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【摘要】本文重点对公路隧道光面爆破法存在的问题以及设计、施工进行了探讨，以供参考。
【关键词】隧道；光面爆破；设计；施工
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
公路隧道由于地质条件的原因，造成光面爆破施工难度大。因此，要对光面爆破施工的设计和施工组织高度重视保证施工质量。
二、光面爆破存在问题
隧道及地下工程光面爆破技术是涉及数学、力学、工程地质学等众多学科和领域的综合性课题，目前在光面爆破机制、光面爆破参数、光面爆破控制管理等3个方面的研究还存在以下问题:
1、在光面爆破机制方面，现有爆破机制研究落后于工程实践，爆破设计依赖于设计者对地质条件的了解程度，大多参考工程经验做定性分析，评价指标单一，具有较大的主观性和片面性，特别是对光面爆破应力波和爆生气体的膨胀压力共同作用机理的研究中，应力波和爆生气体的能量各占多大比例，光面爆破成缝的主因，节理、裂隙发育岩体光面爆破的成缝机理，爆轰波理论，岩石特性，炸药能量向岩石的传递效率，岩石的动态断裂、破坏与成缝过程和掏槽孔的形成过程，爆破过程的数值模拟动态预测等，目前都缺少成熟的试验验证。
2、在光面爆破参数优化设计方面，由于受人为因素、施工条件、施工进度要求的影响，往往对爆破机制及爆破参数认识不足，没有从理论上探讨围岩(包括强度、节理裂隙发育程度、地下水及其它不良地质条件)、炮眼深度、周边眼密集系数、最小抵抗线、炮眼布置方式、不耦合系数、用药量、断面大小等因素对光面爆破效果的影响规律，没有从现场试验数据总结分析各影响因素对爆破效果的影响，没有得出一些科学实用的经验性公式。
3、在隧道及地下工程光面爆破控制管理方面，由于传统的光面爆破控制管理理论指标体系单一，而对光面爆破效果的评定仅凭人为观测，对于包括爆破面的平整度、爆破轮廓线的规则性与光滑度、超欠挖情况等具体爆破效果未进行分级与定量化处理，同时对隧道工程爆破开挖进尺与安全步距没有建立系统的理论，没有总结出符合隧道工程开挖普遍实用性的工程参考公式。
三、光面爆破设计
某省引红济石调水工程引水隧洞Ⅰ标项工程输水隧洞桩号0+009．56～3+000，全长2990．44m。设计以Ⅲ类围岩为主，次为Ⅳ类和Ⅴ类围岩，总体上围岩稳定性较好，洞室分布的大理岩及断层破碎带地段地下水较丰富。根据工程实际情况，以进口单方向掘进，全断面开挖方案。
1、光面爆破方案选择
为了使放炮后形成的断面轮廓基本符合设计要求，表面光滑，成型规整，减少对顶板的破坏，便于进行锚喷支护，本隧洞采用光面爆破开挖。针对不同的岩性、不同的断面形状与尺寸，通过选择合适的炸药品种与规格、合理的炮眼布置、装药量控制、装药结构等，可以达到较好的爆破效果。现以Ⅲ类围岩为例进行钻爆设计，其开挖断面的面积为11．93m。根据围岩情况及施工任务要求，确定循环进尺为2．0m，采用乳化炸药，周边眼采用空气间隔装药结构，其它炮眼采用连续柱状装药结构。采用火雷管和非电毫秒导爆管雷管起爆。
2、爆破参数确定
（1)周边眼的不偶合系数。
炮眼直径D与药卷直径d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1．5～3．43时，缓冲作用最佳，光爆效果最好。本隧洞采用YT－28风动凿岩机造孔，炮眼直径为42mm，为了达到良好的光爆效果，采用25mm的小药卷，此时不偶合系数为1．7效果较好。
（2)线装药密度q。
