鉆眼爆破施工技術在隧道施工中的應用

賈紅飛

0 引言

鉆眼爆破技術是隧道施工最常用的爆破技術，在Ⅰ級～Ⅲ級圍巖隧道施工中，鉆眼爆破的效果直接影響到工程的質量、進度及效益，掌握鉆眼爆破的施工技術，在隧道施工中發揮極其重要作用。

1 鉆眼爆破掘進施工技術要點

1.1 鉆眼機具

隧道工程中常使用的鑿巖機有風動鑿巖機和液壓鑿巖機。另有電動鑿巖機和內燃鑿巖機，但較少采用。其工作原理都是利用鑲嵌在鉆頭體前端的鑿刃反復沖擊并轉動破碎巖石而成孔。有的可通過調節沖擊功大小和轉動速度以適應不同硬度的石質，達到最佳成孔效果。

1.2 炮眼布置和周邊眼的控制爆破

掘進工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。

1.2.1 掏槽眼布置

掏槽眼的作用是將開挖面上某一部位的巖石掏出一個槽，以形成新的臨空面，為其他炮眼的爆破創造有利條件。掏槽眼一般要比其他炮眼深10 cm～20 cm，以保證爆破后開挖深度一致。

根據坑道斷面、巖石性質和地質構造等條件，掏槽眼排列形式有很多種，總體可分成斜眼掏槽眼和直眼掏槽眼兩大類。

1)斜眼掏槽。

其特點是掏槽眼與開挖面斜交。常用的有錐形掏槽，楔形掏槽，單向掏槽，其中最常用的是豎楔形掏槽。斜眼掏槽的優點是可以按巖層的實際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，容易把巖石拋出，而且所需掏槽眼的個數較少。缺點是眼深受坑道斷面尺寸的限制，也不便于多臺鉆機同時鑿巖。

為了防止相鄰炮眼或相對炮眼之間的殉爆，裝藥炮眼之間的距離不能小于20 cm。

2)直眼掏槽。

直眼掏槽可以實行多機鑿巖、鉆眼機械和深眼爆破，從而為加快掘進速度提供了有利條件，直眼掏槽鑿巖作業比較方便，不需隨循環進尺的改變而變化掏槽形式，僅需改變炮眼深度;而斜眼掏槽則要隨循環進尺的不同而改變炮眼位置和角度。直眼掏槽石碴拋擲距離也可縮短，所以目前現場多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼數目和單位用藥量要增多，炮眼位置和鉆眼方向也要求高度準確，才能保證良好的掏槽效果，技術比較復雜。

實踐證明，直眼掏槽的爆破效果與臨空孔的數目、直徑及其與裝藥的距離密切相關。在硬巖爆破中，效果隨空眼至裝藥眼中心距離W與空眼直徑φ的比值而有很大變化。如W＞2φ，爆破后巖石僅產生塑性變形，而不能產生真正的破碎;W=0.7φ～1.5φ之間時效果最好，為破碎拋擲型掏槽;眼距過小時，爆炸作用有時會將相鄰炮眼中的炸藥(主要指粉狀硝銨類炸藥)“擠實”，使之因密度過高而拒爆。為保證空眼所形成的空間足夠供巖石膨脹，在考慮臨空孔數目時，一般要求所形成的空間不小于裝藥眼至空眼間的巖柱體積的10%～20%。

1.2.2 輔助眼布置

輔助眼的作用是進一步擴大掏槽體積和增大爆破量，并為周邊眼創造有利的爆破條件。其布置主要是解決間距和最小抵抗限問題，這可以由工地經驗決定。最小抵抗限約為炮眼間距的60%～80%。

1.2.3 周邊眼布置

周邊眼的作用是爆破后使坑道斷面達到設計的形狀和規格。周邊眼原則上沿著設計輪廓均勻布置，間距和最小抵抗限應比輔助眼的小，以便爆出較為平順的輪廓。眼口距設計輪廓線約0.1 m ～0.2 m，便于鉆眼。

周邊眼的底端，對于松軟巖層應放在設計輪廓線以內，對于中硬巖層可放在設計輪廓線上，對于堅硬巖層則應略超出設計輪廓線外。為了避免欠挖，底板眼底端一般都超出設計輪廓線。

1.2.4 周邊眼的控制爆破

在隧道爆破施工中，首要的要求是炮眼利用率高，開挖輪廓及尺寸準確，對圍巖震動小。按通常的周邊炮眼布置，若全斷面一次開挖，常常難以爆破出理想的設計斷面，對圍巖擾動又大。采用光面爆破與預裂爆破技術，可以控制爆破輪廓，盡量保持圍巖穩定。

