一、工程概述

本合同段有四座隧道，雙幅全長4077m。隧道設(shè)計為左右幅分離式雙洞單向行車雙車道，凈跨11.2m，凈高7.0m的三心圓拱曲墻斷面。隧道區(qū)域處于構(gòu)造剝蝕丘陵—低山地貌區(qū)，主要出第四系全新統(tǒng)殘坡積碎石土、中元古武當(dāng)山群片巖和上元古界震旦系上統(tǒng)燈組片巖。本段內(nèi)短隧道為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，中長隧道為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，其中Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用全斷面和臺階法爆破開挖（Ⅴ級圍巖主要采取人工配合機(jī)械開挖，不需要爆破）、錨、噴、格柵、網(wǎng)、初期支護(hù)，全斷面復(fù)合式襯砌。爆破方法采用光面爆破。

二、光面爆破的特點

光面爆破施工，可以減少對圍巖的擾動，增強(qiáng)圍巖的自承能力，特別是在不良地質(zhì)條件下效果更為顯著，不僅可以減少危石和支護(hù)的工程量，而且保證了施工的安全；由于光面爆破使開挖面平整，巖石無破碎，減少了裂隙，這樣可以大大減少超欠挖量。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，光面爆破與普通爆破相比，超挖量由原來的15%～20%降低到4%～7%，不但減少出碴量，而且還很大程度的減少了支護(hù)的工作量，從而降低的成本，加快了施工進(jìn)度。根據(jù)公路隧道“新奧法”施工的需要和工程地質(zhì)條件，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，我標(biāo)段的四座隧道中的Ⅲ、Ⅳ級圍巖決定采用光面爆破施工。

三、光面爆破方案的確定

目前，大斷面隧道光面爆破施工有2種方法：一是預(yù)留光爆層法；二是全斷面一次性開挖法。根據(jù)施工現(xiàn)場的實際條件及圍巖情況，本段隧道采用全斷面一次性開挖法。

四、全斷面（Ⅲ級圍巖）爆破方案設(shè)計

1、爆破參數(shù)的選擇

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。隧道主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，Ⅲ級圍巖全斷面爆破斷面面積為83.1m2，Ⅳ級圍巖上導(dǎo)坑爆破斷面面積為58.45m2，采用2號巖石乳化炸藥，Ⅴ級圍巖主要采取人工配合機(jī)械開挖，不需要爆破。周邊眼采用不耦合間隔裝藥，其他炮眼采用連續(xù)柱狀裝藥，采用導(dǎo)爆索和毫秒延期導(dǎo)爆雷管起爆。

嚴(yán)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均勻的分布，這是實現(xiàn)光面爆破的重要條件。

在光面爆破中，炮眼間距E、最小抵抗線V、炮眼密集系數(shù)K、裝藥密度q是相互制約的。

（1）炮眼深度

炮眼深度受開挖面大小的影響，炮眼過深，周邊巖石的夾制作用較大，故炮眼深度不宜過大，一般最大炮眼深度取斷面寬度（或高度）的0.5～0.7倍，同時考慮到Ⅲ級圍巖每循環(huán)掘進(jìn)一般不超過3.0m,Ⅳ級圍巖一般不超過1.5m。故Ⅲ級圍巖鉆孔深度取3.0m。

鉆孔采用YT-28風(fēng)鉆，鉆頭直徑為φ40mm，炮眼孔徑為φ42mm，為克服及減少巖石的夾制作用，除掏槽眼和底眼深度L=3.2米外，其余周邊眼、輔助眼等炮孔深度L=3.0米。

（2）、光面爆破不耦合系數(shù)（D）及裝藥直徑（d）

炮眼直徑dk與藥卷直徑di之比稱為不偶合系數(shù)，合適的周邊眼不偶合系數(shù)應(yīng)使爆炸后作用于炮眼壁的壓力小于圍巖抗壓強(qiáng)度，理論與實踐證明，當(dāng)巖石種類為軟巖（我標(biāo)段四座隧道巖層）時，不偶合系數(shù)在2.0～2.5范圍時，緩沖作用最佳，光爆效果最好