线装药密度q是指单位长度孔眼中的装药量(g/m)。适当的q值应该保证沿孔眼连线形成贯穿裂缝而保持新壁面的完整稳固。
（3)周边眼距E、最小抵抗线W。选择Ⅲ类围岩E为480mm，W为500mm。
3、掏槽方式
由于隧洞断面小，为了取得更好的掏槽效果，本设计采用直眼掏槽爆破。其优点是实施操作方便，容易被工人掌握，适用于软岩、中硬岩。
4、开挖爆破装药量
（1）炮眼数目
炮眼数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、隧洞成型的好坏。按下式计算炮眼数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳效果。
炮眼N=q×s/r×η
式中:q———炸药单耗量，取q=1．56kg/m;s———开挖面积，s=11．93m;r———每米长度炸药的药量，乳化炸药r=0．75kg/mη———炮眼装药系数，取η=0．7
经计算，N=35，根据以往施工经验，Ⅲ类围岩炮眼数在50个左右，本设计取N=50个。
（2）炮眼布置
初步设计炮眼布置如图1所示，共钻设50个炮眼。并在开挖过程中，根据岩性坚硬程度、岩层产状、岩体整体性的变化，对炮眼布置进行适当的调整。
图1炮眼布置(cm)
（3）开挖爆破装药量
根据炮眼布置图、炮眼总数、每循环炸药用量、周边孔装药量、同类工程及现场试验，确定各眼装药量
四、施工控制
1、测量控制
用全站仪、水准仪配合将激光导向仪固定安装在洞顶的适宜位置，并定期对激光导向仪的方向、高程进行校测，确保其导向正确。根据激光导向仪的指向位置划出开挖轮廓线，用红色油漆标识出掏槽孔，辅助孔、周边孔的准确位置，测设控制点，并将临时水准点和隧洞中心线控制点引至靠近掌子面不至于被破坏的地方，同时加强保护，每次测量放线时，都要对上一循环的开挖轮廓进行检查，并对检查结果及时进行分析，以作为调整爆破参数的实验依据。
2、定位与钻孔
炮眼布置好后，就可进行钻孔作业，钻孔采用YT－28气腿式风钻。钻孔时采用造孔台车，分层作业，由上而下进行钻孔。造孔台车又可作为喷锚支护和测量放线的操作平台。钻孔时每一钻孔深度必须符合设计要求，掏槽眼造孔应严格按爆破设计图控制位置、倾角和孔深，其孔位偏差不应大于5cm，周边眼沿轮廓线调整误差不大于5cm，外插角控制在2°～3°，眼底控制不超出开挖轮廓线10㎝。
3、清孔、装药
炮眼钻好后，用高压风进行清孔，将孔中的小石渣等清除干净，经检查深度和位置、倾角符合设计要求后，便可开始装药，装药必须按设计的段位进行，装药时，先用炮棍轻轻送入装有雷管的药卷，然后依次装入其它药卷，每孔药装完后，用炮泥封堵。
4、爆破
当装药完成后，经检查每孔段位准确无误后，将各非电毫秒雷管捆绑在起爆药包上，设备、人员撤离到安全地点后，火雷管起爆。
五、光面爆破的质量控制
光面爆破与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地利用不耦合装药控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩自身的稳定性，确保施工安全及减少超挖、杜绝欠挖。
因此，控制超欠挖是光面爆破质量控制的关键。根据云雾山隧道的特点，采用以下几项措施：
1、根据地质情况，采取不同的措施控制因层理节理对超欠挖的影响。据以往施工经验，对水平或缓倾岩层，一般拱部超挖较大，而边墙则易出现欠挖，且成形较差。对垂直层理，拱腰和拱脚处易出现欠挖。对倾斜层理，一般超欠挖和成形都较易控制，但在沿纵向某些部位则容易产生松动掉块，增大超挖量。针对以上情况，通过调整周边眼位置、装药量或其它辅助方法等措施来控制超欠挖。
