论文导读：平遥至榆社高速公路宝塔山隧道位于山西省中东部太行山麓，穿过太岳山脉。光面爆破作用原理一般认为，光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中心，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后爆炸气的膨胀和裂缝进一步扩展，形成平整的暴裂面。隧道开挖方法主要采用上下台阶法施工（如下图），Ⅴ级围岩台阶长度按5～15米设置，Ⅳ级围岩台阶长度根据实际情况按15～40米设置。
1.工程简介
1.1工程概况
平遥至榆社高速公路宝塔山隧道位于山西省中东部太行山麓，穿过太岳山脉。本隧道采用双线分离式设计，左线全长10191.696米，右线全长10479.611米。AS4合同段承建宝塔山隧道出口端左线4245米、右线4265米及宝塔山隧道3#斜井889.954米。隧道采用双向四车道高速公路标准，设计速度80Km/h，全线设计车辆荷载采用公路-Ⅰ级。隧道净空为5×10.25m；人行横通道：限宽2.0m，限高2.50m；车行横通道：限宽4.50m，限高5.0m。3#斜井净空为6.70×7.85米。
1.2工程地质条件
宝塔山隧道位于山西省中东部太行山麓。隧址构造剥蚀基岩山区，出露地层主要以三叠系砂岩及粉砂岩为主，间夹薄层泥岩或砾岩，强~弱风化，局部基岩表层覆盖有第四系风积物，隧道穿过多处断层破碎带。隧址地下水类型主要为碎屑岩裂隙水。隧址区降水量受季风及地形影响降水量较少，且主要集中在7、8、9月份。地震烈度为Ⅶ级。隧道主要围岩类型包括Ⅳ级围岩6605米、Ⅴ级围岩655米、Ⅴ级围岩浅埋段80米、Ⅴ级围岩破碎带1170米。宝塔山隧道3#斜井主要围岩类型包括Ⅳ级围岩374.954米、Ⅴ级围岩515米 。
2.光面爆破设计
2.1光面爆破作用原理
光面爆破作用原理一般认为，光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中心，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后爆炸气的膨胀和裂缝进一步扩展，形成平整的暴裂面。论文参考网。要使光面爆破取得良好效果，一般需掌握以下技术要点：⑴根据围岩特点，合理选定周边眼的间距和最小抵抗线，尽最大努力提高钻眼质量。⑵严格控制周边眼的装药量，尽可能将药量沿眼长均匀分布。⑶周边眼宜使用小直径药卷和低猛度、低爆速的炸药。为满足装药结构的要求，可借助导爆索（导爆线）来实现间隔装药。⑶采用毫秒微差有序起爆。论文参考网。要安排好开挖程序，使光面爆破具有良好的临空面。
2.2光面爆破设计
2.2.1 光面爆破的起爆顺序
起爆顺序：掏糟炮眼→扩槽炮眼→内圈炮眼→周边炮眼→底板炮眼→底角炮眼
2.2.2 光面爆破参数的确定
光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。宝塔山隧道主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，采用2号铵锑炸药与乳化炸药，周边眼采用空气间隔装药，其他眼采用连续柱状装药，采用火雷管和非电毫秒导爆雷管起爆。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长上均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。⑴光爆层厚度（W）。光爆层厚度就是周边眼最小抵抗线，它与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，光爆层厚度可以大些；断面跨度小，光爆眼受到的夹制作用大，光爆层厚度相对要小些。同时光面爆破与岩石的性质和地质构造也有关系，坚硬岩石光爆层可小些，松软破碎的岩石光爆层可大些。宝塔山隧道光爆层厚度W为45cm～75cm。⑵周边眼间距（E）。周边眼通常布置在距开挖面边缘0.1m～0.2m位置处，光爆孔的孔底朝隧道开挖轮廓线方向倾斜3°～5°。当光爆孔孔径D为40mm时，周边眼间距E=（10～16）D，宝塔山隧道在Ⅳ级围岩中W取45cm。⑶周边眼密集系数（K）。周边眼密集系数是周边眼间距E与光爆层厚W的比值，是影响爆破效果的重要因素。K=E/W ⑷孔深（L）。由围岩地质条件及计划每班进度决定，炮眼深度按下式计算：L=每班进度计划/炮眼利用率，按经验数据，掏槽眼应加深20cm。⑸装药量（Q）光面爆破装药量的计算，一是确定炸药单耗量q,炸药的单耗量对装药的效率、炮孔利用率、开挖壁面的平整度和围岩的稳定性都有较大的影响。它取决于岩性、断面面积、炮孔直径和炮孔深度等多种因素。二是装药集中度Q。光面爆破装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮眼装药集中度。公式为：Q=qEW。炸药总用药量按下式计算：Q=q×V（其中，V=S×l）。式中：Q—总用药量；q—单位用药量；V—开挖体积；S—隧道断面面积；l—掘进深度，即进尺。⑹炮眼数量（N）。炮眼数量取决于掘进断面面积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增多，周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况；相反，孔数过多将使凿岩工作量增大。根据经验公式，炮眼数目按下式计算：N=0.0012qS/(ad2)。式中：N—炮眼数目；q—单位用药量；S—隧道断面面积；a—炮眼装药系数；d—炮眼直径，为4cm。
