論文導讀：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，穿過太岳山脈。光面爆破作用原理一般認為，光面爆破是周邊眼同時起爆，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，當巖體的極限抗拉強度小于此拉力時，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一步擴展，形成平整的暴裂面。隧道開挖方法主要采用上下臺階法施工（如下圖），Ⅴ級圍巖臺階長度按5～15米設置，Ⅳ級圍巖臺階長度根據(jù)實際情況按15～40米設置。
1.工程簡介
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，穿過太岳山脈。本隧道采用雙線分離式設計，左線全長10191.696米，右線全長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。隧道采用雙向四車道高速公路標準，設計速度80Km/h，全線設計車輛荷載采用公路-Ⅰ級。隧道凈空為5×10.25m；人行橫通道：限寬2.0m，限高2.50m；車行橫通道：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~弱風化，局部基巖表層覆蓋有第四系風積物，隧道穿過多處斷層破碎帶。隧址地下水類型主要為碎屑巖裂隙水。隧址區(qū)降水量受季風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。隧道主要圍巖類型包括Ⅳ級圍巖6605米、Ⅴ級圍巖655米、Ⅴ級圍巖淺埋段80米、Ⅴ級圍巖破碎帶1170米。寶塔山隧道3#斜井主要圍巖類型包括Ⅳ級圍巖374.954米、Ⅴ級圍巖515米 。
2.光面爆破設計
2.1光面爆破作用原理
光面爆破作用原理一般認為，光面爆破是周邊眼同時起爆，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，當巖體的極限抗拉強度小于此拉力時，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一步擴展，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：⑴根據(jù)圍巖特點，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嚴格控制周邊眼的裝藥量，盡可能將藥量沿眼長均勻分布。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，可借助導爆索（導爆線）來實現(xiàn)間隔裝藥。⑶采用毫秒微差有序起爆。論文參考網(wǎng)。要安排好開挖程序，使光面爆破具有良好的臨空面。
2.2光面爆破設計
2.2.1 光面爆破的起爆順序
起爆順序：掏糟炮眼→擴槽炮眼→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級圍巖，采用2號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爆雷管起爆。嚴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上均勻的分布，這是實現(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，光爆層厚度相對要小些。同時光面爆破與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造也有關(guān)系，堅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挖面邊緣0.1m～0.2m位置處，光爆孔的孔底朝隧道開挖輪廓線方向傾斜3°～5°。當光爆孔孔徑D為40mm時，周邊眼間距E=（10～16）D，寶塔山隧道在Ⅳ級圍巖中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)條件及計劃每班進度決定，炮眼深度按下式計算：L=每班進度計劃/炮眼利用率，按經(jīng)驗數(shù)據(jù)，掏槽眼應加深20cm。⑸裝藥量（Q）光面爆破裝藥量的計算，一是確定炸藥單耗量q,炸藥的單耗量對裝藥的效率、炮孔利用率、開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算：Q=q×V（其中，V=S×l）。式中：Q—總用藥量；q—單位用藥量；V—開挖體積；S—隧道斷面面積；l—掘進深度，即進尺。⑹炮眼數(shù)量（N）。炮眼數(shù)量取決于掘進斷面面積、巖石性能和炸藥性能�？讛�(shù)過少將造成大塊增多，周壁不平整，甚至會出現(xiàn)炸不開的情況；相反，孔數(shù)過多將使鑿巖工作量增大。根據(jù)經(jīng)驗公式，炮眼數(shù)目按下式計算：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標準藥卷，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，南石壁隧道在實行開挖時，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）都實行專人負責制。
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，間隔時間為25～100毫秒，且用同一段雷管同時起爆。
3隧道光面爆破施工
隧道開挖方法主要采用上下臺階法施工，Ⅴ級圍巖臺階長度按5～15米設置，Ⅳ級圍巖臺階長度根據(jù)實際情況按15～40米設置。
3.1 Ⅴ級圍巖爆破施工
S5型襯砌類型，施工時堅持“短進尺、弱爆破”的原則進行施工，開挖進尺宜控制在1.0m～1.5m/循環(huán)，進洞段根據(jù)圍巖的實際情況，可以控制在0.5m左右。施工時盡量采取人工輔以小型機具（風鎬等）配合長臂挖掘機直接進行開挖，若必須采用爆破開挖時，在征得監(jiān)理工程師許可后采取微振控制爆破技術(shù)，嚴格控制爆破規(guī)模，把對周邊圍巖的擾動減小到最低限度。采用短臺階法開挖，臺階長度為5～15m（詳見臺階法開挖示意圖），具體視圍巖情況而定。上臺階采用環(huán)形預留核心土開挖法施工，環(huán)形開挖長度1～1.5m，開挖周邊寬度1.5～2.5m，下半斷面拉中槽、馬口開挖逐步成型。
3.2 Ⅳ級圍巖爆破施工
Ⅳ級圍巖地段采取中長臺階法分步開挖，上臺階長度超前不宜超過40m，開挖循環(huán)進尺宜控制在1.5m～2.5m/循環(huán)，進洞段根據(jù)圍巖的實際情況，可以控制在1.0m～1.5m以內(nèi)。上斷面采用簡易鉆架、鑿巖機鉆眼，非電毫秒微差光面爆破開挖，下斷面圍巖情況較差時可以考慮拉中槽、馬口開挖逐步成型，采用簡易鉆架人工鑿巖機鉆眼。
3.3 鉆爆設計控制重點
基于以上原因，隧道洞身開挖在總體上采用光面爆破，以最大限度的減少對周邊圍巖的擾動，減少超挖量，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，提高初期支護的承載力。
影響超欠挖的因素有以下幾點：⑴、鉆孔精度；⑵、爆破技術(shù)；⑶、施工組織管理；⑷、測量放線；⑸、地質(zhì)條件變化；⑹、其它。
其中控制的重點是控制鉆孔精度、爆破和施工管理。本隧道對于鉆爆參數(shù)的選擇根據(jù)經(jīng)驗及工程類比進行，施工中通過觀察石質(zhì)情況并通過試炮修正確定。
3.4 周邊眼參數(shù)選擇
鉆孔技術(shù)對隧道超欠挖的影響主要是周邊眼的間距、外插角、開口位置和炮眼深度。
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，導爆索連接，導爆索用竹片和電工膠布與炸藥卷綁在一起。
3.6 爆破效果驗證
周邊輪廓基本符合設計要求，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，在圍巖壁面上無粉碎損傷，無明顯新生裂隙，對圍巖破壞輕微；爆破后圍巖穩(wěn)定，基本無剝落現(xiàn)象，循環(huán)進尺理想；石渣最大塊在35cm，渣堆集中，拋距28m左右。
4 結(jié)束語
光面爆破是通過正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，達到爆后巖面平整規(guī)則、輪廓線符合設計要求的一種控制爆破技術(shù)。它與傳統(tǒng)的爆破法相比，最顯著的特點是能有效的控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的穩(wěn)定，確保施工安全，同時，又可以減少超、欠挖，提高工程質(zhì)量和進度。
寶塔山隧道開挖全部實行光面爆破，開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，利于運輸，為后期鋪掛防水板以及二次襯砌施工縮短時間，節(jié)約施工成本。
參考文獻：
[1]JTJ042—94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S]
[2] 黃成光、丁敦榮。公路隧道施工。人民交通出版社。2002
