中铁十二局集团第二工程有限公司山西省太原市030032
前言
大瑞铁路老尖山隧道地处云南保山市境内，围岩岩性以灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩为主，隧道自2016年12月开始推行光面爆破施工工艺。过程中根据隧道断面小、围岩变化频繁、围岩节理裂隙发育等特点总结出适用于滇西南灰岩（硬岩）隧道光面爆破相关技术参数及管理措施，文章还对光面爆破参数设计存在的缺陷进行了分析及建议，以期对类似工程施工提供参考。
关键词：灰岩单线隧道光面爆破
1引言
光面爆破的基本原理是控制炸药的爆破作用，使猛度做功形式更多地转化为爆力做功形式，降低炸药爆炸的初始冲量，从而减少对炮眼眼壁岩体的破坏，并控制爆破裂缝沿预计方向发展。通常是根据不同岩层情况，通过合理地选择炸药、装药结构，正确地选定周边眼爆破参数（即眼间距、抵抗线、装药量）以及保证周边眼同时起爆等几项措施来实现的［1］，当爆破参数选取合理，将形成连续的光滑壁面［2］。
2工程概况
老尖山隧道位于永新～怒江区间，为单线铁路隧道，全长7993m，最大埋深768m，采用人工钻爆法施工。其中：Ⅱ级围岩700m，占8.7%，Ⅲ级围岩2825m，占35.3%，Ⅳ级围岩3680m，占46%，Ⅴ级围岩788m，占10%，计划总工期42.5个月。
3主要地质、水文资料（见表1）。
表1隧道地质、水文资料表
图1泥质灰岩图2白云质灰岩
4钻爆设计及优化
4.1初始鉆爆设计
首次光面爆破设计采用三层复式楔形掏槽，掏槽眼采用3排复式掏槽，角度由内向外63°、65°、70°布置，最大深度3.7m，2、3层台架辅助眼设置2排，角度77°，83°，深度3.5m，周边眼外插角2°，深度3.5m，整体呈扇形布眼，周边眼间距46～53cm，抵抗线30cm，总计炮眼137个，人均打眼9～10个。炮眼布置图见图3，掏槽眼布置图见图4。爆破效果见图5。试爆实践证明：该种布眼方式对掏槽眼钻眼精度要求高，造成进尺不稳定；钻眼数量多，平均钻眼时间长，补炮次数多，炮眼利用率低。
图3炮眼布置示意图
图4复式掏槽眼结构示意图
图5爆破效果图
4.2爆破参数优化
爆破参数优化主要是针对周边眼最小抵抗线、掏槽眼、辅助眼布置数量，周边眼装药量，掏槽眼装药量进行优化。周边眼最小抵抗线调整为40cm、45cm，掏槽眼采用两层楔形复式掏槽，钻眼角度由内向外分别为70°、75°，辅助眼80°、85°、88°。辅助眼、周边眼纵向长度3.5m，第二排掏槽眼3.7m，总计打眼124个，人均打眼8～9个。本次优化平均循环钻眼时间较首次设计节约24分钟，循环进尺稳定，平均3.34m/循环，炮眼利用率95%，补炮率明显降低，平均线性超挖降低5.27cm。炮眼布置见图6，掏槽眼布置见图7，爆破效果见图8～9。
图6炮眼布置示意图
图8光面爆破效果图9光面爆破效果图
图7掏槽眼布置示意图
4.3优化过程参数调整统计对比见表2。
表2老尖山隧道爆破参数调整统计表
4.4适合本隧道地质岩性特点的整套光爆参数
炮眼总数124个，人均打眼8～9个。B区、C区布置掏槽眼，掏槽眼、辅助眼均采用连续、满装结构，周边眼采用间隔装药。A区引爆毫秒雷管采用3段，其余部位采用1段，电雷管起爆，周边眼均采用导爆索引爆。炮眼布置见图6、图7，周边眼装药结构见图10，爆破网络连线见图11。
图10周边眼装药结构图
图11爆破网络连接图
5光爆经济效果分析
5.1火工品技术指标对比
2016年12月21日～2017年09月20日老尖山隧道2号横洞在原爆破设计情况下累计掘进1182m，里程D1K184+223～D1K185+405，累计开挖52527.3m3，累计消耗炸药66058.5kg，炸药单耗1.26kg/m3，累计消耗雷管66773发，雷管单耗1.27发/m3，，累计消耗导爆索50712m，平均单耗0.965m/m3。
2018年03月21日～06月06日老尖山隧道2号横洞掌子面累计掘进197m，里程：D1K185+729～+926，累计开挖8557.68m3，累计消耗炸药10100kg，炸药单耗1.18kg/m3；累计耗用雷管7339发，雷管单耗0.858发/m3；累计消耗导爆索7820m，平均单耗0.914m/m3。火工品技术指标见表3。
表3技术指标表
5.2混凝土技术指标对比