（1）在水平层理地段根据层厚情况，V级围岩地段拱部炮眼可内移5～10cm。Ⅱ、Ⅲ级围岩拱部则减少装药，边墙部位周边适当加密炮眼，减少单孔线装药量。
（2）在垂直层理地段，适当减弱边墙部装药量，拱部周边眼药量相对边墙略大。
（3）在倾斜层理地段，应尽量使周边眼全长均匀装药，在周边局部采取一些辅助措施。
（4）尽量避免沿层理面钻孔，重视做好喷锚网等初期支护。
2、优化周边眼装药方法
Ⅱ、Ⅲ级围岩地段实行空气间隔装药，导爆索串联，岩石整体性好时，可适当增加药量，在软弱破碎围岩地段，应减小装药量，周边眼可隔眼装药或只装导爆索；特殊地段可实施预留光爆层法施工。
3、严格控制作业质量
（1）提高测量放样精度和钻孔精度，钻眼前用插杆法定出隧道掘进方向，以便于钻工掌握周边眼的外插角，也可利用激光指向仪辅助钻孔定向。加强司钻工的操作水平和责任心。
（2）以往施工发现，由于现有风枪的结构特点，常会出现“左欠右超”的现象，测量人员在放线时可适当加以调整消除。
（3）钻眼时，周边眼和掏槽眼的钻眼精度控制在3cm～5cm以内。
（4）周边眼的外插角应随眼深的变化而变化，原则是使两茬炮的衔接台阶小于15cm。
（5）根据工作面眼口位置岩面的凹凸程度调整炮眼深度，以保证眼底在同一平面上。
（6）所有炮眼均应堵塞炮泥，堵塞长度20～40cm。
4、加强现场管理，实行程序化、规范化、标准化作业。
六、结束语
总之，要保证光面爆破的效果，就要对爆破参数和施工现场进行严格管理，在施工中对地质条件变化周密掌握，以保证施工质量和进度。
参考文献:
［1］王宇锋，梅甫定，林增勇，等．光爆技术在小断面巷道掘进中的应用［J］．爆破，2007，24(103)):39－41．
［2］何广沂．工程爆破技術［M］．北京:中国铁道出版社，2012
【关键词】隧道；光面爆破；设计；施工
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
公路隧道由于地质条件的原因，造成光面爆破施工难度大。因此，要对光面爆破施工的设计和施工组织高度重视保证施工质量。
二、光面爆破存在问题
隧道及地下工程光面爆破技术是涉及数学、力学、工程地质学等众多学科和领域的综合性课题，目前在光面爆破机制、光面爆破参数、光面爆破控制管理等3个方面的研究还存在以下问题:
1、在光面爆破机制方面，现有爆破机制研究落后于工程实践，爆破设计依赖于设计者对地质条件的了解程度，大多参考工程经验做定性分析，评价指标单一，具有较大的主观性和片面性，特别是对光面爆破应力波和爆生气体的膨胀压力共同作用机理的研究中，应力波和爆生气体的能量各占多大比例，光面爆破成缝的主因，节理、裂隙发育岩体光面爆破的成缝机理，爆轰波理论，岩石特性，炸药能量向岩石的传递效率，岩石的动态断裂、破坏与成缝过程和掏槽孔的形成过程，爆破过程的数值模拟动态预测等，目前都缺少成熟的试验验证。
2、在光面爆破参数优化设计方面，由于受人为因素、施工条件、施工进度要求的影响，往往对爆破机制及爆破参数认识不足，没有从理论上探讨围岩(包括强度、节理裂隙发育程度、地下水及其它不良地质条件)、炮眼深度、周边眼密集系数、最小抵抗线、炮眼布置方式、不耦合系数、用药量、断面大小等因素对光面爆破效果的影响规律，没有从现场试验数据总结分析各影响因素对爆破效果的影响，没有得出一些科学实用的经验性公式。