D=dk/di

式中D——不耦合系數(shù)；

dk——炮眼直徑（cm）；

di——裝藥直徑（cm）；

在實際使用過程中，我們采用直徑為32mm的2號巖石乳化炸藥，周邊眼采用2號巖石乳化炸藥沿長度方向?qū)Π肭校ㄏ喈?dāng)于φ20小藥卷）即周邊眼的不耦合系數(shù)D=42/20=2.1，符合D=2.0～2.5的要求。

（3）周邊眼間距（E）、最小抵抗線（V）和相對距系數(shù)（K）

最小抵抗線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，最小抵抗線可以大些，斷面小，光爆眼所受到的夾制作用大，最小抵抗線可以小些，最小抵抗線與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造也有關(guān)，堅硬巖石最小抵抗線可小些，松軟破碎的巖石最小抵抗線可大些。我標(biāo)段四座隧道巖質(zhì)主要為軟巖，故確定最小抵抗線（V）為0.40～0.60。

相對距系數(shù)是周邊眼間距（E）與最小抵抗線（V）的比值，是影響爆破效果的重要因素。

K= E/V

式中, E為周邊炮眼間距，cm；V為最小抵抗線，cm；

K值總是小于1,當(dāng)d=38～46mm，E=30～50cm，

V=40～60cm時，K=0.5～0.8。

考慮到權(quán)爆區(qū)巖石節(jié)理較發(fā)育，并參照規(guī)范周邊眼間距取值范圍30cm-50cm, 對周邊眼間距取45cm,最小抵抗線值取60cm，K=E/V=0.75。

（4）裝藥量計算：

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，即以kg/m表示，一般采用實驗方法求得或從同類工程中選取。

q=QEV

式中q—裝藥集中度，kg/m；

Q—單位體積耗藥量，g/m3；

E—周邊眼間距，m；

V—最小抵抗線，m；

通過現(xiàn)場試驗和施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)，用計算法進(jìn)行校核，確定q=0.07～0.15kg/m。按照q=0.15kg/m計算。

（5）炮眼數(shù)量

N=qS/ηγ

式中：N——炮眼數(shù)量，不包括未裝藥的空眼；

q——單位炸藥消耗量，一般取q=1.2~2.4kg/m3；

S——開挖段面積，㎡；

η——裝藥系數(shù)，即裝藥長度與炮眼長度的比值，暫取0.7；

γ——每米藥卷的炸藥質(zhì)量，kg/m，2號巖石乳化炸藥γ=0.91。

即：N=（1.47×83.1）/（0.7×0.91）=192個

其中掏槽眼6個（向內(nèi)傾斜15°），輔助掏槽眼8個（向內(nèi)傾斜15°），輔助眼111個，周邊眼53個，底眼14個，非裝藥眼四個（增加臨空面，增強(qiáng)爆破效果）。

（6）每一循環(huán)裝藥量計算及分配

Q=qV

式中：q——單位炸藥消耗量，取q=1.47kg/m3；

V——1個開挖循環(huán)進(jìn)尺爆落巖石總體積，m3；

即：Q=1.47×3.0×83.1=366.47kg

各炮眼裝藥量分配如下：

因為計算炮眼數(shù)量時，采用η=0.7，由周邊眼裝藥集中度q=0.15kg/m，得出周邊眼裝藥系數(shù)為0.165，設(shè)其它各炮眼裝藥系數(shù)取值：掏槽眼0.9，底眼0.9，輔助眼0.9，則

6×0.9+8×0.9+53×0.165+14×0.9+111×0.9=（6+8+53+14+111）η

計算得：η=0.7

若計算η≠0. 7，則需重新調(diào)整η值代入N=qS/ηγ，并適當(dāng)調(diào)整所設(shè)掏槽眼、底眼、輔助眼裝填系數(shù)，使試選η值與計算η相符。

