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【摘要】随着我国山区铁路快速发展，为缩短铁路里程，增加运力，双线隧道占有较大的比重，在隧道施工中，大部分均采用了传统的普通爆破，没有真正体现出光面爆破优质、快速、低耗的优势。本文分析了光面爆破机理，结合工程实践，从爆破设计、爆破施工施工过程控制等阐述了双线铁路隧道爆破光面爆破技术要点，可为同类工程提供借鉴。
【关键词】隧道；光面爆破；施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
1工程概况
成昆铁路永仁至广通段扩能工程为国家和云南省重点建设项目，工程设计为国家I级电气化双线铁路，正线全长92.009km。
成昆铁路永仁至广通段扩能工程三标段起点里程DK679+700，终点里程DK707+035.85，正线长24.490公里（短链2846.279米）其中双线隧道8座，双线隧道全长14.438公里,占线路总长的59%，其中Ⅲ级围岩占隧道总长的54.3%。隧道光面爆破效果的好坏直接关系到隧道开挖的质量和施工成本。
2 爆破原理
（1）应力波叠加原理
当相邻两炮孔同时起爆时，各炮孔爆炸产生的压缩应力波以柱面波的形式向四周扩散，并在两孔连心线的中点相遇，产生应力波的叠加。在交会处，应力波切向分量合力的方向垂直于连心线，而且方向相背，促使岩体向外移动，产生拉伸应力。当合成应力超过岩石的抗拉强度时，便会在两炮孔的中间点首先产生裂缝，然后，沿着连心线向两炮孔方向发展，最后形成断裂面。见图6.1-1 就力波叠加原理图。
（2）爆炸高压气体作用原理
在不耦合装药条件下的缓冲作用，由于空气间隙的存在，使得作用于孔壁的冲击波波峰压力大大地减小。炮孔爆破时，若岩体附近有空孔存在，则沿爆破孔与空孔的连心线产生应力集中，相邻两个炮孔越近，应力集中现象越显著。此时，首先在孔壁上应力集中最大的地方出现拉伸裂隙，然后，这些裂隙沿着炮孔连心线方向延伸。如果孔距合适，则相向的裂隙互相贯通，形成一个光滑的断裂面。见图6.1-2 爆炸高压气体作用原理图。
（3）应力波与气体共同作用原理
应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂缝，随后，爆炸高压气体准静态应力的作用使初始径向裂缝进一步扩展。当相邻的两个炮孔爆炸时，不论是否同时起爆，还是存在不同程度的起爆时差，由于应力集中，沿炮孔的连心线方向首先出现裂缝，并且发展也最快。在爆炸气体压力的作用下，由于最长的径向裂隙扩展所需的能量最小，所以该处的裂隙将优先发展。因此，连心线方向也就成为裂缝继续扩展的优先方向，而其他方向的裂缝发展甚微，从而保证了裂缝沿着连心线将岩体裂开。
（4）相邻炮孔组起爆时差对成缝机理的影响
周边孔同时起爆时，光面爆破裂缝平整，周边孔宜选择同一个段位。此外，周边孔组与其相邻炮孔组的起爆时差对爆破效果的影响也很大，如果起爆时差选择合理，炮孔间距及光爆层厚度适当，可获得良好的光面爆破效果。由里向外的径向起爆时差对光爆破效果的影响也很大，理想的起爆时差应该是先发爆破的岩石应力作用尚未消失，且岩石刚开始断裂移动时，后发爆破立即起爆。在这种状态下，既为后发爆破创造了自由面，又能造成应力叠加，发挥出毫秒爆破的优势。起爆时差随炮孔深度的不同而不同，炮孔愈深，起爆时差愈大。
3 光面爆破评价标准
铁路隧道施工验收标准对爆破开挖的评定合格的主要主要标准为：
（1）拱部平均线性超挖Ⅲ、Ⅳ级围岩≤15cm，Ⅴ级围岩≤10cm；最大超：挖Ⅲ、Ⅳ级围岩≤25cm，Ⅴ级围岩≤15cm；边墙平均线性超挖均为≤10cm；隧底平均线性超挖≤10cm，隧底最大超挖≤25cm。
（2）隧道不应欠挖，围岩完整、石质坚硬时，个别突出部分欠挖≤5cm（每1m2不大于0.1m2），允许拱脚和拱脚以上1m范围严禁欠挖。
（3）眼痕保存率：硬岩≥80%，中硬岩≥60%，并在开挖轮廓上均匀分布。
