輛及裝載機能從其下順利通過；三要保證前立柱的寬度和其距掌子面的距離合適，不影響掏槽眼鉆機的角度擺設；四要求各層高適中，保證各種爆眼均能打平；五要保證各片區(qū)空間能容下該片區(qū)的施工人員，使各片區(qū)打眼工作量與鉆機臺數(shù)匹配，鉆眼時間基本相同。1213鉆孔簡易臺架

4、隧道掘進光面爆破設計

4.1確定合理的單循環(huán)進尺。由隧道斷面尺寸與圍巖級別確定，一般設計進尺為斷面寬度的一半，但不大于5m，圍巖好時取大值，差時取小值。4.2上半斷面炮眼參數(shù)設計。目前常用的為斜眼楔形掏槽，其鉆孔參數(shù)與隧道寬度及圍巖級別有關，同時要考慮鉆眼臺架的影響。具體參數(shù)設計詳見圖1所示，設計原則如下：14掏槽眼：位于隧道掌子面的中下部，底板眼的上部，為便于打眼一般鉆孔臺架的第一、二層均布設，每層3~5排，間距a=6~12D（D--為炮眼直徑）一般為25~50cm，易爆取大值，反之取小值。掏槽眼開口寬度為隧道半幅寬減50cm，眼底間距20cm，與掌子面夾角為55~70°，垂直深度比設計進尺深20cm。周邊眼：布于隧道的開挖輪廓線上，間距E=8~15D，一般為40~50cm。垂直深度比設計進尺淺20cm，最好為每循環(huán)實際進尺深度。底板眼：位于隧道低部開挖輪廓線上，間距a=15~20D，一般為70~80cm，垂直深度與設計進尺相同。15內圈眼：布于周邊眼的內側于周邊眼平行，距周邊眼距離W=1.0~1.2E，間距a=20~25D，一般為80~100cm，垂直深度與設計進尺相同。輔助眼：布于掏槽眼于邊墻內圈眼之間的炮眼，根據斷面大小，一般布設3~5排，炮眼底部排距b=20~35D，一般為80~130cm；間距a=25~35D，一般100~140cm。垂直深度與設計進尺相同。掘進眼：位于隧道上部，內圈眼與掏槽眼、輔助眼之間的炮眼，間排距較大，間距a=30~40D，一般120~160cm；排距b=25~35D，一般100~140cm；垂直深度與設計進尺相同。16圖1隧道上半斷面爆破炮眼布置圖

a、炮眼布置正視圖17

b、炮眼布置立面圖c、超欠挖示意圖184.3鉆眼質量要求要使爆破效果好，要做到掏槽眼角度正確，間距均勻；周邊眼、內圈眼、及底板眼要盡量平直，鉆機緊貼隧道輪廓面鉆眼；輔助眼間距、排距均勻。周邊眼沿隧道開挖輪廓線內側布置（在輪廓線內3~10cm），以3%～5%的斜率外插，并根據炮孔深度來調整斜率，保證孔底不超過開挖輪廓線10cm，為保證眼底在同一平面上，可采用插炮桿的辦法控制。錯誤做法：在實際圍巖較完整時且設計立拱架的地段，每循環(huán)進尺可達3.5m以上，周邊眼仍在開挖輪廓線上并采用一種深度和外插角布眼，由于受拱架的限制，造成孔底超挖量超過25~70cm，如不按光爆工藝施工的甚至達到80~100cm，平均超挖量達到15~50cm。如圖1C所示。改進后的做法：首先在開挖輪廓線內約10cm

處打一排正常的周邊眼，深度與進尺一至，孔底外插不超過10cm，另外再在這些炮眼間布一排淺眼約1m深，孔底落于輪廓線上，將深眼孔口欠挖部分爆出，保證第一榀拱架可立。具體圖1C所示。194.4裝藥量及裝藥結構掏槽眼

掏槽眼的裝藥量確定，一般從孔底裝至距孔口1.0~1.2米處，連續(xù)裝藥，孔口堵塞60~1.0m。周邊眼

周邊眼裝藥一般用線裝藥密度計算，線裝藥密度是指單位長度炮孔的裝藥量，又稱裝藥集中度，用計算式為：Q1=qEW式中q--單位體積耗藥量（kg/m3)；E–周邊眼間距（m）；w--光爆層厚度（m）。取q為0.3~0.5kg/m3,線裝藥密度Ql=0.06~0.1kg/m，采用不偶合間隔裝藥，裝至孔口0.7~1.0m處用炮泥堵塞，導爆索引爆。裝藥結構如下圖20

