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【摘 要】本文主要针对光面爆破技术以及其在隧道施工中的应用进行了分析研究。
【关键词】光面爆破技术；隧道施工；应用
一、工程概况
钟寨隧道起讫里程HD1K415+685～HD1K417+935，进口到出口设置为下坡，进口HD1K415+685～HD1K417+400坡度为1.1‰下坡，HD1K417+400～HD1K417+935出口端为9.7‰下坡。HD1K416+900～HD1K417+010下穿乡村公路，隧道为单孔单线，覆盖层薄，地下水有松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水，对砼无腐蚀性。
钟寨隧道出口位于老贵阳北站附近，隧道附近有乡村公路通过，交通运输条件较方便。本隧道为单线货运铁路隧道，设计起始里程HD1K415+685，终点里程HD1K417+935，全长2250m。分为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩。
二、光面爆破的必要性
由于该隧道埋深相对较大、岩层主要为砂岩或泥岩水平走向，故使用光面爆破技术，有利于降低对围岩的扰动，减弱地应力的集中，保证施工能安全、快速地进行。
做好光面爆破，控制好超欠挖，在保证了开挖质量的同时，降低了喷射砼、二次衬砌砼的回填量，减少了防水材料的浪费，从降低生产成本、提高企业经济效益的角度讲，实施光面爆破有其必要性。
三、光面爆破技术的原理与优点
1、光面爆破技术的基本原理
爆破的过程是瞬间发生的，在一个密封的炮孔内其膨胀气体压力可达十万个大气压，其传播速度3～5km/s，炮孔周围岩石在受到巨大的压力而破碎，在破碎区以外岩体内产生很大的切向应变和应力。因此，在实际爆破操作中，可以利用其规律，炮孔按照一定距离沿预定的轮廓线进行布置，待装药后使用同一段发雷管起爆，孔与孔之间岩石在爆生压力的作用下，产生拉伸应力，孔间岩石形成裂缝并沿轮廓线贯通，从而达到光面爆破的效果。
2、光面爆破技术的优点
2.1隧道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承載能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。
2.2在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。
2.3隧道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。
2.4由于隧道成型规整，凹凸很少，除增强隧道本身稳定性外，也减少了隧道的维护量，在有瓦斯的隧道则不易产生瓦斯局部聚集。
四、光面爆破技术在隧道施工中的应用
1、光爆设计
光爆层厚度、光爆孔间距、线装药密集度及不耦合系数等光爆参数是实现光爆效果的决定性因素，掏槽孔的爆破效果是整个断面进尺的制约因素，因此，光爆设计的核心内容是光爆参数的选定和掏槽方式的选取。本工程使用自制台车配合5把气腿式风钻人工钻孔，本文以Ⅱ、Ⅲ类围岩全断面开挖为例，进行系统分析和实验，Ⅳ、Ⅴ类围岩可依此方法进行调整。
1.1光爆参数选定结合本工程围岩情况，参考经验数据，得出理论数值，在实际施工中进行验证、调整，最终确定适合本工程的光爆参数。
1.1.1不耦合系数。不耦合系数即光爆孔与药卷直径的比值。药卷直径小于孔径时，炸药爆破产生的能量通过可压缩性高的空气传至岩面，空气吸收部分能量，从而保护岩面完整性，保证炮孔保存率。不耦合系数参照表1选值。本工程采用Φ42mm“一”字合金钻头，周边孔采用Φ32mm光爆炸药，不耦合系数为1.31，符合经验数据范围。