隧道光面爆破与普通爆破相比，光面爆破能大大降低爆破对围岩的破坏程度，保证施工安全；爆破后成型规整，提高隧道轮廓质量；减少超欠挖，减少支护工作量和材料消耗；有利于加快隧道掘进进度，降低成本。总之，与普通爆破法相比，光面爆破的优点是：快速、优质、安全、高效、低耗。目前国内对于光面爆破效果的评定标准各有不同，参考规范及经验，主要以体现开挖进尺的炮眼利用率、体现成形效果的眼痕保存率、影响成本的超欠挖控制效果作为光面爆破评价标准：
（1）炮眼利用率:裂隙不发育≥95%为优良；≥90%为良好；≥80%为一般；＜80%为较差。
（2）眼痕保存率：
裂隙不发育：≥90%为优良；≥80%为良好；≥70%为一般；＜70%为较差。
裂隙较发育：≥80%为优良；≥70%为良好；≥60%为一般；＜60%为较差。
（3）最大超挖超限率：上台阶允许最大超挖15cm为基准，＜10cm为优良；≥10cm＜15cm为良好；≥15cm＜20cm为一般；≥20cm为较差。
（4）平均超挖：上台阶允许平均超挖10cm为基准，≤5cm为优良；＞5cm≤10cm为为良好；＞10cm≤15cm为一般；＞15cm为较差。
（5）最大欠挖：上台阶允许局部欠挖5cm为基准，≤5cm为优良；＞5cm≤10cm为为良好；＞10cm≤15cm为一般；＞15cm为较差。
4 开挖断面及爆破方案的确定
以永广铁路三标段凤仪村1号隧道为例，该隧道Ⅲ级复合衬砌(加宽80厘米)段采用正台阶法施工。根据设计该段预留变形量为5～8厘米，根据监控量测分析，预留变形量取5厘米进行控制，确定上台阶开挖断面见Ⅲ级复合（加宽80）上台阶开挖断面图。
Ⅲ级复合（加宽80）上台阶开挖断面图
根据断面形状，确定光面爆破方案：采用径向微差环向逐层起爆，逐环接力，提高掘进效率的同时，提高光爆层均匀度，为周边孔最终光爆破成形创造条件；周边孔空气柱不耦合间隔装药，均匀剥离，提高爆破成形质量，见上台阶爆破方案图。
上台阶爆破方案图
5 光面爆破设计
钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻具和爆破材料等综合进行钻爆设计，结合现场实施来调整钻爆参数，达到安全、合理、经济的爆破效果。其爆破参数的选定最好实地试验确定，也可参考有关光爆和预裂爆破的相关资料选定。
5.1周边光面爆破设计
（1）计算周边炮孔装药量
1）装药不耦合系数：Kd=dc/db=3.2/4.2=0.762
式中:db--炮孔直径（0.042m）；dc--装药直径（0.032m）；
2）装药系数：LL≤((8kbσc)/(nρ0D2))(db/dc)6
=((8*10*81*106)/(10*1050*36002))*(0.042/0.032)6=0.243
式中:kb--體积应力状态下的岩石强度提高系数（kb=10）；σc--岩石的抗压强度（取样试压81MPa=81*106Pa）；db--炮孔直径（0.042m）；dc--装药直径（0.032m）；n--为爆炸冲击波撞击炮孔壁引起的压力增大系数（一般取n=10）；ρ0--炸药密度（ρ0=1050kg/m3）；D--为炸药爆速（3600m/s）。
3）炮孔装药线密度：q1=(Л/4)(ρ0db2Kd2LL)
=(3.1416/4)*(1050*0.0422*0.7622*0.243)=0.21kg/m
（2）确定周边炮孔间距
1）爆炸作用炮孔壁上的压力：p2=10*81=810MPa
2）初始炮孔间距：
ac=(2bp2/σt)1/adb=(2*0.33*810/8.1)1/1.67*0.042=0.516=516mm
式中：a--就力波衰减指数，a=2-μ/(1-μ)=2-0.25/(1-0.25)=1.67,μ为岩石泊松比取0.25；b--切向应力与径向应力之比，b=μ/(1-μ)=0.25/(1-0.25)=0.33,μ为岩石泊松比0.25；p2—爆炸作用炮孔壁上的压力, p2=Kbσc=10*81=810MPa；σt--岩石的抗拉强度，取81*10%=8.1MPa；db--炮孔直径，取42cm。
