0 引言

　　光面爆破在公路隧道工程中广泛应用，爆破效果影响隧道轮廓及后期施工。超、欠挖是影响隧道施工综合效益的关键因素，优化光面爆破设计参数，减少超、欠挖，提高光面爆破效果是亟须解决的施工难题^[1]。因此，诸多学者展开研究，如熊成宇等^[2]通过现场爆破试验分析聚能水压爆破技术原理，得出该爆破技术能有效控制隧道超、欠挖的结论;王刚^[3]介绍光面爆破技术原理及施工工艺，并对该技术在公路隧道施工中的应用进行分析;郭睿等^[4]基于光面爆破参数设计、炮眼钻孔及装药等分析光面爆破操作要点;龙宝宾等^[5]结合某隧道工程，介绍水压爆破基本原理及施工工艺，分析水压爆破技术优点及施工效果。

　　现有研究成果虽在一定程度上优化了光面爆破效果，但实际施工过程中仍存在爆破能量利用率低、炮振裂隙多、围岩损伤大及超挖严重等问题，光面爆破质量受到影响。以下营隧道为依托，开展隧道切缝管聚能光面爆破技术研究。

　　1 工程概况

　　下营隧道位于南阳市西峡县内，为分离式隧道，设计时速80km/h。左线起讫桩号为ZK120+689.000—ZK121+678.000，长989m;右线起讫桩号为K120+695.000—K121+644.000，长949m。根据围岩地质情况，隧道开挖断面面积约95m²，地面标高376.000—546.000m，相对高差约170m，属于深切尖削中山陡坡地貌，地势起伏较大，进口段地形坡角34°～42°，出口段15°～25°，隧址区稳定性较好，主要岩性为太古界下雁岭沟群大理岩，节理发育。隧道主要采用钻爆法施工，斜眼掏槽，周边眼采用光面爆破钻眼法。

　　2 施工要求

　　隧址区爆破施工需满足以下要求:(1)眼壁规整，爆破后不得出现严重超、欠挖现象;(2)在最大程度上降低爆破振动对开挖岩体的影响，避免因岩体开裂导致围岩渗水及漏水;(3)分部开挖时，爆破施工不能影响各分部支护结构稳定性;(4)需控制后续爆破振动对围岩支护体系的影响;(5)需控制爆破振动对地表建筑物的影响，确保施工安全^[6]。传统隧道爆破施工工艺无法满足上述施工要求，故需进行优化改进，以适应当前隧道施工的复杂环境。

　　3 切缝管聚能光面爆破技术原理

　　普通药包爆炸后，爆轰气体及爆轰产物沿药包径向向周围扩散，作用于孔壁及围岩上的能量大致相同，岩体损伤情况基本一致，无法达到定向爆破效果。切缝管通过在管壁轴向切缝或打孔，改变切缝(孔)长度、宽度、角度及数量等，控制爆炸应力场的分布，从而使爆轰气体产生尖劈作用，最终达到定向爆破的目的。

　　切缝管药包爆炸瞬间，爆轰能量高速向周围扩散，切缝方向由于不受管壁约束作用，在空气中形成高速冲击波;非切缝方向受管壁约束作用，爆轰能量无法向壁外扩散，从切缝方向溢出，切缝方向高温、高速、高能流密度的冲击波使岩体快速产生裂纹并扩展，然后分离、剥落。

　　切缝管聚能光面爆破技术既利用切缝管爆破技术定向爆破原理，又利用聚能爆破聚能机理，提高光面爆破效果^{[7,8,9,10,11,12]}。本研究引入PVC切缝管作为约束条件及传能介质，通过切缝改变管自身对称结构，并使切缝与隧道轮廓线方向一致，控制爆炸应力场的分布。在炮孔底部和炸药尾部加入水袋，冲击波及爆轰产物依靠水进行能量传递，水袋周围能量可均匀地作用于孔壁及围岩上，保护预留壁面。

　　4 切缝管聚能光面爆破工艺

　　4.1 钻孔

　　为提高精度、保证隧道光面爆破效果、缩短钻孔时间，下营隧道采用TZ3A型三臂凿岩台车进行钻孔，钻孔直径45mm，钻孔速度提高56%～122%，钻眼深度根据围岩情况及开挖工法确定。