2016年12月21日～2017年09月20日老尖山隧道2号横洞累计施工衬砌942m，里程D1K184+307～D1K184+994、D1K185+024～D1K185+303，设计喷射混凝土总方量1319m3，实际喷射混凝土1579m3（已考虑回弹系数0.15）。设计衬砌混凝土总方量为5589m3，实际衬砌消耗混凝土8095.3m3，喷射混凝土+衬砌混凝土累计超耗37.5%，平均线性超挖为13.88cm（初支+衬砌设计厚度为37cm）。
2018年3月21日～7月10日，老尖山隧道2号横洞大里程混凝土浇筑25模，共计297.3m，浇筑里程D1K185+595.1～892.4，设计喷射混凝416.2m3，实际喷射混凝258.1m3（考虑回弹系数0.15）；设计混凝土方量1725.5m3，实际混凝土浇筑2382m3，喷射混凝土+衬砌混凝土累计超耗23.3%，平均线性超挖为8.61cm（初支+衬砌设计厚度为37cm）。
5.3经济指标分析
5.3.1通过统计数据分析，优化后光面爆破其火工品成本降低整体情况如下，火工品降低成本=0.06m/m3×3元+0.08Kg/m3×8.5元/kg+0.4发/m3×4.5元/发=2.66元/m3，每延米降低成本=2.66元/m3×43.44m3=115.6元/每延米。
5.3.2通过喷射混凝土+衬砌混凝土实际消耗数据综合对比分析，我们得出方案优化地段线性超挖较之首次爆破设计实施地段降低明显，线性超挖降低值=13.88cm-8.61cm=5.27cm，平均每延米减少喷射混凝土超耗1.054m3，每延米成本减少=1.054m3/延米×675元/m3（考虑喷混+模筑综合单价）=711.45元/延米。
5.3.3线性超挖降低将带来钻眼工费、出碴成本、电费等方面的降低，估算该笔费用约56元/延米。
以上三项费用合计可节约成本883.03元/延米，老尖山隧道全长7.993km，ⅡⅢ级围岩占比44%，可累计降低成本310.6万余元。采用优化后光面爆破方案能较好地控制超欠挖，提高初支平整度，对安全、质量、进度起到促进作用，隐形效益明显。
6光面爆破的有效管理措施
6.1管理措施
6.1.1项目部制定了《光面爆破管理办法》，制定了考核标准，对爆破进尺、火工品消耗、线性超挖等几项指标重点管理。
6.1.2项目部成立“光面爆破QC小组”，制定了针对项目管理人员的科技创新奖励制度。
6.2技术措施
6.2.11、2、3层台架对周边眼有布眼标识的位置提前钻设10cm~20cm深，防止上部钻眼泥浆覆盖、冲刷下部周边眼布眼标识。
6.2.2周边眼钻眼要求经验丰富的工班长在每台架周边眼钻眼前指导开孔，第一孔钻孔完成后插入导向杆（钻杆），作为其它炮眼的导向杆，钻眼过程中工班长要对钻眼的角度全过程监控指导，导向杆见图12。
6.2.3为减少隧道超挖，施工中在底板开挖过程预留10cm钻眼，采用爬梯以控制开挖的外插角，隧道施工采用爬梯见图13。
图12导向杆钻眼图13底板爬梯使用
6.2.4当掌子面各部位里程相差较大时，必须通过控制打眼深度将炮眼底部尽量调整到同一里程，实际施工时我们大致选取各层钻爆台架中部，通过测量掌子面里程进行调整[3]。
6.2.5周边眼选取了较小的抵抗线，本隧道部分爆破设计参数超越了铁路隧道施工技术指南《表6.2.8光面爆破参数》（TZ204-2008）的相关标准，但现场的爆破效果较好，成本控制、超欠挖控制整体可控，抵抗线选择是否合理还需下一步施工中继续予以验证，总结，具体见表4。
表4光面爆破参数对比表
6.2.6爆破设计要考虑炮眼布置与钻爆台架尺寸统一，台架设计的合理与否对钻爆效果影响较大，台架设计应以确保工人打眼方便、舒适为原则，尽量加大钻爆作业空间，特别是周边眼打眼时台架高度一定要合适（拱腰以上），起拱线以上尽量做成阶梯状，钻爆台架其台阶的净空以1.8m最为合适，在保证车辆正常通行的情况下尽量加大两侧作业平台尺寸[4]。
6.2.7对光面爆破来说，炮孔的堵塞质量也很重要，应引起足够重视[5]。
参考文献：
（1）李夕兵主编．凿岩爆破工程：中南大学出版社，2011.09
（2）张成良，刘磊，王超编著；陈娱，王海强，孙宇，廖疆平参与编著人员．高等岩石力学及工程应用：中南大学出版社，2016.08
（3）姜文升陈铁锋李彦芳《单线隧道全断面光面爆破》（铁道建筑技术-2002.Z1.010）
（4）李同果《隧道光面爆破施工技术》（铁道建筑技术-2007.Z1.032）
（5）徐建军著．岩土工程爆破技术：冶金工业出版社，2015.07
作者简介：唐春宇-1981年-工程师-主要从事隧道及地下工程施工技术