3）按照应力波与爆炸气体共同作用理论，首先单个炮孔在应力波作用下的裂纹长度为：
Rk=(bp2/σt)1/arb，=(0.33*810/81)1/1.67*0.021=0.17m
式中:rb为炮孔半径（m）。
又装药体积与炮孔体积比为：Vc/Vb=LL(dc/db)2=0.243*(0.032/0.042)2=0.141
爆轰压为pc=ρ0D2/4=(1050*36002/4)/106=3402MPa
则爆炸气体充满爆孔体积时的静压力为：
p=（pc/pk）k2/k1(Vc/Vb)k1pk=(3402/100)1.4/3*0.1413*100=33.4MPa
式中：pk--爆生气体膨胀过程中的临界压力，一般取pc=100MPa；
K1—高压姿态下爆生气体的等熵指数，可取K1=3；K2—低压姿态下爆生气体的等熵指数，可取K2=1.4。
最后，得周边炮孔间距为：az=2Rk+pdb/σt=2*0.17+33.4*0.042/8.1=0.513=513mm
初步爆破设计周边炮孔间距取500mm
（3）确定光爆层厚度
（1）根据装药密集系数确定光面爆破的最小抵抗线W=a/m=513/(0.8～1)= 513～641mm，式中m—装药密集系数，一般取m=0.8～1.0。
（2）国内爆破光爆层厚度拱部500～700mm，边墙600～700mm。
（3）根据计算结合参考数值，确定上台阶光爆层厚度按600mm进行钻爆设计。
周边光面爆破参数见上台阶周边光面爆破参数表：
上台阶周边光面爆破参数表
开挖跨度（m） 炮孔直径（mm） 乳化炸药直径（mm） 炮孔间距（mm） 光爆层厚度（mm） 线装药密度（kg/m）
13.358 42 32 500 600 0.21
5.2掏槽与辅助孔设计
（1）掏槽设计
掏槽爆破效果决定爆破进尺，由于它在仅有的垂直自由面条件下起爆，它是整个循环进尺的关键，又是整个爆破的难点。为有利于光面爆破，掏槽爆破除控制进尺外，还须兼顾光面爆破，为辅助孔爆破创造规整的临空面，以使辅助爆破逐层崩落，为周边孔爆破创造最佳条件。据于以上考虑，采用中空复合楔形掏槽技术，见上台阶掏槽孔位布置图。
上台阶掏槽孔位布置图
K1～K3号孔为中间空孔，1～8号孔为一级楔形掏槽孔，9～16号孔为二级楔形掏槽孔。
岩石的坚固性系数f=σc/30+(σc/3)1/2=81/30+(81/3)1/2=8，掏槽内楔孔、掏槽外楔孔、掏槽整形孔也口间距0.4米。
爆破掏槽体积为（2.958*1.8+1.88*1.8）/2*3=13m3,单位体积消耗量取1.85/m3,则炸药总用量为1.85*13=24.0kg。
（2）辅助孔设计
利用9个辅助孔对掏槽进行整形，然后利用其他辅助孔逐环崩落掘进，其余辅助孔采用扇形布置。
（1）环向间距经验公式：
W=（ρ0gdc）/(2*31/2fk)且W≤3L/5
=(1150*120*0.032)/(2*31/21.25)=1019mm=1.019m且W≤3*3/5=1.8m
式中db—装药直径（32mm）；ρ0--炸药密度（1150kg/m3）；fk—岩石抗爆性系数系数，fk=1.25；L—炮孔深度（3m）；g—炸药相对做功能力，g取110。
（2）根据最小抵抗线和孔径的此值，最小抵抗线W=（25～30）db=（25～35）*0.042=（1.05～1.26）m。
综合以上两种计算结果，环向崩落层厚度取1米，辅助孔环向间距：0.8*1.0=0.8m，单孔装药量：（0.8*1*3）*0.5=1.2kg。
（3）微差爆破设计
为提高光爆效果，采用微差爆破技术，一二级掏槽孔间形成爆破微差，每环辅助崩落孔形成爆破微差，减小围岩振动，逐层负责为周边光爆破层创造条件，最后底板孔托碴。采用电雷管导爆，毫秒电雷管起爆，采用1、3、5、7、9、11、13、15、17共9个段位。1、3段用于掏槽，5段用于9个辅助孔对掏槽的整形，7、9、11、13段用于辅助孔逐环崩落掘进，15段用于周边光面爆破，17段用于底板孔爆破托碴。
