論文導(dǎo)讀：平遙至榆社高速公路寶塔山隧道位于山西省中東部太行山麓，穿過(guò)太岳山脈。光面爆破作用原理一般認(rèn)為，光面爆破是周邊眼同時(shí)起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中心，當(dāng)巖體的極限抗拉強(qiáng)度小于此拉力時(shí)，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后爆炸氣的膨脹和裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成平整的暴裂面。隧道開(kāi)挖方法主要采用上下臺(tái)階法施工（如下圖），Ⅴ級(jí)圍巖臺(tái)階長(zhǎng)度按5～15米設(shè)置，Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況按15～40米設(shè)置。
1.工程簡(jiǎn)介
1.1工程概況
平遙至榆社高速公路寶塔山隧道位于山西省中東部太行山麓，穿過(guò)太岳山脈。本隧道采用雙線分離式設(shè)計(jì)，左線全長(zhǎng)10191.696米，右線全長(zhǎng)10479.611米。AS4合同段承建寶塔山隧道出口端左線4245米、右線4265米及寶塔山隧道3#斜井889.954米。隧道采用雙向四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80Km/h，全線設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載采用公路-Ⅰ級(jí)。隧道凈空為5×10.25m；人行橫通道：限寬2.0m，限高2.50m；車(chē)行橫通道：限寬4.50m，限高5.0m。3#斜井凈空為6.70×7.85米。
1.2工程地質(zhì)條件
寶塔山隧道位于山西省中東部太行山麓。隧址構(gòu)造剝蝕基巖山區(qū)，出露地層主要以三疊系砂巖及粉砂巖為主，間夾薄層泥巖或礫巖，強(qiáng)~弱風(fēng)化，局部基巖表層覆蓋有第四系風(fēng)積物，隧道穿過(guò)多處斷層破碎帶。隧址地下水類(lèi)型主要為碎屑巖裂隙水。隧址區(qū)降水量受季風(fēng)及地形影響降水量較少，且主要集中在7、8、9月份。地震烈度為Ⅶ級(jí)。隧道主要圍巖類(lèi)型包括Ⅳ級(jí)圍巖6605米、Ⅴ級(jí)圍巖655米、Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段80米、Ⅴ級(jí)圍巖破碎帶1170米。寶塔山隧道3#斜井主要圍巖類(lèi)型包括Ⅳ級(jí)圍巖374.954米、Ⅴ級(jí)圍巖515米 。
2.光面爆破設(shè)計(jì)
2.1光面爆破作用原理
光面爆破作用原理一般認(rèn)為，光面爆破是周邊眼同時(shí)起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中心，當(dāng)巖體的極限抗拉強(qiáng)度小于此拉力時(shí)，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后爆炸氣的膨脹和裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成平整的暴裂面。論文參考網(wǎng)。要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技術(shù)要點(diǎn)：⑴根據(jù)圍巖特點(diǎn)，合理選定周邊眼的間距和最小抵抗線，盡最大努力提高鉆眼質(zhì)量。⑵嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量，盡可能將藥量沿眼長(zhǎng)均勻分布。⑶周邊眼宜使用小直徑藥卷和低猛度、低爆速的炸藥。為滿足裝藥結(jié)構(gòu)的要求，可借助導(dǎo)爆索（導(dǎo)爆線）來(lái)實(shí)現(xiàn)間隔裝藥。⑶采用毫秒微差有序起爆。論文參考網(wǎng)。要安排好開(kāi)挖程序，使光面爆破具有良好的臨空面。
2.2光面爆破設(shè)計(jì)
2.2.1 光面爆破的起爆順序
起爆順序：掏糟炮眼→擴(kuò)槽炮眼→內(nèi)圈炮眼→周邊炮眼→底板炮眼→底角炮眼
2.2.2 光面爆破參數(shù)的確定