圖2周邊眼裝藥結構圖

其余炮眼

可按裝藥量計算公式估算：Q=q.a.b.h，

其中q=0.5~1.0kg/m3，硬巖及底板眼取大值，距掏槽眼近的先起爆的炮眼取大值，相反取小值，但每孔最大裝藥量不得超過掏槽眼。均采用孔底集中裝藥，孔口堵塞。214.5如何設計起爆網絡，起爆順序要正確。起爆順序，隧道爆破掘進的起爆順序為掏槽眼→輔助眼→掘進眼→內圈眼→周邊眼→底板眼。（詳見圖1）導爆管的連接導爆管的具體連接如下圖所示。

圖3導爆管連接示意圖1-導爆管；2-傳爆導爆管雷管；3-引爆導管雷管（按擊發(fā)槍）；4-炮孔內的導爆管雷管22

導爆索連接

導爆索的連接如下圖所示，具體注意事項如下：圖5導爆索連接方式a－分段并聯(lián)；b－簇并聯(lián)1－雷管；2－主干索；3－支索23切割導爆索應使用鋒利刀具，但禁止切割已接上雷管或已插入炸藥里的導爆索；不應用剪刀剪斷導爆索；在敷設過程中，應避免腳踩和沖擊、碾壓導爆索；聯(lián)結導爆索中間不應出現(xiàn)打結或打圈；在潮濕和有水的條件下應使用防水導爆索，索頭要作防水處理；交叉敷設時，應在兩根交叉導爆索之間設置厚度不小于10cm的木質墊塊；平行敷設傳爆方向相反的兩根導爆索彼此間距必須大于40cm；導爆索搭接長度不小于15cm，并要綁牢；炮孔支導爆索與主導爆索連接時接頭應向著主導爆索傳爆方向，夾角不大于90°；起爆導爆索的雷管與導爆索捆扎端端頭的距離應不小于15cm，雷管的聚能穴應朝向導爆索的傳爆方向。245、爆破優(yōu)化及調整

光面爆破參數(shù)選定后，光爆效果可能達不到最佳，會出現(xiàn)進尺不足和超欠挖現(xiàn)象，需要對光面爆破參數(shù)進行調整。5.1當爆破進尺不理想時，看掌子面各部位殘留的炮根，如掏槽眼炮根較淺而周圍輔助眼較深，則增加輔助眼排數(shù)，減小其抵抗線；如果掌子面較平整，則要加密掏槽眼，再不理想就要采用兩級或三級掏槽，直至達到設計進尺為止。5.2出現(xiàn)欠挖，需減小周邊孔距、光爆層厚度、增加炮孔的數(shù)目和炸藥填裝量；出現(xiàn)超挖，需加大周邊孔距、光爆層厚度、減少炮孔的數(shù)目和炸藥填裝量。經過二、三個鉆爆循環(huán)作業(yè)參數(shù)的調整，光面爆破就可以達到最佳效果。5.3隧道光爆效果一般是拱部炮眼炮痕率較高,而邊墻痕率相對低,一般下部臺階起爆順序不是自上而下逐層起爆,應該采用從中間逐漸向外起爆,如果是全幅爆破中部還要設掏槽眼。25

6、取得效果

通過多條高鐵的十幾座隧道推廣應用實踐證明，只要按以上管理程序和爆破方案實施隧道掘進光面爆破，不僅能做到Ⅱ-Ⅲ級圍巖超欠挖控制在±5cm,平均超挖量為0。拱墻炮痕率達到90~100%（詳見圖6），月掘進尺可達170~200m。Ⅳ級圍巖的超欠挖控制在±10cm內，平均超挖量為0，炮痕率達到30~60%月進尺可達到130~150m，材料超耗量控制在5%以內，甚至0超耗。不僅保證了安全、質量，加快了進度，而且大大降低了成本。26光爆效果圖片272829

7、認識與體會

7.1要充分認識到實施光面爆破的必要性和重要性

要充分認識到隧道光面爆破是保護圍巖的穩(wěn)定性，即隧道運營時安全。減少超挖降低施工成本，提高經濟效益為目的，目的明確行動才自覺。7.2提高技術人員和施工人員光面爆破技術知識

無論隧道施工技術人員還是作業(yè)人員，要熟知光