5.3光面爆破一图一表
根据爆破参数设计，形成光面爆破一图一表，见Ⅲ级围岩复合衬砌（加宽80）段上台阶炮孔布置图、Ⅲ级围岩复合衬砌（加宽80）段上台阶光面爆破参数表。
Ⅲ级围岩复合衬砌（加宽80）段上台阶炮孔布置图
Ⅲ级围岩复合（加宽80）衬砌段上台阶光面爆破参数表
6 光面爆破操作要点
（1）测量放线
测量人员按照光面爆破一图一表严格进行施工测量布孔，并在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线、全部炮眼位置，并进行炮孔编号。
（2）钻孔
严格按设计好的炮孔方向、深度、角度钻孔，孔底间距误差不得大于5cm，掏槽眼严禁互相打穿相交。除底眼外，其它炮眼口比眼底5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出；当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻孔完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破。
（3）装药与堵塞
装药前炮眼用高压风吹干净，炮眼清理完成后，应采用炮棍检查炮眼深度、角度、方向和炮眼内部情况，发现炮眼不符合要求的，及时调整处理。装药时，专人分好段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，雷管要“对号入座”不得混装，防止雷管段别混乱影响爆破效果。爆破工必须按作业规程、爆破设计规定的炮眼装药量、起爆段位进行装药。装药时要一手抓住雷管的脚线，另一手用木质或竹质炮棍将放在眼口處的药卷轻轻的推入炮眼底，使炮眼内各药卷间彼此密接，推入时，用力要均匀。隧道爆破采用有堵塞爆破，使炸药在约束条件下作充分起爆，提高能量利用率，因此堵塞长度不小于30cm。堵塞质量要求密实，不能有空隙和间断。
周边炮孔及底板炮孔采用间隔装药，导爆管、导爆索、竹片用电工胶布与炸药卷绑在一起。
（4）起爆
电雷管导爆，毫秒雷管孔内起爆，延发时间采用孔内控制，起爆顺序应由内向外逐层起爆。检查雷管的连接质量及是否有漏联的雷管，网络连接检查无误后方可起爆。爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方准下达起爆命令。放炮员接到起爆命令后，必须先发出爆破警号，至少等5秒，方可起爆。放炮员必须最后离开爆破地点，并必须在有掩护的安全地点进行起爆。
（5）通风
爆破后立即进行通风，时间不少于20分钟，确保爆破作业面空气清新。
（6）排险
瞎炮的处理：发现瞎炮，首先查明原因。采取重新装药引爆，或在查明炮眼方向的情况下，在其周围间隔一定距离打眼，装药，利用周围眼的爆破振动起爆瞎炮，或爆破后，拣回未起爆的炸药、雷管。
清帮找顶：利用挖机、铁钎等进行清帮找顶，清除松散石块，排出危险岩体。
（6）检查爆破效果
凤仪村1号隧道DK693+646.2～649.2上台阶循环段光面爆破，该循环段按光面爆破设计及参数进行爆破，爆破后进行效果检查：炮眼利用率97%≥95%优良；眼痕保存率100%；最大超挖8cm＜10cm为优良；平均超挖2cm≤5cm为优良；最大欠挖2cm≤5cm为优良。严格放线布孔，主要管理人员跟班监督钻孔、监督装药连网，严格按爆破设计进行施工，各项指标均达到优良，故按光爆效果评价指标最终综合效果优良，光面爆破效果较好。
爆破后光爆效果
若爆破效果不佳，应分析原因，及时调整钻爆设计参数。
7 结论
在隧道施工中，光面爆破非常重要，须根据围岩条件、开挖方法、断面形状等确定合理的爆破方案，根据光面爆破原理结合实践经验，认真进行光面爆破设计，合理确定周边泡光面爆破参数、掏槽和辅助孔位布置、装药量、装药结构、起爆顺序等，在实施过程中，加强关键环节和细节过程控制，并根据爆破效果及围岩变化及时调整爆破参数，就能有效做好隧道光面爆破，降低爆破对围岩的破坏程度，爆破后成型规整，提高隧道轮廓质量，减少超欠挖，减少支护工作量和材料消耗，有利于加快隧道掘进进度，降低成本，达到快速、优质、安全、高效、低耗的目标。