所以按上列裝填系數(shù)進(jìn)行分配是可以的。

每個掏槽眼裝藥量=0.91×3.106×0.9=2.544kg，折合為12.719卷，采用13卷

每個輔助掏槽眼裝藥量=0.91×3.313×0.9=2.713kg，折合為13.57卷，采用13.5卷；

每個輔助眼裝藥量=0.91×3.0×0.9=2.439kg，折合為12.195卷，采用12卷；

每個周邊眼裝藥量=0.91×3.0×0.165=0.447kg，折合為2.236卷，采用2卷；

每個底眼裝藥量=0.91×3.2×0.9=2.621 kg，折合為13.1卷，采用13卷；

（7）裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式

光面爆破采用不耦合裝藥，軟巖一般不耦合系數(shù)為2.0～2.5，炮眼裝藥按裝藥集中度計算出的藥量均勻裝入炮眼內(nèi)。為克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半個標(biāo)準(zhǔn)藥卷，使光爆層易于脫離巖體。施工中采用如下圖裝藥結(jié)構(gòu)：①1/2普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷（φ32）起爆；②普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷沿長度方向?qū)Π肭校ㄏ喈?dāng)于φ20小藥卷）不耦合間隔裝藥。

（8）光面爆破的分區(qū)起爆順序為：掏槽眼——輔助眼——底板眼——周邊眼。采用多段微差起爆（由內(nèi)向外），其中主爆區(qū)的周邊眼比輔助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆區(qū)使用非電毫秒雷管，周邊眼用導(dǎo)爆索一次同時起爆。

2、裝藥量分布及光面爆破參數(shù)表（見下表）

全斷面開挖斷面面積：83.1平方米，掘進(jìn)長度按3.0m考慮。

炸藥單耗量：k=1.47kg/立方米。

復(fù)式楔形掏槽：槽口尺寸80cm×240cm和120cm×280cm。

周邊眼直徑：φ42mm，使用φ32mm藥卷切半（相當(dāng)于小直徑藥卷φ20mm），裝藥不耦合系數(shù)λ=2.1。

周邊眼間距E=45cm，最小抵抗線V=40～60cm，E/V=0.5～0.8，單孔裝藥量q=0.4kg。

五、臺階法（Ⅳ級圍巖）光面爆破設(shè)計方案（結(jié)合前文內(nèi)容）

1.光面爆破不偶合系數(shù)、裝藥直徑

公式：

式中 D一不偶合系數(shù)；

dk—炮眼直徑，mm;

di—炸藥直徑，mm;

a—爆生氣體分子余容系數(shù)；

P—爆生氣體初始壓力；

—巖石的三軸抗壓強(qiáng)度；

r—絕熱指數(shù)，；

在實際操作過程中，對于周邊眼的藥卷，我們采取將標(biāo)準(zhǔn)φ32mm的2號巖石乳化炸藥沿軸線對半切（相當(dāng)于φ20mm）。這個數(shù)值與理論計算值相近，則實際周邊眼不偶合系數(shù)

D=dk/di =42/20=2.1，符合規(guī)范中軟巖裝藥不耦合系數(shù)D=2.0-2.5的要求。

式中： dk炸藥—炸藥直徑；

di炮眼—炮眼直徑。

2．確定周邊眼間距（E）、最小抵抗線（W）和相對距系數(shù)（K）

最小抵抗線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，最小抵抗線可以大些，斷面小，光爆眼所受到的夾制作用大，最小抵抗線可以小些，最小抵抗線與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造也有關(guān)，堅硬巖石最小抵抗線可小些，松軟破碎的巖石最小抵抗線可大些。我標(biāo)段四座隧道巖質(zhì)主要為軟巖，故確定最小抵抗線（V）為0.40～0.60。

