某高铁隧道长短眼结合光面爆破施工关键技术

某高铁项目标段内共有隧道6座。隧道存在滑坡、采空区及老窑积水、有害气体、岩溶与岩溶水、高地应力、边仰坡顺层等不良地质。项目进场以来多次邀请内外部隧道专家现场踏勘，量身定制项目光爆方案，通过对周边孔长短眼结合技术在隧道光面爆破中的应用，截至目前项目Ⅳ级围岩平均线性超挖值由 198mm 减小到 144mm，初支混凝土超耗率均能控制在 80%以内，累计节约成本约 670 余万元，现将本项目推广的长短眼结合技术的经验做法总结如下：

一、工程概况

XX隧道为Ⅰ级高风险隧道，是全线重难点控制性工程，隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩占比 93%，最大埋深 915m，全隧主要以泥岩、泥岩夹砂岩、泥岩夹砂页岩及灰岩、泥岩夹煤岩层、灰岩等为主。

二、长短眼结合爆破技术在隧道光面爆破中的应用

1.技术原理

长短眼结合爆破技术是在传统的钻爆法施工工艺基础上，通过优化改变周边眼的布孔方式，从而提升隧道开挖质量，减少超欠挖的一种方法， 主要原理是将传统钻爆法的单排周边眼优化调整为长短结合的双排周边眼。长眼眼底轮廓线所在环形面（ M1）为设计开挖轮廓面（ M2）加上围岩预留沉降量后的环形面（ M1），即实际理想开挖轮廓面（ M1），该面（ M1）与长眼孔身形成的环形面（ M3）之间的区域（ Q1）为单长眼布置时所形成的欠挖区域（ Q1）。在该区域（ Q1）增设一圈短眼，短眼孔身形成的环形面（ M4）与环形面（ M3）之前的区域（ Q2）即为增设短眼后破除的欠挖部分。在此过程中长眼主要发挥控制隧道开挖轮廓和提供精准导向的关键作用，以确保隧道的形状和尺寸符合设计要求；而短眼则侧重于对长眼欠挖部位的处理，通过利用长短眼角度差与长度差，既减小长眼因外插角大造成的过大超挖，又最大限度减少孔口欠挖，同时还有效保证循环进尺。

图 1 长短眼结合爆破技术原理图

2.技术特点

（1） 软弱围岩长循环进尺

软弱围岩在长循环进尺时，钻孔受初期支护位置影响，外插角普遍较大，导致孔底超挖孔口欠挖现象严重，因此不得不减小循环进尺。通过长短眼结合的方式有助于将孔底超挖控制在极小范围内，并最大限度的减少孔口位置的欠挖，大幅降低了隧道开挖超欠挖值，加大了循环进尺，提高了施工工效。

（2） 短眼炮孔圈形成环向减震带

外层短眼的布设形成了环向减震带，爆炸能量向外传递时经外层短眼的阻隔被大幅度降低，从而有效减轻了对周边围岩的扰动，降低了围岩变形和坍塌风险。

3.长短眼结合爆破技术工艺流程

图 2 长短眼结合光面爆破技术工艺流程图

（1） 方案设计

长短眼结合光面爆破设计周边眼时将钻孔参数分为三个变量，即环境变量、因变量、自变量，通过已知的初期支护距离掌子面距离、眼底距离设计轮廓线距离、长眼进尺长度（开挖循环进尺）、初期支护厚度、长短眼孔间距以及短眼孔口距离开挖轮廓线的距离可以精确计算出短眼外插角度、短眼进尺长度、长眼外插角度、短眼长眼排距，计算公式及计算步骤如下表。

表 1 长短眼钻孔技术参数计算表

图 3 长短眼钻孔平面示意图

图 4 长短眼钻孔立面示意图

图 5 长短眼钻孔横断面示意图

图 6 长短眼钻孔 3D 效果图

图 7 长短眼钻孔 3D 效果图

以XX隧道Ⅳ、 Ⅴ级围岩泥岩夹砂岩地质为例，根据开挖参数计算出周边眼长短眼钻孔参数如下：

图 8 长短眼钻孔平面布置图

图 9

长短眼钻孔立面布置图

图

10 长短眼钻孔炮孔布置图

表 2 XX隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩长短眼钻孔参数表

表 3 XX隧道Ⅳ级围岩炮孔参数表

（2） 钻孔布孔钻孔前，测量人员用全站仪放样出隧道中心线及周边眼位置，用不同颜色油漆标记出长短眼炮孔位置，技术人员根据上循环爆破评价情况结合本循环揭露地质状况及开挖进尺设计爆破参数并对开挖工班进行交底，明确钻孔深度、角度、装药量、装药方式等相关参数。作业工人从外圈短眼开始施钻， 先以拱顶孔作为标准孔，插上炮杆，作为边墙各孔的参照角度、 方向。钻孔过程要严格执行“准、直、平、齐”的钻孔要求。以铁峰山隧道Ⅳ级围岩上台阶开挖为例，开挖面积 92.64 ㎡，循环进尺3.6m，周边长眼 48 个，孔深 3.61m，孔间距 0.5m，倾角 95°，短眼 48 个，孔深 1.81m，孔间距 0.5m，倾角 95°。