1.1.2光爆孔密集系数。光爆孔密集系数K即光爆孔间距a与光爆层厚度W的比值，光爆层厚度即光爆孔最小抵抗线。K值小，炮孔间距小，岩体能更精确的沿炮孔连心线裂开，相应的炮孔数量多，经济性不好；K值过大，炮孔间距大于最小抵抗线，导致炮孔独立爆破，引起炮孔间“挂口”（光爆孔间未能全部爆掉，形成锥形欠挖）现象，补炮处理同样不经济。一般情况下K值是一个小于1的数字，通常取K=0.8左右。
1.1.3线装药密集度。光爆孔的装药量可按下式初步确定：Q=q*a*W*L
其中q为定额确定的单位炸药消耗量，单位kg/m3；L为光爆孔的平均深度，单位m；其它符号同前，则线装药密度：Qx=Q/L=q*a*W。
1.1.4光爆孔数量。直墙段及半圆拱布置光爆孔，按照0.45m间距计算，直墙段光爆孔数量G1为14个（底角孔算为底板孔），半圆拱光爆孔数量G2为13个，故光爆孔总量G=G1+G2=27个。内圈孔与光爆孔间距为光爆层厚度，内圈孔间距考虑等同于光爆层厚度，因此内圈孔的数量计算可参照光爆孔计算。
2、掏槽眼的确定
掏槽技术要为开挖爆破创造一个新的临空面，影响着炮眼的利用率和开挖进尺。它是隧道爆破的关键之一。分析隧道围岩的整体性能、岩性特点、开挖断面的大小、施工队伍的施钻技术水平、钻机钻进速度、开挖循环时间、炮眼数量、装药量、爆破的震动强度、对围岩的扰动等因素。经过比选直眼掏槽与斜眼掏槽的优缺点，最终确定采用斜眼楔型掏槽方式。掏槽眼开口间距：B=2×344×cos54°+0.2=4.24m，确定为4.2m。
3、槽方式选取
掏槽孔最先起爆，为辅助孔爆破提供临空面，因此，掏槽孔的良好爆破对后续孔的爆破将产生决定性影响。掏槽孔分为直孔、斜孔和混合掏槽三种。本工程从直孔掏槽和斜孔掏槽入手考虑。
3.1直孔掏槽炮孔布置。直孔掏槽炮孔深度受开挖断面尺寸影响小，可利用较深的掏槽提高循环进尺，渣堆相对集中，有利于控制尺寸。但需较多的炮孔数目、毫秒雷管段数和较多的炸药，同时要求操作工人必须具备熟练的钻孔操作技术，以达到较高的钻孔精度，避免串孔现象。 3.2斜孔掏槽炮孔布置。斜孔掏槽孔数较少，易操作，掏槽面积较大，所用雷管段位较少，但斜孔掏槽抛渣较远，受隧洞宽度影响较大，进尺相对较少。本工程拟采用垂直斜孔掏槽，设计进尺2m，根据经验拟定掏槽孔切入点为距边墙1.1m处，掏槽深度2.5m，掏槽孔与掌子面夹角为72°，孔底间距0.2m。
4、爆破试验分析
4.1爆破器材的选用
主爆药要采用爆炸性能、抗水性能、安全性能均较好及环境污染小的2#岩石乳化炸药，规格为Φ32mm×200m；（2）周边眼采用直径为25mm的药卷，装药结构是用竹片绑扎，进行间隔装药；（3）起爆材料采用1～20段的非电毫秒雷管起爆，塑料导爆管引爆，其中雷管，导爆索是作为网络起爆用。
4.2钻孔爆破
按照放样点位钻进，过程中复核角度，控制钻孔精度，保证掏槽孔每米偏差5cm内，周边孔外插角小于3°。按照设计炸药量及雷管段位进行装药。装药时使用木质或竹制杆送药，不可过快，防止孔口岩石划破毫秒管导致拒爆。光爆孔均采用有加强底药的间隔装药，使用导爆索引爆，其他孔连续装药。掏槽孔反向装药，其他孔正向装药。炮泥堵孔，不少于0.4m。
4.3装药密度
装药密度是指单位体积的空间应该填装的炸药量。炸药量对光面爆破的爆破效果影响巨大，因此，我们在实际工程中，应该采取不同岩石采用不同的装药量。而裝药密度其值应该保证沿孔眼线形成贯穿裂缝而保持新岩面的完整稳固性。周边眼装药密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，效果最好。
4.4 炮后检查、效果分析
响炮后立即通风，待洞内空气质量合格后各方人员共同进入到掌子面，观察有无挂口、盲炮，如有盲炮及时处理。出渣完后再次进入到掌子面，实测进尺及洞轮廓线，观察底孔存留情况及周边半孔率，分析做出调整，进入下一个实验循环。