3、在隧道及地下工程光面爆破控制管理方面，由于传统的光面爆破控制管理理论指标体系单一，而对光面爆破效果的评定仅凭人为观测，对于包括爆破面的平整度、爆破轮廓线的规则性与光滑度、超欠挖情况等具体爆破效果未进行分级与定量化处理，同时对隧道工程爆破开挖进尺与安全步距没有建立系统的理论，没有总结出符合隧道工程开挖普遍实用性的工程参考公式。
三、光面爆破设计
某省引红济石调水工程引水隧洞Ⅰ标项工程输水隧洞桩号0+009．56～3+000，全长2990．44m。设计以Ⅲ类围岩为主，次为Ⅳ类和Ⅴ类围岩，总体上围岩稳定性较好，洞室分布的大理岩及断层破碎带地段地下水较丰富。根据工程实际情况，以进口单方向掘进，全断面开挖方案。
1、光面爆破方案选择
为了使放炮后形成的断面轮廓基本符合设计要求，表面光滑，成型规整，减少对顶板的破坏，便于进行锚喷支护，本隧洞采用光面爆破开挖。针对不同的岩性、不同的断面形状与尺寸，通过选择合适的炸药品种与规格、合理的炮眼布置、装药量控制、装药结构等，可以达到较好的爆破效果。现以Ⅲ类围岩为例进行钻爆设计，其开挖断面的面积为11．93m。根据围岩情况及施工任务要求，确定循环进尺为2．0m，采用乳化炸药，周边眼采用空气间隔装药结构，其它炮眼采用连续柱状装药结构。采用火雷管和非电毫秒导爆管雷管起爆。
2、爆破参数确定
（1)周边眼的不偶合系数。
炮眼直径D与药卷直径d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1．5～3．43时，缓冲作用最佳，光爆效果最好。本隧洞采用YT－28风动凿岩机造孔，炮眼直径为42mm，为了达到良好的光爆效果，采用25mm的小药卷，此时不偶合系数为1．7效果较好。
（2)线装药密度q。
线装药密度q是指单位长度孔眼中的装药量(g/m)。适当的q值应该保证沿孔眼连线形成贯穿裂缝而保持新壁面的完整稳固。
（3)周边眼距E、最小抵抗线W。选择Ⅲ类围岩E为480mm，W为500mm。
3、掏槽方式
由于隧洞断面小，为了取得更好的掏槽效果，本设计采用直眼掏槽爆破。其优点是实施操作方便，容易被工人掌握，适用于软岩、中硬岩。
4、开挖爆破装药量
（1）炮眼数目
炮眼数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、隧洞成型的好坏。按下式计算炮眼数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳效果。
炮眼N=q×s/r×η
式中:q———炸药单耗量，取q=1．56kg/m;s———开挖面积，s=11．93m;r———每米长度炸药的药量，乳化炸药r=0．75kg/mη———炮眼装药系数，取η=0．7
经计算，N=35，根据以往施工经验，Ⅲ类围岩炮眼数在50个左右，本设计取N=50个。
（2）炮眼布置
初步设计炮眼布置如图1所示，共钻设50个炮眼。并在开挖过程中，根据岩性坚硬程度、岩层产状、岩体整体性的变化，对炮眼布置进行适当的调整。
图1炮眼布置(cm)
（3）开挖爆破装药量
根据炮眼布置图、炮眼总数、每循环炸药用量、周边孔装药量、同类工程及现场试验，确定各眼装药量
四、施工控制
1、测量控制
用全站仪、水准仪配合将激光导向仪固定安装在洞顶的适宜位置，并定期对激光导向仪的方向、高程进行校测，确保其导向正确。根据激光导向仪的指向位置划出开挖轮廓线，用红色油漆标识出掏槽孔，辅助孔、周边孔的准确位置，测设控制点，并将临时水准点和隧洞中心线控制点引至靠近掌子面不至于被破坏的地方，同时加强保护，每次测量放线时，都要对上一循环的开挖轮廓进行检查，并对检查结果及时进行分析，以作为调整爆破参数的实验依据。