【关键词】隧道；光面爆破；施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
1工程概况
成昆铁路永仁至广通段扩能工程为国家和云南省重点建设项目，工程设计为国家I级电气化双线铁路，正线全长92.009km。
成昆铁路永仁至广通段扩能工程三标段起点里程DK679+700，终点里程DK707+035.85，正线长24.490公里（短链2846.279米）其中双线隧道8座，双线隧道全长14.438公里,占线路总长的59%，其中Ⅲ级围岩占隧道总长的54.3%。隧道光面爆破效果的好坏直接关系到隧道开挖的质量和施工成本。
2 爆破原理
（1）应力波叠加原理
当相邻两炮孔同时起爆时，各炮孔爆炸产生的压缩应力波以柱面波的形式向四周扩散，并在两孔连心线的中点相遇，产生应力波的叠加。在交会处，应力波切向分量合力的方向垂直于连心线，而且方向相背，促使岩体向外移动，产生拉伸应力。当合成应力超过岩石的抗拉强度时，便会在两炮孔的中间点首先产生裂缝，然后，沿着连心线向两炮孔方向发展，最后形成断裂面。见图6.1-1 就力波叠加原理图。
（2）爆炸高压气体作用原理
在不耦合装药条件下的缓冲作用，由于空气间隙的存在，使得作用于孔壁的冲击波波峰压力大大地减小。炮孔爆破时，若岩体附近有空孔存在，则沿爆破孔与空孔的连心线产生应力集中，相邻两个炮孔越近，应力集中现象越显著。此时，首先在孔壁上应力集中最大的地方出现拉伸裂隙，然后，这些裂隙沿着炮孔连心线方向延伸。如果孔距合适，则相向的裂隙互相贯通，形成一个光滑的断裂面。见图6.1-2 爆炸高压气体作用原理图。
（3）应力波与气体共同作用原理
应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂缝，随后，爆炸高压气体准静态应力的作用使初始径向裂缝进一步扩展。当相邻的两个炮孔爆炸时，不论是否同时起爆，还是存在不同程度的起爆时差，由于应力集中，沿炮孔的连心线方向首先出现裂缝，并且发展也最快。在爆炸气体压力的作用下，由于最长的径向裂隙扩展所需的能量最小，所以该处的裂隙将优先发展。因此，连心线方向也就成为裂缝继续扩展的优先方向，而其他方向的裂缝发展甚微，从而保证了裂缝沿着连心线将岩体裂开。
（4）相邻炮孔组起爆时差对成缝机理的影响
周边孔同时起爆时，光面爆破裂缝平整，周边孔宜选择同一个段位。此外，周边孔组与其相邻炮孔组的起爆时差对爆破效果的影响也很大，如果起爆时差选择合理，炮孔间距及光爆层厚度适当，可获得良好的光面爆破效果。由里向外的径向起爆时差对光爆破效果的影响也很大，理想的起爆时差应该是先发爆破的岩石应力作用尚未消失，且岩石刚开始断裂移动时，后发爆破立即起爆。在这种状态下，既为后发爆破创造了自由面，又能造成应力叠加，发挥出毫秒爆破的优势。起爆时差随炮孔深度的不同而不同，炮孔愈深，起爆时差愈大。
3 光面爆破评价标准
铁路隧道施工验收标准对爆破开挖的评定合格的主要主要标准为：
（1）拱部平均线性超挖Ⅲ、Ⅳ级围岩≤15cm，Ⅴ级围岩≤10cm；最大超：挖Ⅲ、Ⅳ级围岩≤25cm，Ⅴ级围岩≤15cm；边墙平均线性超挖均为≤10cm；隧底平均线性超挖≤10cm，隧底最大超挖≤25cm。
（2）隧道不应欠挖，围岩完整、石质坚硬时，个别突出部分欠挖≤5cm（每1m2不大于0.1m2），允许拱脚和拱脚以上1m范围严禁欠挖。
（3）眼痕保存率：硬岩≥80%，中硬岩≥60%，并在开挖轮廓上均匀分布。
隧道光面爆破与普通爆破相比，光面爆破能大大降低爆破对围岩的破坏程度，保证施工安全；爆破后成型规整，提高隧道轮廓质量；减少超欠挖，减少支护工作量和材料消耗；有利于加快隧道掘进进度，降低成本。总之，与普通爆破法相比，光面爆破的优点是：快速、优质、安全、高效、低耗。目前国内对于光面爆破效果的评定标准各有不同，参考规范及经验，主要以体现开挖进尺的炮眼利用率、体现成形效果的眼痕保存率、影响成本的超欠挖控制效果作为光面爆破评价标准：