4.5 经济技术指标
每循环钻爆的平均钻孔数量143个，实际开挖断面71.11m2、单位面积钻孔2.01个/m2，平均每循环炸药消耗量201.9kg，单位岩石体积炸药消耗量1.01kg/m3，单位体积非电毫秒雷管消耗量0.72发/m3。
五、隧道施工中光面爆破技术质量控制措施
在控制施工技术质量的过程中，首先要控制周边眼的不耦合系数，不耦合系数它是炮孔直径与药包直径之比，一般取值范围在1.0～2.0，若孔距小的情况下取大值，岩石抗压强度大时取小值。在实际工程中，根据相关资料显示当不耦合系数取值在1.5～3.4范围时，其缓冲效果最佳，光爆效果好；其次，合理控制炮眼间距，周边眼在爆炸之后，会激起应力波，应力波在各自炮孔壁上产生初始裂缝，然后在静压的作用下沿周边眼链接方向成贯通的裂缝，因此炮眼之间的间距要平衡；再者，起爆时间隔，周边眼使用不同毫秒的电雷管对爆破效果有一定的影响。起爆时间低于100ms，爆破效果好；同时要合理选择炸药，实践证明深孔光面爆破选择硝铵、乳化效果比较好，其中乳化爆速高，效果更佳；最后还要控制钻孔的质量，在钻孔时，要根据岩石硬度做出相应的改变。在硬岩中，周边眼口应该在轮廓线上，眼底不宜超过轮廓线外100mm；而在软岩中，周边眼口该在轮廓线内100mm左右，眼底处于轮廓线上。
结束语
综上所述，光面爆破技术是隧道施工中的重要技术，因此，只有合理控制光面爆破技术，才能更好地促进隧道施工质量的提高，进而促进整个工程的发展和进步。
参考文献：
[1]涂旭东，程寿山，和海芳. 光面爆破技术在中条山隧道施工中的应用[J]. 公路交通科技（应用技术版），2011，05：145-147.
[2]朱小坚. 光面爆破技术在隧道施工中的应用[J]. 科技风，2011，23：67.
[3]陈明辉，翁敦理. 光面爆破技术在城市地铁隧道施工中的应用[J]. 现代隧道技术，2012，02：132-136.
【关键词】光面爆破技术；隧道施工；应用
一、工程概况
钟寨隧道起讫里程HD1K415+685～HD1K417+935，进口到出口设置为下坡，进口HD1K415+685～HD1K417+400坡度为1.1‰下坡，HD1K417+400～HD1K417+935出口端为9.7‰下坡。HD1K416+900～HD1K417+010下穿乡村公路，隧道为单孔单线，覆盖层薄，地下水有松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水，对砼无腐蚀性。
钟寨隧道出口位于老贵阳北站附近，隧道附近有乡村公路通过，交通运输条件较方便。本隧道为单线货运铁路隧道，设计起始里程HD1K415+685，终点里程HD1K417+935，全长2250m。分为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩。
二、光面爆破的必要性
由于该隧道埋深相对较大、岩层主要为砂岩或泥岩水平走向，故使用光面爆破技术，有利于降低对围岩的扰动，减弱地应力的集中，保证施工能安全、快速地进行。
做好光面爆破，控制好超欠挖，在保证了开挖质量的同时，降低了喷射砼、二次衬砌砼的回填量，减少了防水材料的浪费，从降低生产成本、提高企业经济效益的角度讲，实施光面爆破有其必要性。
三、光面爆破技术的原理与优点
1、光面爆破技术的基本原理
爆破的过程是瞬间发生的，在一个密封的炮孔内其膨胀气体压力可达十万个大气压，其传播速度3～5km/s，炮孔周围岩石在受到巨大的压力而破碎，在破碎区以外岩体内产生很大的切向应变和应力。因此，在实际爆破操作中，可以利用其规律，炮孔按照一定距离沿预定的轮廓线进行布置，待装药后使用同一段发雷管起爆，孔与孔之间岩石在爆生压力的作用下，产生拉伸应力，孔间岩石形成裂缝并沿轮廓线贯通，从而达到光面爆破的效果。
