隧道光面爆破参数的选用标准

隧道光面爆破参数的选用
1 前言
在地下工程采用光面爆破技术进行施工时,要实现光爆质量标准的要求,就必须注意选取好有关的技术参数,依据光爆机理,必须使周边眼中的装药爆破后所产生的冲击压应力低于围岩的抗压强度，而由此衍生的切线方向的拉应力则应大于两个炮眼连线方向上围岩的抗拉强度，这样就能使围岩不受损伤而在炮眼连线方向上的岩石被拉断形成贯穿裂缝，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动，尽可能的保持原围岩的完整性和稳定性的爆破技术。

2 工程概述
秋千坪隧道位于翻坝高速公路宜昌秭归县境内，全长3542米，为上下分离式公路隧道，隧道围岩以晋宁其Ⅲ级花岗岩和砂岩为主。

3 光面爆破主要参数的确定
光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；由于围岩轮廓圆顺、壁面平整，减少了应力集中和局部落石、掉块现象。

确定合理的光面爆破参数，是获得良好光面爆破效果的重要保证。

光面爆破的主要参数有：周边眼间距（E）、周边眼密集系数（K）、最小抵抗线（W）、不耦合系数（D）和装药集中度（γ）。

3.1 炮眼深度
炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.5~0.7倍。

L=0.5H=0.5×7.97=3.99m（H为隧道开挖轮廓的高度，H=7.97）
钻孔采用YT-28风钻，炮眼孔径为φ42mm，为克服及减少岩石的夹制作用，除掏槽眼和底眼深度L=3.7米外，其余周边眼、辅助眼等炮孔深度L=3.5米。

3.2 光面爆破不耦合系数（D）及装药直径（d）
炮眼直径d k与药卷直径d i之比称为不偶合系数，合适的周边眼不偶合系数应使爆炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度，理论与实践证明，当不偶合系数在1.5~2.0范围时，缓冲作用最佳，光爆效果最好
D=d k/d i=(1-a)×{(ρ0/［δc］)1/r+a}½
式中D——不耦合系数；
d k——炮眼直径（cm）；
d i——装药直径（cm）；
a——爆生气体分子余容系数，a=0.395；
ρ0——爆生气体初始压力，ρ0=6997Pa；
［δc］——岩石三轴抗压强度，对于中硬的花岗岩或者砂岩
［δc］=800MPa；
r——绝热指数，1/r=0.8299。

将上述数据带入后：
D= d k/d i=2.01
则d i = d k/D=21mm。

在实际使用过程中，我们采用直径为25mm的乳化炸药，即周边眼的不耦合系数
D=42/25=1.68，符合D=1.5~2.0的要求。

3.3 掏槽眼参数
采用垂直楔形掏槽，3对掏槽眼水平成对布置，炮眼与开挖面间的夹角α、上下两对炮眼的间距a和同一平面上一对掏槽眼眼底间距b，是影响此种掏槽效果的重要因素，参数的选用根据如下表1经验数据参考：
表1 垂直楔形掏槽爆破参数
夹角α取75°，a值取70cm，b值取30cm，见下图1：
图1 垂直楔形掏槽（单位：cm）
3.4 周边眼间距（E）、最小抵抗线（W）、周边眼密集系数（K）
周边眼应考虑0.03~0.05的外插斜率，周边眼间距一般取值范围为（8~18）d k，即336~756mm。

根据试验统计，E值取500mm，最小抵抗线W=1.25E=625mm；周边眼密集系数K=E/W=0.8。

3.5 装药集中度（γ）
周边眼装药集中度按规范取值范围为0.07~0.35kg/m，根据试验统计，当γ取值0.2kg/m时，效果为好。

参数的选用根据如下表2经验数据参考。

表2 光面爆破周边眼一般参考数值
3.6 炮眼数量及装药量参数设计
3.6.1 炮眼数量
N=qS/τμ
式中：N——炮眼数量，不包括未装药的空眼；
q——单位炸药消耗量，一般取q=1.2~2.4kg/m³；
S——开挖段面积，㎡；
τ——装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，暂取0.7；
μ——每米药卷的炸药质量，kg/m，2号岩石硝铵γ=0.75。

即：N=（1.2×80.14）/（0.7×0.75）=183个
其中掏槽眼6个，周边眼46个，底眼16个，辅助眼115个。

3.6.2 每一循环装药量计算及分配
Q=qV
式中：q——单位炸药消耗量，取q=1.2kg/m³；
V——1个开挖循环进尺爆落岩石总体积，m³，有效进尺取95%：3.5米×95%=3.33米。

即：Q=1.2×3.33×80.14=320.2m³
各炮眼装药量分配如下：
因为计算炮眼数量时，采用τ=0.7，由周边眼装药集中度q=0.20.2kg/m，得出周边眼装药系数为0.3，设其它各炮眼装药系数取值：掏槽眼0.9，底眼0.9，辅助眼0.8，则6×0.9+46×0.3+16×0.9+115×0.8=（6+46+16+115）τ
计算得：τ=0.7
若计算τ≠0.7，则需重新调整τ值代入N=qS/τμ，并适当调整所设掏槽眼、底眼、辅助眼装填系数，使试选τ值与计算τ相符。

所以按上列装填系数进行分配是可以的。

每个掏槽眼装药量=0.75×3.83×0.9=2.585kg，折合为17.2卷，采用17卷；
每个辅助眼装药量=0.75×3.5×0.8=2.1kg，折合为14卷，采用14卷；
每个周边眼装药量=0.75×3.5×0.3=0.788kg，折合为5.3卷，采用5卷；
每个底眼装药量=0.75×3.7×0.9=2.498 kg，折合为16.6卷，采用17卷；
3.6.3 炮眼布置图
炮眼布置如下图
图2 炮眼布置图（单位：cm）
3.7 炮眼装药、堵塞及起爆
周边眼及辅助眼采用不连续装药结构，其中周边眼为导爆索连接传爆，其它炮眼采用底部放置非电毫秒延时雷管反向起爆装药结构，导爆管传爆。

炮孔装药完毕后，炮泥堵塞长度不小于20cm。

炮眼起爆采用非电毫秒延时雷管分段起爆，使用1、3、5…15段，顺序为：掏槽眼辅助眼周边眼底眼。

4 爆破效果
（1）开挖轮廓圆顺、平整、规则成型。

平均线性超挖＜15cm，最大线性超挖＜25cm，局部欠挖＜5cm；
（2）炮眼利用率＞95%，残痕保存率＞80%，爆破后围岩稳定，基本无剥落、掉块现象。

（3）石碴平均块径＜35cm，堆碴集中，抛距＜20m。

5、体会
（1）同级围岩需根据不同的岩石构造、节理发育、破碎程度等情况，对选用的爆破参数进行适当调整，以获得较理想的爆破效果。

（2）周边眼装药时应使相邻炮眼药卷位置相互错开，以充分利用炸药性能，使爆破后孔内冲击压应力均匀。

（3）辅助眼及周边眼孔底要尽可能保持在同一平面上，以获得爆破后较平整的掌子面。

（4）提高测量画线布眼精度是保证光爆质量的一项重要措施，周边眼钻孔时的角度是否准确是影响光爆质量的重要环节。

参考文献
［1］王海亮，铁路工程爆破，中国铁道出版社，2001.83~102.
［2］张鸿，公路隧道光面爆破技术研究及应用［J］.公路隧道，2007（2）.6~9.
［3］关宝树，隧道工程施工要点集，人民交通出版社，2004.45~51.
［4］中华人民共和国交通部，JTJ042-94.公路隧道施工技术规范，1995。