（1）炮眼利用率:裂隙不发育≥95%为优良；≥90%为良好；≥80%为一般；＜80%为较差。
（2）眼痕保存率：
裂隙不发育：≥90%为优良；≥80%为良好；≥70%为一般；＜70%为较差。
裂隙较发育：≥80%为优良；≥70%为良好；≥60%为一般；＜60%为较差。
（3）最大超挖超限率：上台阶允许最大超挖15cm为基准，＜10cm为优良；≥10cm＜15cm为良好；≥15cm＜20cm为一般；≥20cm为较差。
（4）平均超挖：上台阶允许平均超挖10cm为基准，≤5cm为优良；＞5cm≤10cm为为良好；＞10cm≤15cm为一般；＞15cm为较差。
（5）最大欠挖：上台阶允许局部欠挖5cm为基准，≤5cm为优良；＞5cm≤10cm为为良好；＞10cm≤15cm为一般；＞15cm为较差。
4 开挖断面及爆破方案的确定
以永广铁路三标段凤仪村1号隧道为例，该隧道Ⅲ级复合衬砌(加宽80厘米)段采用正台阶法施工。根据设计该段预留变形量为5～8厘米，根据监控量测分析，预留变形量取5厘米进行控制，确定上台阶开挖断面见Ⅲ级复合（加宽80）上台阶开挖断面图。
Ⅲ级复合（加宽80）上台阶开挖断面图
根据断面形状，确定光面爆破方案：采用径向微差环向逐层起爆，逐环接力，提高掘进效率的同时，提高光爆层均匀度，为周边孔最终光爆破成形创造条件；周边孔空气柱不耦合间隔装药，均匀剥离，提高爆破成形质量，见上台阶爆破方案图。
上台阶爆破方案图
5 光面爆破设计
钻爆设计应根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻具和爆破材料等综合进行钻爆设计，结合现场实施来调整钻爆参数，达到安全、合理、经济的爆破效果。其爆破参数的选定最好实地试验确定，也可参考有关光爆和预裂爆破的相关资料选定。
5.1周边光面爆破设计
（1）计算周边炮孔装药量
1）装药不耦合系数：Kd=dc/db=3.2/4.2=0.762
式中:db--炮孔直径（0.042m）；dc--装药直径（0.032m）；
2）装药系数：LL≤((8kbσc)/(nρ0D2))(db/dc)6
=((8*10*81*106)/(10*1050*36002))*(0.042/0.032)6=0.243
式中:kb--體积应力状态下的岩石强度提高系数（kb=10）；σc--岩石的抗压强度（取样试压81MPa=81*106Pa）；db--炮孔直径（0.042m）；dc--装药直径（0.032m）；n--为爆炸冲击波撞击炮孔壁引起的压力增大系数（一般取n=10）；ρ0--炸药密度（ρ0=1050kg/m3）；D--为炸药爆速（3600m/s）。
3）炮孔装药线密度：q1=(Л/4)(ρ0db2Kd2LL)
=(3.1416/4)*(1050*0.0422*0.7622*0.243)=0.21kg/m
（2）确定周边炮孔间距
1）爆炸作用炮孔壁上的压力：p2=10*81=810MPa
2）初始炮孔间距：
ac=(2bp2/σt)1/adb=(2*0.33*810/8.1)1/1.67*0.042=0.516=516mm
式中：a--就力波衰减指数，a=2-μ/(1-μ)=2-0.25/(1-0.25)=1.67,μ为岩石泊松比取0.25；b--切向应力与径向应力之比，b=μ/(1-μ)=0.25/(1-0.25)=0.33,μ为岩石泊松比0.25；p2—爆炸作用炮孔壁上的压力, p2=Kbσc=10*81=810MPa；σt--岩石的抗拉强度，取81*10%=8.1MPa；db--炮孔直径，取42cm。
3）按照应力波与爆炸气体共同作用理论，首先单个炮孔在应力波作用下的裂纹长度为：