2、光面爆破技术的优点
2.1隧道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承載能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。
2.2在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。
2.3隧道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。
2.4由于隧道成型规整，凹凸很少，除增强隧道本身稳定性外，也减少了隧道的维护量，在有瓦斯的隧道则不易产生瓦斯局部聚集。
四、光面爆破技术在隧道施工中的应用
1、光爆设计
光爆层厚度、光爆孔间距、线装药密集度及不耦合系数等光爆参数是实现光爆效果的决定性因素，掏槽孔的爆破效果是整个断面进尺的制约因素，因此，光爆设计的核心内容是光爆参数的选定和掏槽方式的选取。本工程使用自制台车配合5把气腿式风钻人工钻孔，本文以Ⅱ、Ⅲ类围岩全断面开挖为例，进行系统分析和实验，Ⅳ、Ⅴ类围岩可依此方法进行调整。
1.1光爆参数选定结合本工程围岩情况，参考经验数据，得出理论数值，在实际施工中进行验证、调整，最终确定适合本工程的光爆参数。
1.1.1不耦合系数。不耦合系数即光爆孔与药卷直径的比值。药卷直径小于孔径时，炸药爆破产生的能量通过可压缩性高的空气传至岩面，空气吸收部分能量，从而保护岩面完整性，保证炮孔保存率。不耦合系数参照表1选值。本工程采用Φ42mm“一”字合金钻头，周边孔采用Φ32mm光爆炸药，不耦合系数为1.31，符合经验数据范围。
1.1.2光爆孔密集系数。光爆孔密集系数K即光爆孔间距a与光爆层厚度W的比值，光爆层厚度即光爆孔最小抵抗线。K值小，炮孔间距小，岩体能更精确的沿炮孔连心线裂开，相应的炮孔数量多，经济性不好；K值过大，炮孔间距大于最小抵抗线，导致炮孔独立爆破，引起炮孔间“挂口”（光爆孔间未能全部爆掉，形成锥形欠挖）现象，补炮处理同样不经济。一般情况下K值是一个小于1的数字，通常取K=0.8左右。
1.1.3线装药密集度。光爆孔的装药量可按下式初步确定：Q=q*a*W*L
其中q为定额确定的单位炸药消耗量，单位kg/m3；L为光爆孔的平均深度，单位m；其它符号同前，则线装药密度：Qx=Q/L=q*a*W。
1.1.4光爆孔数量。直墙段及半圆拱布置光爆孔，按照0.45m间距计算，直墙段光爆孔数量G1为14个（底角孔算为底板孔），半圆拱光爆孔数量G2为13个，故光爆孔总量G=G1+G2=27个。内圈孔与光爆孔间距为光爆层厚度，内圈孔间距考虑等同于光爆层厚度，因此内圈孔的数量计算可参照光爆孔计算。
2、掏槽眼的确定
掏槽技术要为开挖爆破创造一个新的临空面，影响着炮眼的利用率和开挖进尺。它是隧道爆破的关键之一。分析隧道围岩的整体性能、岩性特点、开挖断面的大小、施工队伍的施钻技术水平、钻机钻进速度、开挖循环时间、炮眼数量、装药量、爆破的震动强度、对围岩的扰动等因素。经过比选直眼掏槽与斜眼掏槽的优缺点，最终确定采用斜眼楔型掏槽方式。掏槽眼开口间距：B=2×344×cos54°+0.2=4.24m，确定为4.2m。
3、槽方式选取
掏槽孔最先起爆，为辅助孔爆破提供临空面，因此，掏槽孔的良好爆破对后续孔的爆破将产生决定性影响。掏槽孔分为直孔、斜孔和混合掏槽三种。本工程从直孔掏槽和斜孔掏槽入手考虑。