图 11 定标钻孔 图 12 钻孔效果图

（3） 装药起爆

周边眼装药采用集中不耦合装药方式，装药前先用高压风将孔中岩粉吹净， 并用炮棍检查孔内是否有堵塞物， 检查炮孔质量和数量。装药时派专人分好雷管段别， 分片分组， 严格按爆破参数表及炮孔布置图规定的单孔装药量、 延迟时间“对号入座”以XX隧道Ⅳ级围岩上台阶开挖为例，使用 2 号岩石乳化炸药（φ 32/20cm/0.3kg），周边长眼单孔装药量 0.75kg/3.5条，短眼单孔装药量 0.3kg/1 条，上台阶共计布置炮孔 185 个，炸药单耗量 0.716kg/ m³。

4.控制要点

（ 1）地质勘察。准确、详尽的地质勘察是长短眼技术成功应用的基础。在施工前，应采用多种勘察手段，如地质钻探、物探等，全面了解隧道沿线的地质情况，包括岩石类型、硬度、节理裂隙发育程度、地下水分布等。根据地质勘察结果，对隧道进行分段分类，为长短眼技术的应用提供科学依据。（ 2）参数优化。在施工过程中，应根据实际揭露的地质情况和爆破效果，不断优化长短眼布置、装药结构和起爆顺序等参数。通过现场监测和数据分析，及时调整炮孔间距、深度、装药量等参数，以适应地质条件的变化，确保爆破效果达到最佳。（ 3）施工管理。加强施工过程中的质量控制和安全管理是长短眼技术正确实施的重要保障。建立健全质量管理体系，对钻孔、装药、起爆等关键工序进行严格的过程控制，确保施工符合设计要求。同时，加强安全教育培训，制定完善的安全应急预案，保障施工人员的生命安全。5.效果评价通过对 WDK80+739.4~WDK80+703.4 段应用长短眼结合光面爆破 10 个开挖循环的爆破效果进行统计分析与原 WDK80+94 9~WDK80+913 段常规爆破 10 个开挖循环的爆破效果进行了对比，主要效果如下： （1） 炮孔残留率应用长短眼技术光面爆破炮孔平均残留率 93.65%，较常规爆破炮孔残留率 87.29%提高了 6.36%。

表 4 XX隧道Ⅳ级围岩常规爆破炮孔残留率统计表

表 5 XX隧道Ⅳ级围岩长短眼结合光面爆破技术炮孔残留率统计表

（2） 炮孔利用率应用长短眼结合光面爆破技术炮孔平均利用率 99.72%，较常规爆破炮孔残留率 87.74%提高了 11.98%。

表 6

XX隧道Ⅳ级围岩常规爆破与长短眼结合光面爆破炮孔利用率对比表

（3） 隧道超挖值应用长短眼结合光面爆破技术最大超挖值 267mm，最小超挖值 16mm，平均线性超挖值 144mm，常规爆破最大超挖值341mm，最小超挖值 82mm，平均线性超挖值 198mm，长短眼结合光面爆破技术较常规爆破平均线性超挖值减小了 54mm。

表 7 XX隧道Ⅳ级围岩常规爆破超挖值统计表

表 8 XX隧道Ⅳ级围岩长短眼技术光面爆破超挖值统计表

图 14 WDK80+721.8 长短眼爆破开挖断面扫描

（4） 岩渣块度通过对 WDK80+739.4~WDK80+703.4 近 10个循环的开挖岩渣粒径统计分析，应用长短眼结合光面爆破技术后岩渣粒径≦ 50cm 的岩渣占比提高 17%，粒径 50cm~80cm 之间岩渣占比降低 10%，粒径 80cm 以上岩渣占比降低 7%，岩渣粒径适中。

表 9 常规爆破与长短眼结合光面爆破技术岩渣粒径对比表

三、光面爆破取得的成果

1.隧道质量显著提升

开展长短眼结合光面爆破技术控制以来，通过各种措施及管理手段的运用，项目在 2024 年上半年铁路信誉评价中取得A+的优秀成绩。截至 2024 年 7 月底，拱墙衬砌共计完成 336 板/4023m，自检完成 242 板/2895m，自检完成率为 87%；三检完成 129 板/1538m，三检完成率为 54.7%；衬砌无损检测共 14475延米，未发现较大质量缺陷。

2.混凝土超耗大幅下降截至 2024 年 7 月底项目年度初支平均超耗率较公司平均水平下降 7.65%，节约混凝土约 3560m³；仰拱及填充（含底板）超耗率较公司平均水平下降 1.93%，节约混凝土约 1006 m³；二衬超耗率较公司平均水平下降 4.41%，节约混凝土约 1772 m³；年度累计节约混凝土约 6338 m³。

表 10 隧道混凝土超耗对比表

图 16 隧道混凝土超耗率对比柱状图

3.施工工效明显提高运用长短眼结合光面爆破技术后Ⅳ级围岩循环进尺 3.6m 时，单循环工效提升 50min，截至目前铁峰山隧道正洞Ⅳ级围岩人工钻爆开挖月度进尺均能保持在 110m 左右，较公司平均水平 95m提高 15.8%。

表 11 常规爆破与长短眼结合光面爆破技术Ⅳ级围岩循环平均工效对比表

应用长短眼结合光面爆破技术以来， 隧道质量及施工工效有明显提升，混凝土超耗得到了有效控制，预计到全线所有隧道贯通累计将节约成本约 2900 余万元。 项目部将继续保持“求真务实，真抓实干”的工作态度，努力践行“高标准、 高质量倾力建造西南艰险山区生态铁路精品工程”的管理理念，锲而不舍抓实隧道光面爆破、 提高项目精细化管理水平。

图 17 光面爆破效果图