实现周边眼控制：隧道工程中的爆破策略

在隧道钻爆开挖中，首要的要求是炮眼利用率高、开挖轮廓与尺寸准确、对围岩扰动小。所以，周边眼的爆破效果反映了整个隧道爆破的成洞质量。实践表明，采用普通爆破方法不仅对围岩扰动大，而且难以爆出理想的开挖轮廓，故目前采用控制爆破技术进行爆破。隧道控制爆破包括光面爆破和预裂爆破。

1．隧道的光面爆破

（1）隧道光面爆破的特点与标准。

光面爆破是通过正确确定爆破参数和施工方法，在设计断面内的岩体爆破崩落后才爆周边孔，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。其作用机理可用示意图8-3-11解释。实现光面爆破，就是要使周边眼起爆后优先沿各炮孔中心连线形成贯通裂缝，然后由于爆炸气体的作用，使裂解的岩体向洞内抛撒。其主要标准为：开挖轮廓成形规则，岩面平整；围岩壁上保存有50% 以上的半面炮眼痕迹，无明显的爆破裂缝；超欠挖符合规定要求，围岩壁上无危石等。

图8-3-11　光面爆破作用机理

多孔柱状装药爆破形成连通破裂层；W—最小抵抗线；E—炮眼间距。

光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；其围岩壁面平整，减少了应力集中和局部落石现象，增加了施工安全度，减少了超挖和回填量，若与锚喷支护相结合，能节省大量混凝土，降低工程造价，加快施工进度；光面爆破可减轻震动和保护围岩，所以它是在松软及不均质的地质岩体中较为有效的开挖爆破方法。

（2）隧道光面爆破的主要参数与措施。

光面爆破的成功与否主要取决于爆破参数的确定。其主要参数包括周边炮眼的间距、光面爆破层的厚度、周边眼密集系数和装药集中度等。为了获得良好的光面爆破效果，可采用以下参数与技术措施：

① 适当减小周边眼间距E。

光面爆破应注意适当加密周边眼，减小周边眼间距E。在不耦合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力F小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件，如图8-3-12所示，即

图8-3-12　光面爆破参数示意图

式中　[σp]——岩体的极限抗拉强度（MPa）；

[σc]——岩体的极限抗压强度（MPa）；

F——炮孔内炸药爆炸静压力合力（N）；

d——炮眼直径（cm）；

L——炮眼深度（cm）；

Ki——孔距系数，Ki=[σc]/[σp]。

从式（8-3-1）中可以看出，周边炮眼间距与岩体的抗拉、抗压强度以及炮眼直径有关，一般取Ki=8～18，即E=(10～18)d ；当炮眼直径为32～40 mm时，E=320～700 mm。一般情况下，软质或完整的岩石E宜取大值，隧道跨度小、坚硬和节理裂隙发育的岩石E宜取小值，装药量也需相应减少。还可以在两个炮眼间增加导向空眼，导向眼到装药眼间的距离一般控制在400 mm以内。此外，还应注意炸药的品种对E值也有影响。

② 合理确定光爆层的厚度W。

所谓光面层就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层，其厚度就是周边眼的最小抵抗线W（图8-3-12）。周边眼的间距E与光面层厚度W有着密切关系，通常以相对距K表示，K=E /W，也称周边眼的密集系数、炮眼临近系数，其大小对光面爆破效果有较大影响。必须使应力波在相邻炮眼间的传播距离小于应力波至临空面的传播距离，即E＜W。实践表明，K=0.67～0.8较为适宜，相应的光面层厚度W一般取50～90 cm。(www.xing528.com)

③ 合理使用炸药。

用于光面爆破的炸药既要求有较高的破岩能力，又要消除或减轻爆破对围岩的扰动，所以宜采用低猛度、低爆速、传爆性能好的炸药。但在炮眼底部，为了克服眼底岩石的挟制作用，应改用高爆速炸药。

周边眼的装药量通常以线装药密度表示。线装药密度是指炮眼中间正常装药段每米长的装药量。恰当的装药量应既具有破岩所需的能量，又不造成围岩的过度破坏。施工中应根据孔距、光爆层厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量，并据爆破效果加以调整。

