摘要：横山隧道埋深相对较大，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。文章结合横山隧道工程，对在Ⅲ、Ⅳ类围岩条件下的光面爆破进行了探析，并总结了在该条件下的光面爆破参数设计和施工工艺，为以后类似隧道施工提供借鉴。
关键词：隧道施工；光面爆破；施工工艺；参数设计；围岩
1 概述
横山隧道位于新建太中银铁路太原-中卫之间，全长为11448m（起迄里程DK333+265～DK344+713），设计为单洞双线隧道。隧道所在范围地层岩性为第四系全新统冲洪积层细圆砾土，上更新统风积新黄土，中更新统风积老黄土，第三系上新统粉质粘土和侏罗系中统砂岩夹泥岩含煤线层。隧道洞身通过的基岩主要为泥岩夹砂岩，泥岩、砂岩互层，层厚不一，薄层～厚层不等，节理发育，泥质胶结，呈碎块状，压碎、镶嵌结构，易产生掉块、坍塌现象。隧道设计以Ⅲ级围岩为主，分布总长度为9690m，占隧道总长的85%；Ⅳ级围岩分布总长度为1390m，占隧道总长的12%；Ⅴ级围岩分布总长度为368m，占隧道总长的3%。
2 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。
3 施工方法与机具
3.1 施工方法
采用多断面台阶法施工，利用可移动的钻爆平台人工风钻打眼，人工装药，非电毫秒雷管引爆，初期支护紧跟，无轨装碴、运输，模板台车衬砌。
3.2 施工机具
采用国产YT-28型手持风钻，钻头直径42mm，钻爆平台（自制）分三层，立体作业。柳工856型侧翻式装载机装渣，20t自卸汽车运输。
4 爆破设计
4.1 爆破器材的选用
（1）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 钻眼深度的选择
综合考虑作业环境与施工设备等因素，通过现场试验，确定横山隧道在Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下每循环进尺为2.5～2.8m，眼深确定为3.0～3.3m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。
4.3 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。
掏槽眼布置如图1及图2所示：
4.4 光面爆破
周边炮眼间距（E）、周边眼密集系数（m）、最小抵抗线（w）、不偶合系数（D）和线装密度（q）是影响光面爆破效果主要参数。只有这些参数确定在一个合理的范围时，爆破效果才能理想。
依据以往施工经验，光面爆破参数在以下范围：周边眼间距E为8～18d，d为炮眼直径，周边眼密集系数m为0.7～1.0，最小抵抗线w为15～22d，d为炮眼直径，不偶合系数D为1.8～2.2，装药集中度q为0.15～0.35kg/m。
4.5 爆破参数的确定
4.5.1 炮眼深度。炮眼深度根据循行进尺确定，公式为L=l/η。
式中：
L――炮眼眼深度（m）
l――循环进尺（m），按3.0m考虑
η――炮眼利用率，采用85%
计算并经调整以后，周边眼及掘进眼为3.3m，底板眼为3.4m，掏槽眼确定为3.8m。
4.5.2 循环装药量。单循环装药量Q=k×v
式中：
k――单位体积炸药消耗量，kg/m3
v――需要爆破体积
4.5.3 炮眼数量。炮眼数目N=ks/ar
式中：
k――单位体积炸药消耗量，kg/m3
s――开挖面积，m2
a――炮眼装药系数
r――炸药的线装药药密度，kg/m
4.5.4 炮眼布置。按照炮眼布置原则，先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼，最后布置掘进眼。
4.5.5 周边眼单孔装药量。按照光面爆破的技术要求，E/W比值采用0.8；周边眼距E=14d，确定为54cm；抵抗线W则为65cm；线装药密度q=0.27kg/m。