相對距系數(shù)是周邊眼間距（E）與最小抵抗線（V）的比值，是影響爆破效果的重要因素。

K= E/V

式中, E為周邊炮眼間距，cm；V為最小抵抗線，cm；

K值總是小于1,當(dāng)d=38～46mm，E=30～50cm，

V=40～60cm時，K=0.5～0.8。

考慮到權(quán)爆區(qū)巖石節(jié)理較發(fā)育，并參照規(guī)范周邊眼間距取值范圍30cm-50cm, 對周邊眼間距取45cm,最小抵抗線值取60cm，K=E/V=0.75。

3、炮眼裝藥系數(shù)

周邊眼的裝藥集中度采用規(guī)范取值范圍0.07～0.15kg.m-1，取0.14kg/m,其它炮眼的填充系數(shù)選用見下表：

4、循環(huán)進(jìn)尺

綜合考慮各項因素，取L=1.5m

5、孔徑和孔深

鑿巖采用一字纖頭，直徑為Φ=40mm，則炮眼孔徑為Φ=42mm。孔深除掏槽、底角眼為1.7m外，其它采用1.5m。

孔深：為克服巖石的夾制作用，對掏槽眼和底板眼取1.7m（20cm的超深），其余各眼孔深取1.5m。

6、炮眼數(shù)量（采用2號巖石乳化炸藥時）

N眼=0.0012qS/ad2

式中N—炮眼數(shù)目（個）；

q—單位炸藥消耗量，取1.2kg.m-3；

S—開挖斷面面積(m2），S=98.84m；

A—炮眼裝填系數(shù)，取0.62；

d一藥卷直徑，乳化炸藥（除周邊眼外）為32mm;

N＝0.0012×1.2×98.84/(0.62×0.032×0.032)

=224（個）

7、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式

光面爆破采用不耦合裝藥，軟巖一般不耦合系數(shù)為2.0～2.5，炮眼裝藥按裝藥集中度計算出的藥量均勻裝入炮眼內(nèi)。為克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放半個標(biāo)準(zhǔn)藥卷，使光爆層易于脫離巖體。施工中采用如下圖裝藥結(jié)構(gòu)：①1/2普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷（φ32）起爆；②普通標(biāo)準(zhǔn)藥卷沿長度方向?qū)Π肭校ㄏ喈?dāng)于φ20小藥卷）不耦合間隔裝藥。

8、光面爆破的分區(qū)起爆順序為：掏槽眼——輔助眼——底板眼——周邊眼。采用多段微差起爆（由內(nèi)向外），其中主爆區(qū)的周邊眼比輔助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆區(qū)使用非電毫秒雷管，周邊眼用導(dǎo)爆索一次同時起爆。

9、各孔裝藥量及總裝藥量

總裝藥量Q，及各孔裝藥量，詳見下表：

臺階法施工開挖上部爆破參數(shù)表

五、施工方法及工藝

一、鉆爆機(jī)具材料

鉆孔采用13臺YT—28型鑿巖機(jī)和3臺20m3空壓機(jī)，人工鉆孔，鉆孔直徑為42mm，一字形合金鋼鉆頭。采用Φ32mm×220mm2號巖石乳化炸藥。雙電雷管引爆連接各孔的跳段導(dǎo)爆管，炮眼內(nèi)的起爆傳爆，掏槽眼采用跳段雷管以利用擴(kuò)大掏槽效果。

二、光面爆破施工工藝

1、放樣布眼

鉆眼前，測量人員用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀，準(zhǔn)確定出隧道中心線和拱頂面高程；用紅油漆畫出開挖輪廓線，并標(biāo)出炮眼位置，其誤差不得超過5cm；每次測量放線的同時，要對上次爆破斷面進(jìn)行檢查，及時調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。