2 光面爆破的特點

光面爆破是指爆破后斷面輪廓整齊，超挖和欠挖符合規定要求的爆破，其主要標準是:

1)開挖輪廓成型規則，巖面平整;

2)巖面上保存50%以上孔痕，且無明顯的爆破裂縫;

3)爆破后圍巖壁上無危石。

隧道施工中采用光面爆破，對圍巖的擾動比較輕微，圍巖松弛帶的范圍只有普通爆破法的1/9～1/2;大大地減少了超欠挖量，節約了大量的混凝土和回填片石，加快了施工的進度;圍巖壁面平整、危石少，減輕了應力集中現象，避免局部塌落，增進了施工安全，并為噴錨支護創造了條件。

3 光面爆破的主要參數及技術措施

確定合理的光面爆破參數是獲得良好的光面爆破效果的重要保證。光面爆破的主要參數包括周邊眼的間距、光面爆破層的厚度、周邊眼密集系數、周邊眼的線裝藥密度等。影響光面爆破參數選擇的因素很多，主要有巖石的爆破性能、炸藥品種、一次爆破的斷面大小及形狀等，其中影響最大的是地質條件。光面爆破參數的選擇，目前還缺乏一定的理論公式，多是采用經驗方法。為了獲得良好的光面爆破效果，可采取以下措施:

1)適當加密周邊眼。

周邊眼孔距適當縮小，可以控制爆破輪廓，避免超欠挖，又不致過大地增加鉆眼工作量?？组g距的大小與巖石性質、炸藥種類、炮眼直徑有關，一般為E=(8－18)d;E為孔距;d為炮眼直徑。一般情況下，堅硬或破碎的巖石宜取小值，軟質或完整的巖石宜取大值。

2)合理確定光面爆破層厚度。

所謂光面爆破層就是周邊眼與最外層輔助眼之間的一圈巖石層。光面爆破層厚度就是周邊眼的最小抵抗線。周邊眼的間距E與光面爆破層厚度W有著密切關系，通常以周邊眼密集系數K表示為K=E/W。必須使應力波在兩相鄰炮眼間的傳播距離小于應力波至臨空面的傳播距離，即E＜W。所以K是小于1的變量，根據國內外大量工程實踐的經驗，取K=0.8左右，光面爆破層厚度W一般取50 cm～90 cm。

3)合理用藥。

用于光面爆破的炸藥宜采用低猛度、低爆速、傳爆性能好的炸藥，在炮眼底部，為了克服眼底巖石的夾制作用，應改用高爆速炸藥。周邊眼的裝藥量是光面爆破參數中最重要的一個參數，通常以線裝藥密度表示。線裝藥密度是指炮眼中間正常裝藥段每米長的裝藥量。恰當的裝藥量應是既要具有破巖所需的應力能，又不造成圍巖的破壞，施工中應根據孔距、光面爆破厚度、石質及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。

4)采用小直徑藥卷不耦合裝藥結構。

在裝藥結構上，宜采用比炮眼直徑小的小直徑藥卷連續或間隔裝藥;此時，藥卷與炮眼壁間留有空隙，稱之為不耦合裝藥結構。炮眼直徑與藥卷直徑之比稱為耦合系數。光面爆破的不耦合系數最好大于2，但藥卷直徑不應小于該炸藥的臨界直徑，以保證穩定起爆。當采用間隔裝藥時，相鄰炮眼所用藥串的藥卷位置應錯開，以便充分利用炸藥效能。

5)保證光面爆破眼同時起爆。

據測定，各炮眼的起爆時差超過0.1 s時，就同于單個炮眼爆破。使用即發雷管與導爆索起爆是保證光面爆破眼同時起爆的好方法，同段毫秒雷管起爆次之。

6)要為周邊眼光面爆破創造臨空面。

這可以在開挖程序和起爆程序上予以保證，并應注意不要使先爆落的石碴堵死周邊眼的臨空面。一個均勻的光面爆破層是有效地實現光面爆破的重要一環，應對靠近光面爆破層的輔助眼的布置和裝藥量給予特殊注意。

4 結語

良好的鉆爆技術能加快山嶺隧道的施工進度，有成型較好外形輪廓尺寸，鉆眼的技術及爆破技術需要在實踐中不斷探索與掌握，使隧道的掘進施工工藝不斷改進、不斷成熟。

［1］ 趙孟岐.隧道爆破施工減振措施分析［J］.山西建筑，2011，37(7):148-149.