3.1直孔掏槽炮孔布置。直孔掏槽炮孔深度受开挖断面尺寸影响小，可利用较深的掏槽提高循环进尺，渣堆相对集中，有利于控制尺寸。但需较多的炮孔数目、毫秒雷管段数和较多的炸药，同时要求操作工人必须具备熟练的钻孔操作技术，以达到较高的钻孔精度，避免串孔现象。 3.2斜孔掏槽炮孔布置。斜孔掏槽孔数较少，易操作，掏槽面积较大，所用雷管段位较少，但斜孔掏槽抛渣较远，受隧洞宽度影响较大，进尺相对较少。本工程拟采用垂直斜孔掏槽，设计进尺2m，根据经验拟定掏槽孔切入点为距边墙1.1m处，掏槽深度2.5m，掏槽孔与掌子面夹角为72°，孔底间距0.2m。
4、爆破试验分析
4.1爆破器材的选用
主爆药要采用爆炸性能、抗水性能、安全性能均较好及环境污染小的2#岩石乳化炸药，规格为Φ32mm×200m；（2）周边眼采用直径为25mm的药卷，装药结构是用竹片绑扎，进行间隔装药；（3）起爆材料采用1～20段的非电毫秒雷管起爆，塑料导爆管引爆，其中雷管，导爆索是作为网络起爆用。
4.2钻孔爆破
按照放样点位钻进，过程中复核角度，控制钻孔精度，保证掏槽孔每米偏差5cm内，周边孔外插角小于3°。按照设计炸药量及雷管段位进行装药。装药时使用木质或竹制杆送药，不可过快，防止孔口岩石划破毫秒管导致拒爆。光爆孔均采用有加强底药的间隔装药，使用导爆索引爆，其他孔连续装药。掏槽孔反向装药，其他孔正向装药。炮泥堵孔，不少于0.4m。
4.3装药密度
装药密度是指单位体积的空间应该填装的炸药量。炸药量对光面爆破的爆破效果影响巨大，因此，我们在实际工程中，应该采取不同岩石采用不同的装药量。而裝药密度其值应该保证沿孔眼线形成贯穿裂缝而保持新岩面的完整稳固性。周边眼装药密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，效果最好。
4.4 炮后检查、效果分析
响炮后立即通风，待洞内空气质量合格后各方人员共同进入到掌子面，观察有无挂口、盲炮，如有盲炮及时处理。出渣完后再次进入到掌子面，实测进尺及洞轮廓线，观察底孔存留情况及周边半孔率，分析做出调整，进入下一个实验循环。
4.5 经济技术指标
每循环钻爆的平均钻孔数量143个，实际开挖断面71.11m2、单位面积钻孔2.01个/m2，平均每循环炸药消耗量201.9kg，单位岩石体积炸药消耗量1.01kg/m3，单位体积非电毫秒雷管消耗量0.72发/m3。
五、隧道施工中光面爆破技术质量控制措施
在控制施工技术质量的过程中，首先要控制周边眼的不耦合系数，不耦合系数它是炮孔直径与药包直径之比，一般取值范围在1.0～2.0，若孔距小的情况下取大值，岩石抗压强度大时取小值。在实际工程中，根据相关资料显示当不耦合系数取值在1.5～3.4范围时，其缓冲效果最佳，光爆效果好；其次，合理控制炮眼间距，周边眼在爆炸之后，会激起应力波，应力波在各自炮孔壁上产生初始裂缝，然后在静压的作用下沿周边眼链接方向成贯通的裂缝，因此炮眼之间的间距要平衡；再者，起爆时间隔，周边眼使用不同毫秒的电雷管对爆破效果有一定的影响。起爆时间低于100ms，爆破效果好；同时要合理选择炸药，实践证明深孔光面爆破选择硝铵、乳化效果比较好，其中乳化爆速高，效果更佳；最后还要控制钻孔的质量，在钻孔时，要根据岩石硬度做出相应的改变。在硬岩中，周边眼口应该在轮廓线上，眼底不宜超过轮廓线外100mm；而在软岩中，周边眼口该在轮廓线内100mm左右，眼底处于轮廓线上。
结束语
综上所述，光面爆破技术是隧道施工中的重要技术，因此，只有合理控制光面爆破技术，才能更好地促进隧道施工质量的提高，进而促进整个工程的发展和进步。
参考文献：
[1]涂旭东，程寿山，和海芳. 光面爆破技术在中条山隧道施工中的应用[J]. 公路交通科技（应用技术版），2011，05：145-147.
[2]朱小坚. 光面爆破技术在隧道施工中的应用[J]. 科技风，2011，23：67.
[3]陈明辉，翁敦理. 光面爆破技术在城市地铁隧道施工中的应用[J]. 现代隧道技术，2012，02：132-136.