4.5.6 其他炮眼单孔装药量。公式为 Q=kawlλ
式中：
k――单位炸药消耗量，kg/m3
w――炮眼爆破方向的抵抗线，m
a――炮眼间距，m
l――炮眼深度，m
λ――炮眼的部位系数 4.5.7 装药结构。周边眼采用连续装药结构，药卷直径Φ25mm，装药不耦合系数为1.9，用竹片将药卷与围岩隔开，其他炮眼采用Φ32mm药卷。起爆方式采用导爆管传爆，采用并联方式联结，使用导火索引爆。眼口用泥砂堵塞，长度不小于30cm。
4.5.8 修正。经过计算，钻爆参数确定以后，按照经验进行适当修正。最后再根据现场的实施效果，进一步做了调整。炮眼布置见图3所示，装药参数见表2。
4.6 起爆顺序及网络
4.6.1 光爆爆破时，从掏槽眼开始，一层一层从截面中心向外起爆，最后是周边眼爆破。
4.6.2 根据现场人工装药的方便及非电毫秒的延时误差，确定合理的起爆时差，以保证时差。
4.6.3 为保证周边眼同时起爆，引爆雷管均采用同段导爆管。
4.6.4 传爆导爆管均使用双线加强，以保证传爆正常。
4.6.5 起爆网络采用导爆管并联起爆。
4.7 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。
4.8 爆破效果
实际钻眼深度3.2～3.4m，平均循环进尺3.0m，平均炮眼利用率90%，两茬炮衔接台阶拱部最大没有超过10cm，而且残眼前后基本在一个平面上，拱部炮眼痕迹率90%～95%，边墙两茬炮衔接台阶最大不超过8cm，残痕迹率平均达90%，爆炸后石碴块度适度，符合装载机装渣要求。
5 结语
（1）E/W值对光面爆破效果有很大的影响，现场作业时必须严格按钻爆设计布眼，每茬炮均要用测量仪器放出轮廓线、炮眼位置及角度，按眼钻孔清孔，不合格的眼孔要重新钻，检查合格方可按设计要求正确装药连接爆破，以达到理想的光爆效果；（2）要根据不同的围岩变化情况及时调整爆破参数，不断完善爆破设计；（3）光爆施工可以发挥围堰的自稳能力，减少了找顶时间，减少了临时支护，为下道工序创造了良好的施工条件；（4）采用炮眼少、耗药量少、爆破震动强度低楔型掏槽，比直眼掏槽更合理更经济；（5）在实际操作中，边墙光爆效果不够理想，还要进一步总结提高。
关键词：隧道施工；光面爆破；施工工艺；参数设计；围岩
1 概述
横山隧道位于新建太中银铁路太原-中卫之间，全长为11448m（起迄里程DK333+265～DK344+713），设计为单洞双线隧道。隧道所在范围地层岩性为第四系全新统冲洪积层细圆砾土，上更新统风积新黄土，中更新统风积老黄土，第三系上新统粉质粘土和侏罗系中统砂岩夹泥岩含煤线层。隧道洞身通过的基岩主要为泥岩夹砂岩，泥岩、砂岩互层，层厚不一，薄层～厚层不等，节理发育，泥质胶结，呈碎块状，压碎、镶嵌结构，易产生掉块、坍塌现象。隧道设计以Ⅲ级围岩为主，分布总长度为9690m，占隧道总长的85%；Ⅳ级围岩分布总长度为1390m，占隧道总长的12%；Ⅴ级围岩分布总长度为368m，占隧道总长的3%。
2 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。
3 施工方法与机具
3.1 施工方法
采用多断面台阶法施工，利用可移动的钻爆平台人工风钻打眼，人工装药，非电毫秒雷管引爆，初期支护紧跟，无轨装碴、运输，模板台车衬砌。
3.2 施工机具
采用国产YT-28型手持风钻，钻头直径42mm，钻爆平台（自制）分三层，立体作业。柳工856型侧翻式装载机装渣，20t自卸汽车运输。
4 爆破设计
4.1 爆破器材的选用
（1）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 钻眼深度的选择
综合考虑作业环境与施工设备等因素，通过现场试验，确定横山隧道在Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下每循环进尺为2.5～2.8m，眼深确定为3.0～3.3m，掏槽眼比其他眼加深0.2～0.5m。