Rk=(bp2/σt)1/arb，=(0.33*810/81)1/1.67*0.021=0.17m
式中:rb为炮孔半径（m）。
又装药体积与炮孔体积比为：Vc/Vb=LL(dc/db)2=0.243*(0.032/0.042)2=0.141
爆轰压为pc=ρ0D2/4=(1050*36002/4)/106=3402MPa
则爆炸气体充满爆孔体积时的静压力为：
p=（pc/pk）k2/k1(Vc/Vb)k1pk=(3402/100)1.4/3*0.1413*100=33.4MPa
式中：pk--爆生气体膨胀过程中的临界压力，一般取pc=100MPa；
K1—高压姿态下爆生气体的等熵指数，可取K1=3；K2—低压姿态下爆生气体的等熵指数，可取K2=1.4。
最后，得周边炮孔间距为：az=2Rk+pdb/σt=2*0.17+33.4*0.042/8.1=0.513=513mm
初步爆破设计周边炮孔间距取500mm
（3）确定光爆层厚度
（1）根据装药密集系数确定光面爆破的最小抵抗线W=a/m=513/(0.8～1)= 513～641mm，式中m—装药密集系数，一般取m=0.8～1.0。
（2）国内爆破光爆层厚度拱部500～700mm，边墙600～700mm。
（3）根据计算结合参考数值，确定上台阶光爆层厚度按600mm进行钻爆设计。
周边光面爆破参数见上台阶周边光面爆破参数表：
上台阶周边光面爆破参数表
开挖跨度（m） 炮孔直径（mm） 乳化炸药直径（mm） 炮孔间距（mm） 光爆层厚度（mm） 线装药密度（kg/m）
13.358 42 32 500 600 0.21
5.2掏槽与辅助孔设计
（1）掏槽设计
掏槽爆破效果决定爆破进尺，由于它在仅有的垂直自由面条件下起爆，它是整个循环进尺的关键，又是整个爆破的难点。为有利于光面爆破，掏槽爆破除控制进尺外，还须兼顾光面爆破，为辅助孔爆破创造规整的临空面，以使辅助爆破逐层崩落，为周边孔爆破创造最佳条件。据于以上考虑，采用中空复合楔形掏槽技术，见上台阶掏槽孔位布置图。
上台阶掏槽孔位布置图
K1～K3号孔为中间空孔，1～8号孔为一级楔形掏槽孔，9～16号孔为二级楔形掏槽孔。
岩石的坚固性系数f=σc/30+(σc/3)1/2=81/30+(81/3)1/2=8，掏槽内楔孔、掏槽外楔孔、掏槽整形孔也口间距0.4米。
爆破掏槽体积为（2.958*1.8+1.88*1.8）/2*3=13m3,单位体积消耗量取1.85/m3,则炸药总用量为1.85*13=24.0kg。
（2）辅助孔设计
利用9个辅助孔对掏槽进行整形，然后利用其他辅助孔逐环崩落掘进，其余辅助孔采用扇形布置。
（1）环向间距经验公式：
W=（ρ0gdc）/(2*31/2fk)且W≤3L/5
=(1150*120*0.032)/(2*31/21.25)=1019mm=1.019m且W≤3*3/5=1.8m
式中db—装药直径（32mm）；ρ0--炸药密度（1150kg/m3）；fk—岩石抗爆性系数系数，fk=1.25；L—炮孔深度（3m）；g—炸药相对做功能力，g取110。
（2）根据最小抵抗线和孔径的此值，最小抵抗线W=（25～30）db=（25～35）*0.042=（1.05～1.26）m。
综合以上两种计算结果，环向崩落层厚度取1米，辅助孔环向间距：0.8*1.0=0.8m，单孔装药量：（0.8*1*3）*0.5=1.2kg。
（3）微差爆破设计
为提高光爆效果，采用微差爆破技术，一二级掏槽孔间形成爆破微差，每环辅助崩落孔形成爆破微差，减小围岩振动，逐层负责为周边光爆破层创造条件，最后底板孔托碴。采用电雷管导爆，毫秒电雷管起爆，采用1、3、5、7、9、11、13、15、17共9个段位。1、3段用于掏槽，5段用于9个辅助孔对掏槽的整形，7、9、11、13段用于辅助孔逐环崩落掘进，15段用于周边光面爆破，17段用于底板孔爆破托碴。
5.3光面爆破一图一表
根据爆破参数设计，形成光面爆破一图一表，见Ⅲ级围岩复合衬砌（加宽80）段上台阶炮孔布置图、Ⅲ级围岩复合衬砌（加宽80）段上台阶光面爆破参数表。