光面爆破參數(shù)選擇主要與地質(zhì)條件有關(guān)，其次是炸藥的品種與性能；隧道開(kāi)挖斷面的形狀與尺寸，裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法。寶塔山隧道主要為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，采用2號(hào)銨銻炸藥與乳化炸藥，周邊眼采用空氣間隔裝藥，其他眼采用連續(xù)柱狀裝藥，采用火雷管和非電毫秒導(dǎo)爆雷管起爆。嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量，采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)，盡可能的使藥沿藥眼長(zhǎng)上均勻的分布，這是實(shí)現(xiàn)光面爆破的重要條件。⑴光爆層厚度（W）。光爆層厚度就是周邊眼最小抵抗線，它與開(kāi)挖的隧道斷面大小有關(guān)。在斷面跨度大，光爆眼所受到的夾制作用小，巖石比較容易崩落，光爆層厚度可以大些；斷面跨度小，光爆眼受到的夾制作用大，光爆層厚度相對(duì)要小些。同時(shí)光面爆破與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造也有關(guān)系，堅(jiān)硬巖石光爆層可小些，松軟破碎的巖石光爆層可大些。寶塔山隧道光爆層厚度W為45cm～75cm。⑵周邊眼間距（E）。周邊眼通常布置在距開(kāi)挖面邊緣0.1m～0.2m位置處，光爆孔的孔底朝隧道開(kāi)挖輪廓線方向傾斜3°～5°。當(dāng)光爆孔孔徑D為40mm時(shí)，周邊眼間距E=（10～16）D，寶塔山隧道在Ⅳ級(jí)圍巖中W取45cm。⑶周邊眼密集系數(shù)（K）。周邊眼密集系數(shù)是周邊眼間距E與光爆層厚W的比值，是影響爆破效果的重要因素。K=E/W ⑷孔深（L）。由圍巖地質(zhì)條件及計(jì)劃每班進(jìn)度決定，炮眼深度按下式計(jì)算：L=每班進(jìn)度計(jì)劃/炮眼利用率，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掏槽眼應(yīng)加深20cm。⑸裝藥量（Q）光面爆破裝藥量的計(jì)算，一是確定炸藥單耗量q,炸藥的單耗量對(duì)裝藥的效率、炮孔利用率、開(kāi)挖壁面的平整度和圍巖的穩(wěn)定性都有較大的影響。它取決于巖性、斷面面積、炮孔直徑和炮孔深度等多種因素。二是裝藥集中度Q。光面爆破裝藥量的計(jì)算，主要是確定周邊眼光爆層炮眼裝藥集中度。公式為：Q=qEW。炸藥總用藥量按下式計(jì)算：Q=q×V（其中，V=S×l）。式中：Q—總用藥量；q—單位用藥量；V—開(kāi)挖體積；S—隧道斷面面積；l—掘進(jìn)深度，即進(jìn)尺。⑹炮眼數(shù)量（N）。炮眼數(shù)量取決于掘進(jìn)斷面面積、巖石性能和炸藥性能�？讛�(shù)過(guò)少將造成大塊增多，周壁不平整，甚至?xí)霈F(xiàn)炸不開(kāi)的情況；相反，孔數(shù)過(guò)多將使鑿巖工作量增大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，炮眼數(shù)目按下式計(jì)算：N=0.0012qS/(ad2)。式中：N—炮眼數(shù)目；q—單位用藥量；S—隧道斷面面積；a—炮眼裝藥系數(shù)；d—炮眼直徑，為4cm。
2.2.3 裝藥結(jié)構(gòu)
周邊眼裝藥采用徑向不耦合間隔裝藥，一般不耦合系數(shù)為1.5～2.0，炮眼。所有爆眼統(tǒng)一裝入∮32標(biāo)準(zhǔn)藥卷，周邊眼間隔裝藥，巖石炸藥與乳化炸藥混裝，周邊眼藥卷不需綁在竹片上，直接裝入，孔口用炮泥堵塞。光面爆破裝藥過(guò)程中，如果只注意控制周邊眼用藥量而忽視內(nèi)圈輔助眼的藥量控制，很難達(dá)到理想的爆破效果。論文參考網(wǎng)。因此，為保證光面爆破的效果，南石壁隧道在實(shí)行開(kāi)挖時(shí)，司鉆手必須定崗定位，掏槽眼、底板眼、輔助眼、周邊眼（又分拱部、拱墻、邊墻）都實(shí)行專(zhuān)人負(fù)責(zé)制。
2.2.4 起爆方法
隧道爆破從掏槽眼到輔助眼至周邊眼，采用多段微差毫秒雷管起爆由里向外起爆，其中周邊眼比輔助眼要跳2段，間隔時(shí)間為25～100毫秒，且用同一段雷管同時(shí)起爆。
3隧道光面爆破施工
隧道開(kāi)挖方法主要采用上下臺(tái)階法施工，Ⅴ級(jí)圍巖臺(tái)階長(zhǎng)度按5～15米設(shè)置，Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況按15～40米設(shè)置。
3.1 Ⅴ級(jí)圍巖爆破施工