4.3 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。
掏槽眼布置如图1及图2所示：
4.4 光面爆破
周边炮眼间距（E）、周边眼密集系数（m）、最小抵抗线（w）、不偶合系数（D）和线装密度（q）是影响光面爆破效果主要参数。只有这些参数确定在一个合理的范围时，爆破效果才能理想。
依据以往施工经验，光面爆破参数在以下范围：周边眼间距E为8～18d，d为炮眼直径，周边眼密集系数m为0.7～1.0，最小抵抗线w为15～22d，d为炮眼直径，不偶合系数D为1.8～2.2，装药集中度q为0.15～0.35kg/m。
4.5 爆破参数的确定
4.5.1 炮眼深度。炮眼深度根据循行进尺确定，公式为L=l/η。
式中：
L――炮眼眼深度（m）
l――循环进尺（m），按3.0m考虑
η――炮眼利用率，采用85%
计算并经调整以后，周边眼及掘进眼为3.3m，底板眼为3.4m，掏槽眼确定为3.8m。
4.5.2 循环装药量。单循环装药量Q=k×v
式中：
k――单位体积炸药消耗量，kg/m3
v――需要爆破体积
4.5.3 炮眼数量。炮眼数目N=ks/ar
式中：
k――单位体积炸药消耗量，kg/m3
s――开挖面积，m2
a――炮眼装药系数
r――炸药的线装药药密度，kg/m
4.5.4 炮眼布置。按照炮眼布置原则，先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼，最后布置掘进眼。
4.5.5 周边眼单孔装药量。按照光面爆破的技术要求，E/W比值采用0.8；周边眼距E=14d，确定为54cm；抵抗线W则为65cm；线装药密度q=0.27kg/m。
4.5.6 其他炮眼单孔装药量。公式为 Q=kawlλ
式中：
k――单位炸药消耗量，kg/m3
w――炮眼爆破方向的抵抗线，m
a――炮眼间距，m
l――炮眼深度，m
λ――炮眼的部位系数 4.5.7 装药结构。周边眼采用连续装药结构，药卷直径Φ25mm，装药不耦合系数为1.9，用竹片将药卷与围岩隔开，其他炮眼采用Φ32mm药卷。起爆方式采用导爆管传爆，采用并联方式联结，使用导火索引爆。眼口用泥砂堵塞，长度不小于30cm。
4.5.8 修正。经过计算，钻爆参数确定以后，按照经验进行适当修正。最后再根据现场的实施效果，进一步做了调整。炮眼布置见图3所示，装药参数见表2。
4.6 起爆顺序及网络
4.6.1 光爆爆破时，从掏槽眼开始，一层一层从截面中心向外起爆，最后是周边眼爆破。
4.6.2 根据现场人工装药的方便及非电毫秒的延时误差，确定合理的起爆时差，以保证时差。
4.6.3 为保证周边眼同时起爆，引爆雷管均采用同段导爆管。
4.6.4 传爆导爆管均使用双线加强，以保证传爆正常。
4.6.5 起爆网络采用导爆管并联起爆。
4.7 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。
4.8 爆破效果
实际钻眼深度3.2～3.4m，平均循环进尺3.0m，平均炮眼利用率90%，两茬炮衔接台阶拱部最大没有超过10cm，而且残眼前后基本在一个平面上，拱部炮眼痕迹率90%～95%，边墙两茬炮衔接台阶最大不超过8cm，残痕迹率平均达90%，爆炸后石碴块度适度，符合装载机装渣要求。
5 结语
（1）E/W值对光面爆破效果有很大的影响，现场作业时必须严格按钻爆设计布眼，每茬炮均要用测量仪器放出轮廓线、炮眼位置及角度，按眼钻孔清孔，不合格的眼孔要重新钻，检查合格方可按设计要求正确装药连接爆破，以达到理想的光爆效果；（2）要根据不同的围岩变化情况及时调整爆破参数，不断完善爆破设计；（3）光爆施工可以发挥围堰的自稳能力，减少了找顶时间，减少了临时支护，为下道工序创造了良好的施工条件；（4）采用炮眼少、耗药量少、爆破震动强度低楔型掏槽，比直眼掏槽更合理更经济；（5）在实际操作中，边墙光爆效果不够理想，还要进一步总结提高。
