隧道光面爆破施工技术要点及应用

隧道光面爆破施工技术要点及应用摘要：为切实提升当前隧道施工掘进质量与效率，提高隧道的施工安全性以及围岩结构稳定性，促进区域间经济的飞速发展，加快我国隧道建设领域的发展与完善。本文将对当前隧道光面爆破施工技术要点以及应用进行分析与研究，本文首先对隧道工程中光面爆破施工技术概念进行阐述，其次对隧道施工建设中光面爆破施工技术要点以及应用进行分析，以供参考与借鉴。关键词：隧道；光面爆破；技术要点；实践应用引言：光面爆破施工技术最早可以追溯到瑞典，自上世纪70年代才开始在我国进行推广应用，并在实际的应用中取得了相对较好的经济技术效益，被充分的应用在当前的公路隧道以及铁路隧道施工之中。因此，当前的隧道施工技术人员要在实际的施工作业中充分的运用好光面爆破施工技术，以此来有效的保证隧道围岩的稳定性，减少炸药爆破对保留岩体的破坏作用，进而最大限度的提升隧道施工的安全性，促进我国隧道建设领域的全面可持续发展。一、光面爆破施工技术分析（一）光面爆破施工技术原理光面爆破技术是当前工程施工建设中爆破施工技术的重要组成部分，是指对爆破的实际作用范围以及方向进行控制，进而确保爆破后的岩石层面变得光滑且平整，有效的防止隧道中围岩的开裂，进而最大限度的降低隧道中超挖、欠挖以及支护施工的工程作业量，行之有效的提升围岩的稳定性与安全性，降低爆破后对岩壁的破坏作用。光面爆破技术在当前的隧道施工中对围岩进行破坏的机理是相对较为复杂的，其完整的系统理论目前还尚未得到有效的明确，但是在定性分析上却已经达成了共识。一般情况下，炸药在爆炸的作用下会对周围的岩石起到两种的作用力。第一种，在炸药爆破的过程中，所产生的爆炸气体会膨胀做功进而产生作用力，炸药爆炸所产生的气体膨胀作用是炸药作功的集中体现，一般属于静力作用，其做功的大小完全取决于炸药的实际爆热。第二种，光面爆破的主要形式为周围多个眼位同时起爆，所有炮眼所产生的强大冲击波会向其自身的四周进行扩散，并伴有一定的切向拉力。这种冲击作用力属于动力作用，其冲击的大小将取决于炸药的爆速。与炮眼中心连接线距离最近的位置为切向拉力数值最高的区域。上述所曾提及的两种爆炸作用力是可以同时存在的，只不过爆炸气体的膨胀时间还比冲击作用时间要长。根据应力波叠加理论而言，在光面爆破施工技术中，当相邻的两个炮孔一起起爆时，各自炮孔中的炸药就是引发压缩应力波，并以圆柱状向其周围进行扩散直到两股应力波相遇，从而形成应力波叠加。当应力波出现叠加后，两个炮孔之间就会出现裂缝连接线，并开始向周围的孔壁进行扩散，进而形成光面爆破的开裂面。不耦合爆破是指利用不耦合装药的形式来进行光面爆破，并实际不耦合系数来表示实际的装药情况，其中不耦合系数是指炮孔的直径与装药直径的数值比例。当一个不耦合装药孔发生爆炸时，其临近的一个炮眼也会随之发生爆炸，爆炸所产生的气体会在两孔之间形成相对加大的应力集中，并在岩壁上形成水平向的裂缝，当爆炸气体进一步的膨胀做功时，就会使水平向的裂缝开始扩大，从而形成平整的开裂面，这种光面爆破原理也被称为不耦合爆破理论，其实践应用的主要意义在于，使药卷与岩壁之间可以留出一定的孔隙，进而使冲击波波头压力降低，以此来最大限度的缩小或是清除孔壁周围的岩石粉碎圈［1］。（二）光面爆破施工技术的优势及种类在当前的隧道施工建设中，光面爆破施工技术可以分为两种，分别为普通光面爆破以及预裂光面爆破。其中普通光面爆破施工技术的主要特点是，施工技术人员可以通过甄选最为合适的光面爆破数据以及利用一系列的施工技术措施，对炸药的爆破力度进行控制，进而获取出相对较为理想的岩体轮廓。普通光面爆破施工技术的周边孔洞可以紧跟着作业面上的其他炮孔一起进行起爆，该项爆破技术也为称为“全断面一次光爆”，但是也可以将其预留在光面层，单独对其进行光面爆破，而这种操作为称为“预留光面层光爆”。在实际的爆破施工中，施工人员只要可以确保爆破参数的精准与科学，并且其爆破施工质量切实符合施工质量管理规定，其最终的爆破效果都会达到最为理想的状态，普通光面爆破一般比较适用于软岩以及中硬岩的浅孔爆破施工之中。而预裂光面爆破与上文曾提及的普通光面爆破有所不同，预裂光面爆破在炸药起爆的过程中，其周边孔洞为率先起爆，在炸药的爆炸作用力下，各个孔洞之间会出现许多的贯通式裂痕，与原有岩体进行分割，之后在有序的起爆其他的炮眼，由于其在第一次爆炸中，岩体的轮廓线已经形成，所以在其他炮孔进行起爆的过程中，是不会对隧道中的围岩造成破坏的，在实际的隧道施工中其爆破效果相对较好，通常情况下，该项光面爆破技术一般比较适用于相对较为完整的硬岩以及中硬岩的深孔爆破施工之中。