在光面层单独爆落时，周边眼的线装药密度一般为0.15～0.25 kg/m；全断面一次起爆时，为减少残眼，装药密度需适当增加，一般可达0.30～0.35 kg/m。

④ 采用小直径药卷不耦合装药结构。

在装药结构上，宜采用比炮眼直径小的小直径药卷连续或间隔装药。光面爆破的不耦合系数最好大于2，但药卷直径不应小于炸药的临界直径，以保证稳定起爆。当采用间隔装药时，相邻炮眼所用药串的药卷位置应错开，以便充分利用炸药效能。

⑤ 保证光面爆破眼同时起爆。

各炮眼的起爆时差超过0.1 s时，就同于单个炮眼起爆。使用即发雷管与导爆索起爆是保证光面爆破眼同时起爆的首选方法，同段毫秒雷管起爆次之。

⑥ 要为周边眼光面爆破创造临空面。

该措施需在开挖程序和起爆顺序上予以保证，并应注意不要使先爆落的石渣堵死周边眼的临空面。一个均匀的光面爆破层是有效地实现光面爆破的重要一环，应对靠近光面爆破层的辅助眼的布置和装药量给予特殊注意。

影响光面爆破参数选择的因素很多，主要有地质条件、岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小、断面形状、凿岩设备等，其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择，最好通过爆破漏斗及成缝试验确定，如无试验条件时，通常采取简单的计算并结合工程类比加以确定。在初步确定后，一般要在现场爆破实践中修正改善。表8-3-6、表8-3-7给出了光面爆破一般参考数值。

表8-3-6　光面爆破参数

注：软岩隧道光面爆破的相对距宜取小值。

表8-3-7　预留光爆层光面爆破参数

表中数值适用范围为炮眼深度1.0～3.5 m、炮孔直径40～50 mm、药卷直径20～32 mm。装药集中度按2号岩石硝铵炸药考虑；当采用其他炸药时，换算系数按下式计算：

2．隧道预裂爆破

预裂爆破是由于首先起爆周边眼，在其他炮眼未爆破之前先沿着开挖轮廓线预裂爆破出一条用以反射爆破地震应力波的裂缝而得名。预裂爆破的目的与光面爆破相同，只是在炮眼的爆破顺序上不同：光面爆破是先引爆掏槽眼，再引爆辅助眼，最后引爆周边眼；而预裂爆破则是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面，由于这个预裂面的存在，对后爆的掏槽眼、辅助眼的爆轰波能起反射和缓冲作用，可以减轻爆轰波对围岩的破坏影响，保持岩体的完整性，使爆破后的开挖面整齐规则。在减轻对围岩的扰动程度上，预裂爆破较光面爆破的效果更好。所以，预裂爆破很适用于稳定性较差而又要求控制开挖轮廓的软弱围岩，但预裂爆破的周边眼距和最小抵抗线都要比光面爆破小，相应地要增多炮眼数量，钻眼工作量增大。

理想的预裂效果应保证在炮眼连线上产生贯通裂缝，形成光滑的岩壁。但预裂爆破受到只有一个临空面条件的制约，其爆破技术较光面爆破更为复杂。影响预裂爆破效果的因素很多，如钻孔直径、孔距、装药量、岩石的物理力学性质、地质构造、炸药品种、装药结构及施工因素等，而这些因素又是相互影响的。目前，确定预裂爆破主要参数的方法有理论计算法、经验公式计算法和经验类比法三种。目前对预裂爆破的理论研究还很欠缺，设计计算方法也很不完善，多半须通过经验类比初步确定爆破参数，再由现场试验调整，才能获得满意的结果。一般认为预裂爆破的周边眼间距E值、预留内圈岩体厚度W值均较光面爆破的要小；其线装药密度要更小，炸药分散度要更好。表8-3-8给出了隧道预裂爆破的参考数值，可供选用。

表8-3-8　预裂爆破参数

为了提高预裂爆破效果，近几年出现了采用压环法和定向断裂控制爆破等新技术。