2、定位与钻孔
炮眼布置好后，就可进行钻孔作业，钻孔采用YT－28气腿式风钻。钻孔时采用造孔台车，分层作业，由上而下进行钻孔。造孔台车又可作为喷锚支护和测量放线的操作平台。钻孔时每一钻孔深度必须符合设计要求，掏槽眼造孔应严格按爆破设计图控制位置、倾角和孔深，其孔位偏差不应大于5cm，周边眼沿轮廓线调整误差不大于5cm，外插角控制在2°～3°，眼底控制不超出开挖轮廓线10㎝。
3、清孔、装药
炮眼钻好后，用高压风进行清孔，将孔中的小石渣等清除干净，经检查深度和位置、倾角符合设计要求后，便可开始装药，装药必须按设计的段位进行，装药时，先用炮棍轻轻送入装有雷管的药卷，然后依次装入其它药卷，每孔药装完后，用炮泥封堵。
4、爆破
当装药完成后，经检查每孔段位准确无误后，将各非电毫秒雷管捆绑在起爆药包上，设备、人员撤离到安全地点后，火雷管起爆。
五、光面爆破的质量控制
光面爆破与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地利用不耦合装药控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩自身的稳定性，确保施工安全及减少超挖、杜绝欠挖。
因此，控制超欠挖是光面爆破质量控制的关键。根据云雾山隧道的特点，采用以下几项措施：
1、根据地质情况，采取不同的措施控制因层理节理对超欠挖的影响。据以往施工经验，对水平或缓倾岩层，一般拱部超挖较大，而边墙则易出现欠挖，且成形较差。对垂直层理，拱腰和拱脚处易出现欠挖。对倾斜层理，一般超欠挖和成形都较易控制，但在沿纵向某些部位则容易产生松动掉块，增大超挖量。针对以上情况，通过调整周边眼位置、装药量或其它辅助方法等措施来控制超欠挖。
（1）在水平层理地段根据层厚情况，V级围岩地段拱部炮眼可内移5～10cm。Ⅱ、Ⅲ级围岩拱部则减少装药，边墙部位周边适当加密炮眼，减少单孔线装药量。
（2）在垂直层理地段，适当减弱边墙部装药量，拱部周边眼药量相对边墙略大。
（3）在倾斜层理地段，应尽量使周边眼全长均匀装药，在周边局部采取一些辅助措施。
（4）尽量避免沿层理面钻孔，重视做好喷锚网等初期支护。
2、优化周边眼装药方法
Ⅱ、Ⅲ级围岩地段实行空气间隔装药，导爆索串联，岩石整体性好时，可适当增加药量，在软弱破碎围岩地段，应减小装药量，周边眼可隔眼装药或只装导爆索；特殊地段可实施预留光爆层法施工。
3、严格控制作业质量
（1）提高测量放样精度和钻孔精度，钻眼前用插杆法定出隧道掘进方向，以便于钻工掌握周边眼的外插角，也可利用激光指向仪辅助钻孔定向。加强司钻工的操作水平和责任心。
（2）以往施工发现，由于现有风枪的结构特点，常会出现“左欠右超”的现象，测量人员在放线时可适当加以调整消除。
（3）钻眼时，周边眼和掏槽眼的钻眼精度控制在3cm～5cm以内。
（4）周边眼的外插角应随眼深的变化而变化，原则是使两茬炮的衔接台阶小于15cm。
（5）根据工作面眼口位置岩面的凹凸程度调整炮眼深度，以保证眼底在同一平面上。
（6）所有炮眼均应堵塞炮泥，堵塞长度20～40cm。
4、加强现场管理，实行程序化、规范化、标准化作业。
六、结束语
总之，要保证光面爆破的效果，就要对爆破参数和施工现场进行严格管理，在施工中对地质条件变化周密掌握，以保证施工质量和进度。
参考文献:
［1］王宇锋，梅甫定，林增勇，等．光爆技术在小断面巷道掘进中的应用［J］．爆破，2007，24(103)):39－41．
［2］何广沂．工程爆破技術［M］．北京:中国铁道出版社，2012