隧道工程控制爆破技術探討與應用

摘要：隧道工程控制爆破技術在我國隧道施工中已經(jīng)應用了幾十年，但是炮眼利用率低、對圍巖的擾動一直影響著隧道施工，因此加強對隧道工程控制爆破技術的探究，對提高隧道施工質(zhì)量，降低施工成本具有重要的作用。本文首先對控制爆破的基本原理進行闡述，隨后以隧道施工實例對隧道控制爆破技術進行了系統(tǒng)分析。

關鍵詞：隧道工程 爆破技術 應用

0 引言

控制爆破法以其施工簡單、成本低成為隧道開挖的主要施工方法，但是控制爆破法對隧道施工的質(zhì)量影響也比較大，需要我們準確的使用控制爆破技術，一方面是巖石本身的物理特性影響爆破技術，另一方面爆破使用的炸藥量、爆破工藝等都會影響控制爆破技術的效果發(fā)揮。因此合理的掌握爆破技術，尤其是科學的計算出裝藥量、炮孔數(shù)量以及炮孔距離等對提高隧道的施工質(zhì)量具有重要的作用。

1 控制爆破技術的概述

1.1 控制爆破的理論。控制爆破就是根據(jù)工程和爆破環(huán)境、規(guī)模等條件，通過各種技術，嚴格控制爆炸過程和對介質(zhì)的破碎過程，使爆破達到預期的效果，保證爆破的方向、噪音等在合理的控制范圍內(nèi)，我們對這種爆破效果和爆破危害的雙重控制的爆破，稱之為控制爆破。

1.2 控制爆破技術的種類。控制爆破技術主要有：①微差爆破。微差爆破就是利用毫秒延時雷管達到延時爆破的爆破技術。它的主要優(yōu)點就是可以降低爆破地震效益所導致的沖擊作用；實現(xiàn)巖石碎塊的均勻度，使得爆破巖石碎片集中化，便于清理；降低爆破次數(shù)、提高爆破效果。②擠壓爆破。擠壓爆破技術就是在爆區(qū)自由面前方人為預留巖渣，以此提高炸藥能量的利用率和改變破碎質(zhì)量。它的主要優(yōu)點就是增加了工時的利用率，降低了爆破頻率；通過擠壓爆破可以使巖石在擠壓過程中發(fā)生二次沖擊，提高了巖石破碎率，降低了二次爆破的工作量。③光面爆破就是在開挖的巖石中保證其表面光滑而且不受明顯破壞的爆破技術。光面爆破技術可以有效的保護開挖巖體的穩(wěn)定性，降低施工成本。光面爆破的原理就是采取在開挖巖體表面布置密集的小直徑炮眼，在這些炮眼中不耦合裝藥或者部分孔不裝，同時起爆形成平整的光面。④預裂爆破就是人為開挖制造一條裂縫，這條裂縫是保留圍巖與爆區(qū)的分裂線，有效的保護圍巖，降低爆破地震危害的控制爆破技術。預裂爆破的炮孔直徑一般越小，孔痕率就會越高，對爆破的效果就會產(chǎn)生巨大的影響。

2 隧道控制爆破技術

為了更加準確地說明隧道控制爆破技術，本文選用“高石河隧道施工”實例對隧道控制爆破技術進行綜合分析：

2.1 高石河隧道爆破施工方案。高石河隧道工程以娟云母千枚巖為主，千枚巖遇水后會迅速的軟化，而且其地形非常復雜，經(jīng)過多方論證，最后采取地表注漿加固形式對滑坡進行處理后進行進洞施工。基于高石河隧道地形比較復雜，隧道開挖面積要達到110m2，因此根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境以及施工設備可以采取上、下臺階法開挖，選擇2#的巖石乳化炸藥，鉆孔的直徑為42mm，采取并聯(lián)分段毫秒導爆管。上斷面開挖44m2，下斷面開挖56m2，它們都采取水平炮孔開挖方式。

2.2 爆破參數(shù)的確定。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗以及爆破原理，本工程溝槽采取楔形溝槽法，炮孔則采取掏槽眼、輔助眼、周邊眼等多種布孔的方式，并且利用不同段別的毫秒雷管實現(xiàn)對光面控制爆破。

2.2.1 炮孔的數(shù)量以及炮孔直徑。根據(jù)工程的實際環(huán)境以及巖石的堅硬程度，并且結合爆破技術的原理，來確定在工程的掌子面確定炮孔的數(shù)量，一般我們在確定炮孔數(shù)量時選擇的公式是：

