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摘要：结合石忠高速公路吕家梁隧道采用预裂爆破及光面爆破的施工技术，并在成缝机理、质量控制、爆破参数设计、装药结构与起爆等四个方面作了具体阐述。
关键词：预裂爆破 光面爆破 施工技术
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
1 工程概况
吕家梁隧道单洞全长为左线6.66公里和右线6.67公里，我部施工的部分单洞长度为左线3349米和右线3332米。该段隧道地质结构一般，洞身部分段落存在煤层，未有大的断层、破碎带等不良地质现象，亦无岩溶、矿坑、有毒、有害气体存在。岩体主要存在三组发育节理，岩层倾角一般为6~10°，隧道进出口处岩体呈块碎状镶嵌结构，洞身岩体为水平层理，呈薄层状镶嵌结构夹杂大块状砌体结构。
2 施工技术
为保证保留岩体按设计轮廓面成型并防止围岩破坏，须采用轮廓控制爆破技术。常用的轮廓控制爆破技术包括预裂爆破和光面爆破。所谓预裂爆破，就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。
预裂爆破和光面爆破在该项目上经过多次试验及总结经验，在石忠项目上得到了广泛推广。
2.1成缝机理
预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面，两者成缝机理基本一致。现以预裂缝为例论述它们的成缝机理。
预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石动抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。
2.2质量控制标准
1）开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比率。一般，对节理裂隙极发育的岩体，一般应使炮孔痕迹率达到10％～50％；节理裂隙中等发育者应达50％～80％；节理裂隙不发育者应达80％以上。围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。
2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为±15cm。
3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1cm。实践中表明，对软岩（如洞口处的泥质粉砂岩），预裂缝宽度可达2cm以上，而且只有达到2cm以上时，才能起到有效的隔震作用；但对坚硬岩石，预裂缝宽度难以达到1cm。经多次检测，在Ⅳ类围岩段落的砂岩预裂缝宽仅为3~5mm，仍可起到有效隔震作用。地下工程预裂缝宽度比露天工程小得多，一般仅达0.3～0.5cm。因此，预裂缝的宽度标准与岩性及工程部位有关，应通过现场试验最终确定。
4）影响轮廓爆破质量的因素，除爆破参数外，主要依赖于地质条件和钻孔精度。这是因为爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节理发展，而钻孔精度则是保证周边控爆质量的先决条件。
2.3参数设计
预裂爆破和光面爆破的参数设计一般采用工程类比法，并通过现场试验最终确定。
2.3.1预裂爆破参数
1）孔径隧洞开挖为40～80mm。
2）孔距与岩石特性、炸药性质、装药情况、开挖壁面平整度要求和孔径大小有关。孔距一般为孔径的7～12倍。爆破质量要求高、岩质软弱、裂隙发育者取小值。
3）装药不偶合系数不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取2～5。
4）线装药密度线装药密度是单位长度炮孔的平均装药量。影响预裂爆破参数的因素复杂，很难从理论上推导出严格的计算公式，以经验公式为主，目前国内较常用公式的基本形式为：
QX = K［σc］α［a］β［d］γ （公式1）
式中，QX—预裂爆破的线装药密度，kg/m；
σc—岩石的极限抗压强度，MPa；
a —炮孔间距，m；
d —钻孔直径，mm；
K、α、β和γ—经验系数。
随岩性不同，预裂爆破的线装药密度一般为200～500g/m。为克服岩石对孔底的夹制作用，孔底段应加大线装药密度到2～5倍。
2.3.2光面爆破参数
1）光面爆破层厚度即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的10～20倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。
2）孔距一般为光面爆破层厚度的0.75～0.90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。
3）钻孔直径及装药不偶合系数不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取2～5。
4）线装药密度Qx 一般按照松动爆破药量计算公式确定：
QX = qaW（公式2）
式中： q—松动爆破单耗，kg/m3；
a—光面爆破孔间距，m；
W—光面爆破层厚度，m。
2.4装药结构与起爆
2.4.1装药结构
1）堵塞段堵塞段的作用是延长爆生气体的作用时间，且保证孔口段只产生裂缝而不出现爆破漏斗，对深孔爆破该段长一般取0.5～1.5m。
2）孔底加强段段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用，故需用较大的线装药密度。
3）均匀装药段该段一般为轴向间隔不偶合装药，并要求沿孔轴线方向均匀分布。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心。国外一般用炮孔中心定位器定位，国内一般是将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位。
2.4.2起爆
为保证同时起爆，预裂爆破和光面爆破一般都用导爆索起爆，并通常采用分段并联法。由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏。为保证周边孔准爆，对光面爆破孔可采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法。预裂孔若与主爆区炮孔组成同一网路起爆，则预裂孔应超前第一排主爆孔75～100ms起爆。
3 结束语
1）对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段预裂爆破施工工艺，增加了施工安全度，提高隧道洞口围岩的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
2）洞内预裂爆破、光面爆破相结合，减小了对围岩的扰动，并加强了超欠挖控制，为节约工程施工成本起到了决定性的作用。