Ⅲ级围岩复合衬砌（加宽80）段上台阶炮孔布置图
Ⅲ级围岩复合（加宽80）衬砌段上台阶光面爆破参数表
6 光面爆破操作要点
（1）测量放线
测量人员按照光面爆破一图一表严格进行施工测量布孔，并在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线、全部炮眼位置，并进行炮孔编号。
（2）钻孔
严格按设计好的炮孔方向、深度、角度钻孔，孔底间距误差不得大于5cm，掏槽眼严禁互相打穿相交。除底眼外，其它炮眼口比眼底5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出；当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻孔完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破。
（3）装药与堵塞
装药前炮眼用高压风吹干净，炮眼清理完成后，应采用炮棍检查炮眼深度、角度、方向和炮眼内部情况，发现炮眼不符合要求的，及时调整处理。装药时，专人分好段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，雷管要“对号入座”不得混装，防止雷管段别混乱影响爆破效果。爆破工必须按作业规程、爆破设计规定的炮眼装药量、起爆段位进行装药。装药时要一手抓住雷管的脚线，另一手用木质或竹质炮棍将放在眼口處的药卷轻轻的推入炮眼底，使炮眼内各药卷间彼此密接，推入时，用力要均匀。隧道爆破采用有堵塞爆破，使炸药在约束条件下作充分起爆，提高能量利用率，因此堵塞长度不小于30cm。堵塞质量要求密实，不能有空隙和间断。
周边炮孔及底板炮孔采用间隔装药，导爆管、导爆索、竹片用电工胶布与炸药卷绑在一起。
（4）起爆
电雷管导爆，毫秒雷管孔内起爆，延发时间采用孔内控制，起爆顺序应由内向外逐层起爆。检查雷管的连接质量及是否有漏联的雷管，网络连接检查无误后方可起爆。爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方准下达起爆命令。放炮员接到起爆命令后，必须先发出爆破警号，至少等5秒，方可起爆。放炮员必须最后离开爆破地点，并必须在有掩护的安全地点进行起爆。
（5）通风
爆破后立即进行通风，时间不少于20分钟，确保爆破作业面空气清新。
（6）排险
瞎炮的处理：发现瞎炮，首先查明原因。采取重新装药引爆，或在查明炮眼方向的情况下，在其周围间隔一定距离打眼，装药，利用周围眼的爆破振动起爆瞎炮，或爆破后，拣回未起爆的炸药、雷管。
清帮找顶：利用挖机、铁钎等进行清帮找顶，清除松散石块，排出危险岩体。
（6）检查爆破效果
凤仪村1号隧道DK693+646.2～649.2上台阶循环段光面爆破，该循环段按光面爆破设计及参数进行爆破，爆破后进行效果检查：炮眼利用率97%≥95%优良；眼痕保存率100%；最大超挖8cm＜10cm为优良；平均超挖2cm≤5cm为优良；最大欠挖2cm≤5cm为优良。严格放线布孔，主要管理人员跟班监督钻孔、监督装药连网，严格按爆破设计进行施工，各项指标均达到优良，故按光爆效果评价指标最终综合效果优良，光面爆破效果较好。
爆破后光爆效果
若爆破效果不佳，应分析原因，及时调整钻爆设计参数。
7 结论
在隧道施工中，光面爆破非常重要，须根据围岩条件、开挖方法、断面形状等确定合理的爆破方案，根据光面爆破原理结合实践经验，认真进行光面爆破设计，合理确定周边泡光面爆破参数、掏槽和辅助孔位布置、装药量、装药结构、起爆顺序等，在实施过程中，加强关键环节和细节过程控制，并根据爆破效果及围岩变化及时调整爆破参数，就能有效做好隧道光面爆破，降低爆破对围岩的破坏程度，爆破后成型规整，提高隧道轮廓质量，减少超欠挖，减少支护工作量和材料消耗，有利于加快隧道掘进进度，降低成本，达到快速、优质、安全、高效、低耗的目标。