2.2.3 装药结构
周边眼装药采用径向不耦合间隔装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼。所有爆眼统一装入∮32标准药卷，周边眼间隔装药，岩石炸药与乳化炸药混装，周边眼药卷不需绑在竹片上，直接装入，孔口用炮泥堵塞。光面爆破装药过程中，如果只注意控制周边眼用药量而忽视内圈辅助眼的药量控制，很难达到理想的爆破效果。论文参考网。因此，为保证光面爆破的效果，南石壁隧道在实行开挖时，司钻手必须定岗定位，掏槽眼、底板眼、辅助眼、周边眼（又分拱部、拱墙、边墙）都实行专人负责制。
2.2.4 起爆方法
隧道爆破从掏槽眼到辅助眼至周边眼，采用多段微差毫秒雷管起爆由里向外起爆，其中周边眼比辅助眼要跳2段，间隔时间为25～100毫秒，且用同一段雷管同时起爆。
3隧道光面爆破施工
隧道开挖方法主要采用上下台阶法施工，Ⅴ级围岩台阶长度按5～15米设置，Ⅳ级围岩台阶长度根据实际情况按15～40米设置。
3.1 Ⅴ级围岩爆破施工
S5型衬砌类型，施工时坚持“短进尺、弱爆破”的原则进行施工，开挖进尺宜控制在1.0m～1.5m/循环，进洞段根据围岩的实际情况，可以控制在0.5m左右。施工时尽量采取人工辅以小型机具（风镐等）配合长臂挖掘机直接进行开挖，若必须采用爆破开挖时，在征得监理工程师许可后采取微振控制爆破技术，严格控制爆破规模，把对周边围岩的扰动减小到最低限度。采用短台阶法开挖，台阶长度为5～15m（详见台阶法开挖示意图），具体视围岩情况而定。上台阶采用环形预留核心土开挖法施工，环形开挖长度1～1.5m，开挖周边宽度1.5～2.5m，下半断面拉中槽、马口开挖逐步成型。
3.2 Ⅳ级围岩爆破施工
Ⅳ级围岩地段采取中长台阶法分步开挖，上台阶长度超前不宜超过40m，开挖循环进尺宜控制在1.5m～2.5m/循环，进洞段根据围岩的实际情况，可以控制在1.0m～1.5m以内。上断面采用简易钻架、凿岩机钻眼，非电毫秒微差光面爆破开挖，下断面围岩情况较差时可以考虑拉中槽、马口开挖逐步成型，采用简易钻架人工凿岩机钻眼。
3.3 钻爆设计控制重点
基于以上原因，隧道洞身开挖在总体上采用光面爆破，以最大限度的减少对周边围岩的扰动，减少超挖量，充分发挥围岩的自稳能力，提高初期支护的承载力。
影响超欠挖的因素有以下几点：⑴、钻孔精度；⑵、爆破技术；⑶、施工组织管理；⑷、测量放线；⑸、地质条件变化；⑹、其它。
其中控制的重点是控制钻孔精度、爆破和施工管理。本隧道对于钻爆参数的选择根据经验及工程类比进行，施工中通过观察石质情况并通过试炮修正确定。
3.4 周边眼参数选择
钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边眼的间距、外插角、开口位置和炮眼深度。
3.5周边眼装药结构
周边炮眼采用φ25mm小药卷间隔装药，导爆索连接，导爆索用竹片和电工胶布与炸药卷绑在一起。
3.6 爆破效果验证
周边轮廓基本符合设计要求，爆破后岩石壁面基本平整；爆破后岩面保留有半眼孔痕，整体性好的围岩半眼率大于90%；爆破后，在围岩壁面上无粉碎损伤，无明显新生裂隙，对围岩破坏轻微；爆破后围岩稳定，基本无剥落现象，循环进尺理想；石渣最大块在35cm，渣堆集中，抛距28m左右。
4 结束语
光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后岩面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。它与传统的爆破法相比，最显著的特点是能有效的控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又可以减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
宝塔山隧道开挖全部实行光面爆破，开挖地段光面爆破效果良好，超欠挖得到了有效的控制，减少了支护混凝土的用量，爆破后的岩面平整，岩渣块度均匀较小，利于运输，为后期铺挂防水板以及二次衬砌施工缩短时间，节约施工成本。
参考文献：
[1]JTJ042—94，公路隧道施工技术规范[S]
[2] 黄成光、丁敦荣。公路隧道施工。人民交通出版社。2002
