简述光面爆破技术在隧道施工中的应用

1.工程概况

古城水电站位于四川省平武县境内的涪江上游干流上，是涪江上游干流水电梯级开发的第二级，为低闸引水式电站。成（都）—九（寨沟）环线公路（北线）从电站工程区左岸通过，平武至江油为三级公路，江油至成都为高等级公路，有宝成铁路通过江油市，对外交通较为方便。

3#施工支洞位于车家湾上游，洞口高程813m，洞长约564m，最大开挖断面高位5.9m，宽为5.4m。支洞口大多为残坡积层覆盖，基岩部分出露，岩石呈强风化状，边坡开挖时应清除表层覆盖层及变形松动体，并挂网喷锚支护。支洞沿线地面高程813m~1035m，洞室围岩微风化~新鲜，岩层及主要结构面走向与支洞轴线交角约50°，但岩体中片理及节理裂隙发育，围岩类别以Ⅳ类为主，进口浅埋段和结构面密集切割部分为Ⅴ类。

2.光面爆破的作用机理及影响因素

隧道成型技术的关键是光面爆破技术，由于钻爆法施工工艺特点决定超挖是不可避免的，所以合理的超挖成为施工控制的关键，尽量使炮孔中心与开挖轮廓线重合、仰角按炮孔深度适当确定，这样才能到达光面爆破的效果。光面爆破是一项能有效控制岩体开挖轮廓减少超欠挖的爆破技术，通过对隧道周边进行正确的钻孔和爆破，可以保留完整的周边轮廓及减少对围岩的扰动。确定合理的光爆参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。

光面爆破首先是选择爆破方案，其次是钻孔、爆破、组织管理、测量放线等。影响光面爆破效果的主要因素是钻孔技术，其次是爆破技术和组织管理。

以下就以古城水电站3#支洞为例，分析影响光面爆破效果的各种因素。

2.1爆破方案的选择

本工程采用光面爆破，炮孔按设计间距钻孔、装药。在破碎地层地段。同一炮孔内采用微差减震爆破技术， 必要时采用短进尺钻孔，从总体上提高光面爆破的效果。具体做法是：

①周边眼：根据光面爆破选定的周边眼间距，将炮孔布置在周边轮廓线上，钻眼时稍向外张，控制外插角以减少超挖；

②掏槽眼：掏槽眼位置选在开挖断面中心位置，采用楔型掏槽形式，保证掏槽眼精度和方便布孔；

③辅助眼：炮孔间距，视装药直径、岩石坚硬程度、装运方式，岩石破碎程度的要求等因素而定，一般取0.7m—1.0m；

④底板眼：底板眼布置在设计底板高程以上，距底板线10cm，适当减小孔距，以保证底板平整。

2.2钻孔技术

钻孔技术表现在插钻位置、外插角控制、钻杆左右向摆动的控制等几个方面。钻头正确位置应在设计轮廓线中心，偏外侧则超挖，偏内侧则欠挖。外插角在2°左右可以满足工艺要求，古城水电站3#支洞围岩属Ⅳ~Ⅴ类，允许超挖最大为15cm~25cm。

2.3爆破技术

爆破技术首先需要选择的是雷管和炸药，其次是装药方式和炮孔的封堵。

2.3.1雷管

目前电雷管已经发展成为瞬发电雷管、毫秒延期电雷管、秒延期电雷管、半秒延期电雷管四大系列，本工程采用毫秒延期电雷管，毫秒延期在50ms以内，冲击波迭加比较明显。

2.3.2炸药

乳化炸药是一种新型的防水工业炸药,它具有爆炸威力大,爆破效果好,有毒气体少、抗水性能强等优点，储存、运输、使用既安全又方便。

古城水电站3#支洞使用二号乳化炸药，爆炸力适中，使用安全度高，产生有害气体较少，成本较低。

2.3.3装药

爆破效果与装药均匀度有关，药卷直径越小，均匀度越高。古城水电站3#支洞一般崩落孔药卷直径32mm，连续装药，周边孔药卷直径25mm，间隔装药。炮眼采用炮泥封堵，爆破凌空面积减小，爆破效果增强。

2.3.4组织管理

组织管理的核心是充分认识开挖的重要性和科学性，并在此基础上提高施工人员的专业技术水平和实际操作能力。只有让现场一线操作人员真正掌握施工中的关键影响因素，比如外插角的含义、各种类型的炸药的特性，才能更好的去落实技术措施。

2.3.5测量放线

严格控制隧道中线及标高，在洞外控制测量的基础上，利用车行横道对左右侧墙进行中

心和水平闭合导线测量，确保精度。

表1 光面爆破参数

段号	孔名	钻孔参数	装药参数
孔径（mm）	孔深（m）	孔距（cm）	孔数（个）	药径（mm)	单孔药量（kg/孔）	总装药量（kg）
1	掏槽孔	42	1.9	80	6	32	0.4	2.4
3	掏槽孔	42	1.9	80	6	32	0.6	3.6
5	掏槽孔	42	1.9	80	6	32	0.8	4.8
7~9	辅助孔	42	1.9	80	28	32	0.4	11.2
11	周边孔	42	1.8	60~80	42	32	0.1	4.2
13	底板孔	42	1.9	60	9	32	0.6	5.4
合 计	97	31.6

表2 爆破设计主要技术参数

断面面积	孔数	炮孔密度	爆破方量	总装药量	单 耗	爆破效率	进尺
（㎡）	（个）	（个/㎡）	（m3）	（kg3）	（kg/m3）	（%）	（m）
31.7	97	3.06	47.55	31.6	0.665	85	1.5

2.3.6地质变化

随着现代施工技术的发展，地质条件对光面爆破的影响相对较小。但是缺少先进施工技术措施作为保障，受地质条件的影响也是非常大的。就古城水电站3#支洞而言，应对地质变化的技术措施，主要有以下两个方面：

①通过观察、分析，预测控稳结构面的位置

岩石的构造面是不规则的、成立体状分布在岩体中，在支洞开挖过程中，结构面会在某一部位提前被揭露，借助岩层的产状等要素，就可以推测下几个循环的岩石情况。比如当控稳结构面在支洞下部首先发现时，通过岩层的走向、倾向和倾角，推算该结构面在拱顶出现的位置；当控稳结构面在拱顶出现时，要特别注意，因为一个循环的进尺为3m左右，即使比较严重的控稳结构面，也是刚进入开挖面，从横断面来看，可能还没有进入最大跨度范围累，及时的发现和采取相应的措施，能有效地降低塌方风险，保证施工质量。

②针对控稳结构面的具体情况，制定和实施恰当的技术措施

当遇到结构擦面在拱顶交汇时，首先缩短进尺，一般以在1m左右，严格控制炸药装药量，尽量减少对围岩的扰动；

当遇到岩石破碎，且地下水较丰富时，设置超前锚杆并注浆，加强支护，同时缩小开挖进尺。

3.光面爆破效果总结

古城水电站隧道经过4个月的施工，已完成开挖约440m，现将光面爆破情况作如下小结。

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