光面爆破施工技术是新奥法施工的重要组成部分，若是没有质量良好的光面爆破，就不能有效的构建围岩与喷锚支护所共同形成的隧道施工承载系统。因此，光面爆破施工技术也可以被称为新奥法施工的三大支柱技术之一，同时也是新奥法施工所不可或缺的重要施工环节。喷锚支护只有在光面爆破施工技术应用的基础上，才可以在实际的隧道施工中，与围岩形成一个变形性能相对较为良好且承载力强的施工承载体。光面爆破施工技术还可以最大限度的降低隧道施工中浮石塌落的风险几率，有效的提升整体施工安全性，特别是在一些物理力学相对较差的岩体施工中更适宜使用光面爆破施工技术。同时由于光面爆破施工技术可以最大限度的降低工程作业中的实际作业量，进而在一定程度上会帮助施工单位节约出大量的资金投入，进而有效的提升其建设效益，提高企业的实际经济收益［2］。二、隧道中光面爆破施工技术要点以及应用分析（一）光面爆破施工技术要点分析就当前的光面爆破施工技术而言，想要切实保证其质量与效率，并在施工后可以得到相对较为理想的爆破效果，就需要保证光面爆破施工技术的基础化参数得到合理的设置。光面爆破施工技术基础化参数其中涵盖炸药的基础化参数、不耦合系数以及周边孔洞的选择。2.1.1炸药基础化参数设置就当前的施工炸药市场情况而言，炸药的种类相对较为多样化，在起爆效果以及其他方面上的效果都是有所不同的。因此，隧道施工人员在对炸药进行选择时要切实进行综合的考量，要将光面爆破施工技术特点以及隧道施工的具体要求作为其炸药选择的主要参考因素，对光面爆破施工技术中所需的炸药种类进行明晰。通常情况下，在隧道光面爆破施工中，一般都会选择乳化以及硝铵类的炸药作为其爆破主体材料，为切实保证炸药的基础化参数设置的科学合理，需要对炸药的乳化程度进行详实的筛选。同时施工人员还要切实注意好炸药的实际装药密度，其中装药密度是指在一定的单位体积内，所应放置的炸药数量。而该炸药数量的放置精准度将对整体的起爆效果产生直接的影响。因此，需要施工技术人员对其给予一定的关注与重视，切实按照当前的实际施工情况来对其装药密度进行控制，通常情况下，在隧道施工中周边眼的装药密度都会被控制在0.07千克到0.35千克每米。同时，光面爆破技术是通过多孔起爆的形式来完成爆破的，因此需要施工技术人员对周边眼的起爆时间间隔进行充分的管控，将周边眼孔的起爆时间控制在100ms以下即可，以此来最大限度的提升爆破效果。2.1.2不耦合系数在实际的光面爆破施工中，不耦合系数的确定是整个施工中最为关键的技术环节，不耦合系数在上文曾有提及，是药卷的直径与炮孔直径的数字比例，基础的不耦合系数为1.0，同时不耦合系数与炮孔之间的实质关系为正比例关系。针对隧道施工中的不耦合系数选择，施工技术人员可以对其进行微量的调整，将其控制在1.4到2.0之间，同时在施工开始之前要对不耦合系数进行实际化施工的预测，以此来有效的确保光面爆破施工的安全。其中药卷的标准直径约为32mm，若实际的装药不耦合系数为1.9,则其他的炮眼的不耦合系数标准都要以此为标准，起爆的方式为毫秒管传爆，连接方式为并联，利用毫秒管以及引爆器进行起爆，并使用泥砂将炮眼进行堵塞，其长度不得超过30厘米⑶。其中对于炮眼堵塞的处理办法也是光面爆破施工技术的主要要点问题之一，只有对炮孔的进行有效的堵塞处理，才可以保证其光面爆破施工的顺利进行，施工技术人员要在炮孔内安置黏土或是细砂，并对其含水量进行严格的控制，堵塞物的含水量要控制在10%到20%之间。施工技术人员要将堵塞混合物安置在孔隙的底部，并对其进行钻屑回填，以此来有效的保证炮孔中装药部分与空气之间存在一定的间隔。在对堵塞物进行填充的过程中，为切实保证堵塞效果，降低阻隔现象的出现，就需要施工技术人员切实做好填装数据计算。对炮孔中的基础连接线以及导爆管进行统一的维护与管理，确保不会因为爆炸而产生不必要的断裂。2.1.3周边孔的基础选择周边孔距是当前光面爆破施工技术中的重要技术参数，其数据的精准性会直接影响到整体的光面爆破施工效果。周边孔的基础化参数包括炮孔的直径、炮孔的密集系数以及光面层厚度等。