2、鉆眼要求

掏槽眼：深度、角度按設(shè)計施工，眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5cm。

輔助眼：深度、角度按設(shè)計施工，眼口排距、行距誤差均不大于10cm。

周邊眼：開眼位置在設(shè)計斷面輪廓線上允許沿輪廓線調(diào)整其誤差不得大于5cm；炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出開挖斷面輪廓線10cm，最大不得超過15cm。內(nèi)圈眼至周邊眼的排距；誤差不得大于5cm；內(nèi)圈眼與周邊眼應(yīng)采用相同的斜率。鉆眼裝藥率調(diào)整，當(dāng)開挖面凹凸較大時，應(yīng)按實際情況調(diào)整炮眼深度（相應(yīng)調(diào)整裝藥量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。鉆眼完畢，按炮眼布置圖進(jìn)行檢查并做好記錄，有不符合要求的炮眼重鉆，經(jīng)檢查合格后，方可裝藥爆破

3、炮眼布置要求

①先布置掏槽眼，其方向在巖層層理明顯時應(yīng)盡量垂直于層理，掏槽眼應(yīng)比其他眼加深20cm。

②周邊眼嚴(yán)格按設(shè)計開挖輪廓線布置，在硬巖層中，周邊眼的眼口在斷面設(shè)計輪廓線上，眼底超出輪廓線小于10cm；在軟巖中，周邊眼的眼口在斷面設(shè)計輪廓線內(nèi)小于8cm，眼底落在輪廓線上。

③輔助眼根據(jù)上稀下密，中部均勻分布的原則布置。

4、孔口堵塞長度L0

L0=（0.2～0.5）V

一般堵塞長度淺眼不超過20cm，深眼不超過30cm。堵塞采用用水浸濕的炸藥包裝箱紙團(tuán)，能很好的封閉鉆眼。

5、清孔裝藥

裝藥前用小直徑高壓風(fēng)管將炮眼內(nèi)石屑吹凈，裝藥需分片，分組按炮眼設(shè)計圖確定的裝藥量自上而下進(jìn)行，雷管要“對號入座”不得混裝。所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞長度周邊眼不小于20cm，其他眼不小于30cm。周邊眼采用小藥卷配導(dǎo)爆索，以增加不耦合系數(shù)和爆破時的緩沖作用，炮孔裝藥均采用反向裝藥結(jié)構(gòu)。

6、連接起爆網(wǎng)絡(luò)

起爆網(wǎng)絡(luò)采用復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，以保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性。導(dǎo)爆管采用四通管連接，不能打結(jié)和拉伸，各類炮眼雷管連接段數(shù)相同。引爆雷管應(yīng)用絕緣膠布包扎在離一根導(dǎo)爆管自由端15cm處，聚能穴背向傳爆方向，網(wǎng)絡(luò)連好后要有專人負(fù)責(zé)檢查后再起爆。由于毫秒雷管1段、2段、3段、4段…間，延期秒差小于50ms，所以除掏槽眼外一般必須跳段使用，各孔段位布置為：掏槽眼1段，輔助掏槽眼3段，輔助眼由內(nèi)向外依次為5、7、9、11、13段，周邊眼為15段，底板眼為17段。

7、光面爆破施工技術(shù)措施

（1）對所有爆破作業(yè)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，使他們充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

（2）選用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的2號巖石乳化梯炸藥。

（3）用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，光面爆破不耦合系數(shù)為2.0～2.5，但藥卷直徑不應(yīng)小于該炸藥的臨界直徑，以保證穩(wěn)定傳爆。

（4）嚴(yán)格掌握與周邊眼相鄰的內(nèi)圈眼的爆破效果，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。炮眼深度大于2.5m時，內(nèi)圈眼應(yīng)與周邊眼有相同的外插角，周邊眼應(yīng)盡量同時起爆。

（5）控制裝藥集中度，必要時采取間隔裝藥結(jié)構(gòu)，為克服眼底巖石的夾制作用，可在眼底加強(qiáng)裝藥。

（6）當(dāng)巖石層理明顯時，炮眼方向應(yīng)盡量垂直于層理面，如節(jié)理發(fā)育，炮眼應(yīng)盡量避開節(jié)理，以防卡鉆和影響爆破效果。