2.2.2 裝藥量的計算及分配。裝藥量的多少對爆破效果會產(chǎn)生重要的影響，藥量不足與過多都會影響工程的質(zhì)量，因此要合理的確定具體的裝藥容量，合理的藥量要根據(jù)炸藥的性能和質(zhì)量等多方面進行確定，但是由于施工環(huán)境具有很多的不可計算的因素，因此我們在確定炸藥容量時多根據(jù)以下公式進行計算：Q=qV。

2.2.3 炮眼直徑對工程的影響。眾所周知，增加炮眼的直徑，加大裝藥量可以使爆破的威力更大，可以使爆破的效果發(fā)揮到最大程度，但是如果一味的增加炮眼的直徑就會造成鑿巖的下降速度，并且對巖石的碎片質(zhì)量以及圍巖的平整度產(chǎn)生巨大的負面影響，比如增加炮眼的直徑可能就會增加爆破的瞬間威力，但是巖石的碎片破碎程度就會下降，碎片的均勻程度也會出現(xiàn)巨大的反差，因此在設定炮眼時必須要根據(jù)施工環(huán)境以及施工設備、炸藥的性能等綜合因素進行分析，科學的確定炮眼的孔徑。根據(jù)我們的工作經(jīng)驗，再結合本工程的實際情況，我們將炮眼的直徑確定為32mm-50mm之間，藥卷與眼壁之間的間隙為炮眼直徑的10%左右，基于此要求，上下斷面的開挖爆破應該選用鉆頭為38mm的風動鑿巖機。

2.3 爆破施工設計

2.3.1 上臺階施工設計。①炮眼布置。炮眼的布置要嚴格按照控制爆破震動原理進行布置，首先從距底板的50cm處開始，沿隧道的中心線兩側對稱布置4對垂直楔形掏槽孔，它們的排列順序是：頭排的輔助孔與掏槽孔的距離要保持40cm，中間輔助孔的距離也為40cm，最外排的輔助孔與邊墻的距離為85cm左右；在隧道的拱部布置4排崩落孔，他們之間的排距為60cm，最外層的崩落孔與隧道邊界要保持65-80cm的相距距離；周邊的炮孔要與開挖邊界保持20cm，并且炮孔鉆眼要向外傾斜5°左右，底板孔直接布置在底部邊界上，并且向下傾斜10°左右進行鉆孔，并且要保持孔距之間達到85cm。

②裝藥結構與單孔裝藥量的確定。在確定好炮眼的數(shù)量以及大小位置后，就需要根據(jù)具體的工程要求科學的對炸藥使用量進行確定，一般根據(jù)工程建設經(jīng)驗，除了在周圍孔選擇軸向間隔裝藥外，其余的炮孔需要采取連續(xù)裝藥的結構，不同的位置選擇的炸藥是不相同的，在拱部周圍孔之間要采取直徑為25mm、長20cm、重100g的卷裝乳化炸藥；底板孔則使用直徑為32mm、長20cm、重200g的乳化炸藥；其余的則選用直徑為32mm、長20cm、重150g的卷狀2#巖石炸藥。具體的單孔裝藥見圖1。

③起爆順序與方法。為了降低施工成本，實現(xiàn)爆破的預期效果，應該將爆破所引起地表振動的速度控制在2cm/s內(nèi)，并且要盡量使各個炮孔同時起爆，具體的起爆順序是：掏槽孔、輔助孔、崩落孔、邊墻周邊孔、底板孔和拱部孔。起爆的方法是采取非電導爆管以此點火，孔內(nèi)毫秒延時起爆，采取并聯(lián)方式連接，主傳導爆管用電雷管引爆。

2.3.2 下臺階施工設計。①炮孔布置。下斷面橫截面上應該布置3排主爆孔，其中3個頭排爆孔的抵抗線為1.1m，隨后再布置2排主爆孔，其間距為0.8m左右，并且要保證每排要布置4個炮孔，孔距的間距為1.0m，同樣兩側的邊墻也要布置4個周邊孔，孔距為0.7m。②裝藥結構與單孔裝藥量。下端面的裝藥結構與上斷面的裝藥結構是相同的，除了底板孔使用單卷的重量為200g的乳化炸藥外，其余都是用單卷為150g的2#的巖石炸藥。各炮孔的單孔裝藥量列于圖2中。

3 結束語

基于我國隧道工程的廣泛性，加強對隧道控制爆破技術的研究對提高隧道工程質(zhì)量、降低施工成本具有重要的作用，因此我們在進行隧道施工前要制定準確的爆破施工方案，并且準確的按照施工環(huán)境以及施工設備等計算炸藥的使用量以及炮孔的布置數(shù)量以及位置等，以此實現(xiàn)爆破效果達到預期的目的。

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