3）预裂爆破、光面爆破施工工藝的推广，有效的提高隧道施工技术水平，为今后隧道施工积累了丰富的经验。
关键词：预裂爆破 光面爆破 施工技术
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
1 工程概况
吕家梁隧道单洞全长为左线6.66公里和右线6.67公里，我部施工的部分单洞长度为左线3349米和右线3332米。该段隧道地质结构一般，洞身部分段落存在煤层，未有大的断层、破碎带等不良地质现象，亦无岩溶、矿坑、有毒、有害气体存在。岩体主要存在三组发育节理，岩层倾角一般为6~10°，隧道进出口处岩体呈块碎状镶嵌结构，洞身岩体为水平层理，呈薄层状镶嵌结构夹杂大块状砌体结构。
2 施工技术
为保证保留岩体按设计轮廓面成型并防止围岩破坏，须采用轮廓控制爆破技术。常用的轮廓控制爆破技术包括预裂爆破和光面爆破。所谓预裂爆破，就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。
预裂爆破和光面爆破在该项目上经过多次试验及总结经验，在石忠项目上得到了广泛推广。
2.1成缝机理
预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面，两者成缝机理基本一致。现以预裂缝为例论述它们的成缝机理。
预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石动抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。
2.2质量控制标准
1）开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比率。一般，对节理裂隙极发育的岩体，一般应使炮孔痕迹率达到10％～50％；节理裂隙中等发育者应达50％～80％；节理裂隙不发育者应达80％以上。围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。
2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为±15cm。
3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1cm。实践中表明，对软岩（如洞口处的泥质粉砂岩），预裂缝宽度可达2cm以上，而且只有达到2cm以上时，才能起到有效的隔震作用；但对坚硬岩石，预裂缝宽度难以达到1cm。经多次检测，在Ⅳ类围岩段落的砂岩预裂缝宽仅为3~5mm，仍可起到有效隔震作用。地下工程预裂缝宽度比露天工程小得多，一般仅达0.3～0.5cm。因此，预裂缝的宽度标准与岩性及工程部位有关，应通过现场试验最终确定。
4）影响轮廓爆破质量的因素，除爆破参数外，主要依赖于地质条件和钻孔精度。这是因为爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节理发展，而钻孔精度则是保证周边控爆质量的先决条件。
2.3参数设计
预裂爆破和光面爆破的参数设计一般采用工程类比法，并通过现场试验最终确定。
2.3.1预裂爆破参数
1）孔径隧洞开挖为40～80mm。
2）孔距与岩石特性、炸药性质、装药情况、开挖壁面平整度要求和孔径大小有关。孔距一般为孔径的7～12倍。爆破质量要求高、岩质软弱、裂隙发育者取小值。
3）装药不偶合系数不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取2～5。
4）线装药密度线装药密度是单位长度炮孔的平均装药量。影响预裂爆破参数的因素复杂，很难从理论上推导出严格的计算公式，以经验公式为主，目前国内较常用公式的基本形式为：
QX = K［σc］α［a］β［d］γ （公式1）
式中，QX—预裂爆破的线装药密度，kg/m；
σc—岩石的极限抗压强度，MPa；
a —炮孔间距，m；
d —钻孔直径，mm；
K、α、β和γ—经验系数。
随岩性不同，预裂爆破的线装药密度一般为200～500g/m。为克服岩石对孔底的夹制作用，孔底段应加大线装药密度到2～5倍。
2.3.2光面爆破参数
1）光面爆破层厚度即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的10～20倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。
2）孔距一般为光面爆破层厚度的0.75～0.90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。
3）钻孔直径及装药不偶合系数不偶合系数指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取2～5。
4）线装药密度Qx 一般按照松动爆破药量计算公式确定：
QX = qaW（公式2）
式中： q—松动爆破单耗，kg/m3；
a—光面爆破孔间距，m；
W—光面爆破层厚度，m。
2.4装药结构与起爆
2.4.1装药结构
1）堵塞段堵塞段的作用是延长爆生气体的作用时间，且保证孔口段只产生裂缝而不出现爆破漏斗，对深孔爆破该段长一般取0.5～1.5m。
2）孔底加强段段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用，故需用较大的线装药密度。
3）均匀装药段该段一般为轴向间隔不偶合装药，并要求沿孔轴线方向均匀分布。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心。国外一般用炮孔中心定位器定位，国内一般是将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位。
2.4.2起爆
为保证同时起爆，预裂爆破和光面爆破一般都用导爆索起爆，并通常采用分段并联法。由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏。为保证周边孔准爆，对光面爆破孔可采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法。预裂孔若与主爆区炮孔组成同一网路起爆，则预裂孔应超前第一排主爆孔75～100ms起爆。
3 结束语
1）对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段预裂爆破施工工艺，增加了施工安全度，提高隧道洞口围岩的长期稳定性，具有显著的经济效益和社会效益。
2）洞内预裂爆破、光面爆破相结合，减小了对围岩的扰动，并加强了超欠挖控制，为节约工程施工成本起到了决定性的作用。
3）预裂爆破、光面爆破施工工藝的推广，有效的提高隧道施工技术水平，为今后隧道施工积累了丰富的经验。