S5型襯砌類(lèi)型，施工時(shí)堅(jiān)持“短進(jìn)尺、弱爆破”的原則進(jìn)行施工，開(kāi)挖進(jìn)尺宜控制在1.0m～1.5m/循環(huán)，進(jìn)洞段根據(jù)圍巖的實(shí)際情況，可以控制在0.5m左右。施工時(shí)盡量采取人工輔以小型機(jī)具（風(fēng)鎬等）配合長(zhǎng)臂挖掘機(jī)直接進(jìn)行開(kāi)挖，若必須采用爆破開(kāi)挖時(shí)，在征得監(jiān)理工程師許可后采取微振控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破規(guī)模，把對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)減小到最低限度。采用短臺(tái)階法開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度為5～15m（詳見(jiàn)臺(tái)階法開(kāi)挖示意圖），具體視圍巖情況而定。上臺(tái)階采用環(huán)形預(yù)留核心土開(kāi)挖法施工，環(huán)形開(kāi)挖長(zhǎng)度1～1.5m，開(kāi)挖周邊寬度1.5～2.5m，下半斷面拉中槽、馬口開(kāi)挖逐步成型。
3.2 Ⅳ級(jí)圍巖爆破施工
Ⅳ級(jí)圍巖地段采取中長(zhǎng)臺(tái)階法分步開(kāi)挖，上臺(tái)階長(zhǎng)度超前不宜超過(guò)40m，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺宜控制在1.5m～2.5m/循環(huán)，進(jìn)洞段根據(jù)圍巖的實(shí)際情況，可以控制在1.0m～1.5m以?xún)?nèi)。上斷面采用簡(jiǎn)易鉆架、鑿巖機(jī)鉆眼，非電毫秒微差光面爆破開(kāi)挖，下斷面圍巖情況較差時(shí)可以考慮拉中槽、馬口開(kāi)挖逐步成型，采用簡(jiǎn)易鉆架人工鑿巖機(jī)鉆眼。
3.3 鉆爆設(shè)計(jì)控制重點(diǎn)
基于以上原因，隧道洞身開(kāi)挖在總體上采用光面爆破，以最大限度的減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，減少超挖量，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，提高初期支護(hù)的承載力。
影響超欠挖的因素有以下幾點(diǎn)：⑴、鉆孔精度；⑵、爆破技術(shù)；⑶、施工組織管理；⑷、測(cè)量放線；⑸、地質(zhì)條件變化；⑹、其它。
其中控制的重點(diǎn)是控制鉆孔精度、爆破和施工管理。本隧道對(duì)于鉆爆參數(shù)的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類(lèi)比進(jìn)行，施工中通過(guò)觀察石質(zhì)情況并通過(guò)試炮修正確定。
3.4 周邊眼參數(shù)選擇
鉆孔技術(shù)對(duì)隧道超欠挖的影響主要是周邊眼的間距、外插角、開(kāi)口位置和炮眼深度。
3.5周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)
周邊炮眼采用φ25mm小藥卷間隔裝藥，導(dǎo)爆索連接，導(dǎo)爆索用竹片和電工膠布與炸藥卷綁在一起。
3.6 爆破效果驗(yàn)證
周邊輪廓基本符合設(shè)計(jì)要求，爆破后巖石壁面基本平整；爆破后巖面保留有半眼孔痕，整體性好的圍巖半眼率大于90%；爆破后，在圍巖壁面上無(wú)粉碎損傷，無(wú)明顯新生裂隙，對(duì)圍巖破壞輕微；爆破后圍巖穩(wěn)定，基本無(wú)剝落現(xiàn)象，循環(huán)進(jìn)尺理想；石渣最大塊在35cm，渣堆集中，拋距28m左右。
4 結(jié)束語(yǔ)
光面爆破是通過(guò)正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，達(dá)到爆后巖面平整規(guī)則、輪廓線符合設(shè)計(jì)要求的一種控制爆破技術(shù)。它與傳統(tǒng)的爆破法相比，最顯著的特點(diǎn)是能有效的控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖的穩(wěn)定，確保施工安全，同時(shí)，又可以減少超、欠挖，提高工程質(zhì)量和進(jìn)度。
寶塔山隧道開(kāi)挖全部實(shí)行光面爆破，開(kāi)挖地段光面爆破效果良好，超欠挖得到了有效的控制，減少了支護(hù)混凝土的用量，爆破后的巖面平整，巖渣塊度均勻較小，利于運(yùn)輸，為后期鋪掛防水板以及二次襯砌施工縮短時(shí)間，節(jié)約施工成本。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 黃成光、丁敦榮。公路隧道施工。人民交通出版社。2002