其中周边孔的密集系数是确保光面爆破施工可以顺利完工的重要基础参数，周边孔的孔径大小一般与岩体种类、炮孔直径以及开挖断面的大小有着直接的关系。其中光面层厚度是指周边炮孔爆破主体的岩层厚度，也是周边炮孔的最小抵抗红线，对光面爆破施工技术的应用效果有着极大的影响，其中光面层厚度越大，其岩体对爆破的抵抗力就越强，倘若不增加炸药量，光爆层就很难被分离下来，但是一旦增加了炸药量，光爆层虽然可以顺利的脱落，但是也会对围岩造成一定的破坏，若是光面厚度相对较小，就会导致周边孔之间的裂缝连接线不能有效的贯通，进而导致炮孔各自炸裂。因此，需要技术人员对光面层厚度进行科学合理的设定。第一，拱顶部位的光面厚度要随着其跨度的大小进行与之相对应的调整，若是跨度大则需要增加其厚度，若是跨度小就适当的减少其厚度。第二，要切实依据岩体的性质以及隧道施工地段的地质结构对其进行有效的调整，若是硬质岩，其光面层厚度要相对应的进行减少，若是软质岩，其光面层厚度要适当的增加。（二）光面爆破施工技术在隧道施工中的应用2.2.1编制爆破方案在进行光面爆破技术进行施工之前，施工技术人员需要将工程的实际概况与光面爆破技术参数进行对比，以此来确保光面爆破施工技术参数切实符合当前的实际工程施工标准，并此基础上对光面爆破施工技术方案以及具体操作；流程进行进一步的确定，以此来保证光面爆破施工技术方案的设计合理性以及可行性。当前的光面爆破施工技术主要可以分为两种。分别为“全断面一次性爆破”以及“预留光爆层”两种，其中“全断面一次性爆破”被使用的频率相对较低，在隧道施工中多以第二种预留光爆层爆破方式为主，其爆破效果要好于第一种。在实际的施工中，光面爆破施工技术人员需要对隧道施工现场周边的岩体进行详实的观看，并依据施工监测结果对炮孔位置进行明晰，同时对爆破基础化参数进行优化与调整，同时也要对炮眼角度以及数量等内容进行合理的编制，明晰装药结构以及装药密度，并对开挖轮廓进行有效的控制，以此来保证工程的顺利进行［4］。2.2.2确定参数，进行测量放线由于当前的光面爆破施工技术需要在爆破参数上进行实施，所以有关技术人员需要在光面爆破施工技术开展之前，对爆破参数进行编制。在对爆破参数进行编制的过程中，需要对炮孔之间的距离以及炮眼的直径等因素进行确定，以此来最大限度的降低光面爆破施工的风险几率。同时在进行测量放线时，施工技术人员要将测量放线分为两个部分来进行实施，分别为隧道洞内控制以及隧道洞外控制，在对洞内进行控制时，更多的是需要技术人员的专业素质以及工作经验，而对洞外进行控制则是需要借助专业的测量仪器来完成，例如，水准测量以及平面控制网的专业仪器手段。2.2.3钻孔施工在隧道光面爆破施工的钻孔施工中，光面爆破施工技术人员需要切实考虑好以下几个问题。第一，光面爆破施工技术人员要切实依据前期的炮眼设计布置图来进行钻孔施工，以此来确保钻孔位置的精准性。第二，施工现场所有的掏槽眼，其眼口之间的距离都要严格控制在正负5.0厘米的范围内，眼底之间的距离实际误差也要控制在正负5.0厘米之间。第三，施工现场的辅助眼。对辅助眼的钻进深度以及钻进角度都要切实符合光面爆破施工技术要求，辅助眼的眼口间距以及排距实际误差都要严格的控制在正负10.0厘米之内。第四，针对周边眼而言，倘若在钻孔施工中，周边眼的位置正好处于断面轮廓线上，则可以沿着断面轮廓线对当前的钻进位置进行适当的调整，但是要将调整后的位置与原有的设计位置之间的误差控制在正负5.0厘米之间，并且其眼底位置也需要将其控制在轮廓线正负10.0厘米范围之内。第五，钻孔施工中的内圈炮眼与周边眼之间的排距误差要不低于正负5.0厘米，第六，倘若施工现场开挖作业面凹凸相对较大，光面爆破施工技术人员需要切实依据施工现场的实际情况对炮眼的深度进行适当的调整，其真实的目的是为了确保光面爆破施工技术中除去底板眼以及掏槽眼之外的所有炮眼都可以处于同一垂直面上，同时为切实保证光面爆破施工质量，掏槽眼的深度以及周边辅助眼的深度都要在提高10.0cm到20.0cm[5]。结论：综上所述，在隧道施工建设中充分的应用好光面爆破施工技术，不仅可以最大限度的提升隧道施工建设的整体质量与效率，并且可以最大限度的降低工程施工作业量，提高施工建筑单位的实际施工效益。同时，可以在一定程度上促进我国隧道建设领域的全面发展。因此，需要技术人员切实抓好光面爆破施工技术要点，在实际的施工中对其进行有效的应用。以此来不断的提升隧道光面爆破施工质量，进而促进我