　　4.2 炮孔布置

　　为提高爆破效果，依据工程经验，掏槽眼装药系数需控制为0.7～0.9，辅助眼及周边眼装药系数需控制为0.65～0.85，现场按0.75取值控制，周边眼采用切缝管聚能装药，其他眼为连续装药。炮孔布置如图1所示。

　　图1 炮孔布置  

　　4.3 装药

　　切缝管采用硬质PVC管制作，具有高温、阻燃性能，外径38mm，内径34mm，壁厚2mm，装药示意如图2所示。

　　图2 装药示意  

　　采用乳化炸药，药卷直径32mm，长200mm，重200g/卷，密度1.0kg/m，爆速4 000m/s。将药卷切割分段安装，孔底安装100g药卷，其他位置安装50g药卷，每段间隔20cm，装药完成后将整个药包塞进周边眼炮孔内，保持切缝方向与隧道轮廓线方向一致。

　　4.4 起爆网路

　　导爆管起爆系统网路设计简单，仅要求联结牢固，簇联时导爆管数量≤25根，连接导爆管时要求切缝方向与传爆方向一致。爆破分区起爆顺序为:掏槽眼→辅助眼→底板眼→周边眼，周边眼采用延时起爆，最后连线爆破。

　　表1 经济指标对比 

　　表1 经济指标对比

　　4.5 堵塞

　　隧道爆破施工过程中，若不对炮孔进行堵塞，将受飞石、噪声等困扰，且爆破效果较差，故须进行炮孔堵塞。堵塞长度对光面爆破效果的影响较大，堵塞长度过小，则爆轰气体易逸出，造成能量损失，达不到预期爆破效果;堵塞长度过大，则易在孔口形成残留炮孔。现场采用PNJ-A型炮泥机制作炮泥，每节长20～25cm，直径35mm。

　　4.6 分析爆破效果

　　爆破施工结束后，至少通风30min才可进入隧道检查爆破作业面，确定安全后可进行清渣作业。清渣完成后，统计爆破后的半眼残数及超、欠挖情况，对爆破效果进行分析，及时优化和改善爆破设计参数，提高光面爆破效果。

　　5 实际爆破效果

　　将普通光面爆破效果与切缝管聚能光面爆破效果进行对比分析，可知普通光面爆破后整个隧道轮廓凹凸不平，周边眼周围围岩裂隙较多，且存在大块岩石剥落，大块率>10%，半眼残数仅为2～3条，残眼深度>200mm，炮眼利用率仅维持为85%左右。而周边眼全部采用切缝管聚能光面爆破技术后，整个隧道轮廓光滑平整且成型良好，剥落的岩石块度均匀，大块率保持为<4%，炮孔半眼残痕明显，炮孔半眼痕率达90%左右，光面爆破效果良好。

　　在周边眼装药量一致的情况下，切缝管聚能光面爆破技术与普通光面爆破技术相比，周边眼间距由50cm增至120cm，炮孔半眼痕率达90%左右，较普通光面爆破提高5%左右，超挖控制为<50mm，基本无欠挖现象，光面爆破效果更优。

　　将2种爆破技术经济效益进行对比分析，如表1所示。由表1可知，周边眼进行切缝管聚能光面爆破后，由于周边眼成型良好，超、欠挖现象得到较好控制，明显优于普通光面爆破技术，且雷管、喷浆量、钢筋网、喷浆时间、辅助作业时间消耗减少，具有经济效益。

　　6 结语

　　通过开展现场试验，对切缝管聚能光面爆破技术原理进行分析，并与传统爆破技术进行对比，可知切缝管聚能光面爆破技术解决下营隧道超、欠挖难题，提高爆破质量。

　　1)采用TZ3A型三臂凿岩台车代替人工进行钻孔作业，在提高钻孔精度的同时，钻孔速度提高56%～122%，缩短钻孔作业周期，加快施工速度。

　　2)聚能水袋利用自身缓能作用，分散炸药爆炸时产生的能量，保护预留壁面，同时减少爆破后粉尘污染，实现绿色化施工。

　　3)切缝管聚能光面爆破技术大幅改善光面爆破效果，与普通光面爆破技术相比，周边眼间距增加约70cm，炮孔半眼痕率提高5%左右，超挖控制为<50mm，欠挖现象基本得到控制，具有良好的经济效益。