電子-導(dǎo)爆管雷管混合起爆網(wǎng)路在隧道爆破中的應(yīng)用

薛　里，孟海利(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京　100081)

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電子-導(dǎo)爆管雷管混合起爆網(wǎng)路在隧道爆破中的應(yīng)用

薛里，孟海利
(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

摘要:隨著電子雷管的普及，其減振優(yōu)勢(shì)已得到普遍認(rèn)可。由于單價(jià)較高且在隧道工程爆破中使用量較大，其在工程成本控制上不具有優(yōu)勢(shì)。本文根據(jù)隧道爆破振動(dòng)的特點(diǎn)，提出了2種形式的電子-導(dǎo)爆管雷管混合起爆網(wǎng)路，分別為分區(qū)混合起爆網(wǎng)路和孔內(nèi)非電、孔外電子雷管接力混合起爆網(wǎng)路，并在3種不同類型的工程中得到了成功應(yīng)用，有效地控制了爆破振動(dòng)，降低了施工成本。在工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了2種混合起爆網(wǎng)路的優(yōu)缺點(diǎn)，可為類似工程的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞:電子雷管導(dǎo)爆管雷管混合起爆網(wǎng)路隧道爆破

電子雷管是一種可以任意設(shè)定并準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)延期發(fā)火時(shí)間的新型電雷管。其采用一個(gè)微電子芯片取代普通電雷管中的化學(xué)延期藥與電點(diǎn)火元件，不僅大大地提高了延時(shí)精度，而且控制了通往引火頭的電源，從而保證了雷管的安全［1］，是近年來(lái)起爆器材領(lǐng)域里新進(jìn)展之一［2］。國(guó)內(nèi)外眾多應(yīng)用實(shí)踐表明，使用電子雷管可以降低振動(dòng)30%～60%，同時(shí)具有很高的安全性。由于電子雷管價(jià)格較高，特別是在隧道爆破時(shí)，一個(gè)斷面往往需要上百發(fā)電子雷管，會(huì)顯著增加施工成本，因此，目前國(guó)內(nèi)只在一些環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)振動(dòng)控制要求高的工程中使用。

本文依據(jù)隧道爆破振動(dòng)特點(diǎn)，提出了電子-導(dǎo)爆管雷管混合起爆的方式。這種方式在多個(gè)工程中得到成功應(yīng)用，高效降振的同時(shí)降低了工程成本。

1　混合起爆網(wǎng)路形式

已往大量的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，隧道爆破振動(dòng)最大振速出現(xiàn)在掏槽處，之后隨著自由面的增多，藥包受夾制作用減小，產(chǎn)生的振動(dòng)隨之減小，到周邊孔時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)已遠(yuǎn)低于當(dāng)次爆破的最大振速，因此對(duì)振動(dòng)的控制主要是對(duì)掏槽孔爆破振動(dòng)的控制［3-5］。一般對(duì)掏槽孔通過(guò)逐孔起爆，降低單響最大藥量以達(dá)到干擾減振的目的。掏槽形成后，后面的作用炮孔則可按常規(guī)爆破方式進(jìn)行。根據(jù)電子雷管和非電雷管的延期特性，本文中設(shè)計(jì)了2種形式的延期起爆網(wǎng)路:①分區(qū)混合起爆網(wǎng)路，在比較重要的區(qū)域用電子雷管逐孔起爆，在次重要區(qū)域用非電導(dǎo)爆管雷管分段起爆;②孔內(nèi)非電、孔外電子雷管延期接力混合起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)裝不同段別的非電導(dǎo)爆管雷管，孔外用電子雷管接力起爆，從而實(shí)現(xiàn)控制單響藥量的目的。2種網(wǎng)路形式各有特點(diǎn)，下面結(jié)合不同的工程分別論述。

2　分區(qū)混合起爆網(wǎng)路及應(yīng)用

這種方式的主要特點(diǎn)是在需要重點(diǎn)控制的孔外采用電子雷管逐孔起爆，其余孔外采用非電導(dǎo)爆管雷管，通過(guò)合理的時(shí)間延期和網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖斷面一次起爆。這種方法在深圳地鐵11號(hào)線和成渝客專新紅巖隧道中應(yīng)用，取得了很好的減振效果。

2.1在深圳地鐵11號(hào)線的應(yīng)用

深圳地鐵11號(hào)線福永站—橋頭站地下區(qū)間礦山法施工隧道下穿寶安大道與福海大道交叉口，分左右線。隧道起止里程為ZDK37 + 893.5—ZDK38 + 045.112，長(zhǎng)度為151.612 m。隧道凈距6.4～8.8 m，拱頂埋深6.5～10.1 m。洞身均為微風(fēng)化變粒巖，圍巖分級(jí)為Ⅲ級(jí)。隧道下穿污水管和雨水箱涵，拱頂距箱涵底距離為4.7 m，且線路西側(cè)30 m有一條1.6 MPa次高壓燃?xì)夤埽淼辣剖┕げ粌H要考慮次高壓燃?xì)夤軐?duì)爆破振動(dòng)的控制要求，還要考慮小凈距淺埋隧道下穿交通繁忙路段對(duì)爆破施工的安全要求［6-7］，要求爆破振速≤2 cm/s。前20 m采用全電子雷管起爆，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)控制要求，最大振速不超過(guò)1 cm/s，但施工成本太高，因此在分析前面振動(dòng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出了混合起爆網(wǎng)路的方案，并以小循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行了試驗(yàn)。

隧道采用上下臺(tái)階法分步開(kāi)挖，上臺(tái)階共計(jì)67個(gè)炮孔，掏槽孔深度2.5 m，擴(kuò)槽孔深度2.0 m，輔助孔、周邊孔和底板孔深度1.5 m。總裝藥量48 kg，爆破方量20 m3，炸藥單耗2.4 kg/m3。一級(jí)掏槽孔采用電子雷管，其他孔采用非電毫秒雷管，電子雷管延時(shí)間隔為5 ms，其他孔的爆破參數(shù)見(jiàn)表1，起爆順序見(jiàn)圖1。外部的非電導(dǎo)爆管雷管每10根為1簇，用1發(fā)電子雷管引爆，延時(shí)間隔均設(shè)置為0。上臺(tái)階爆破混合網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

表1　爆破參數(shù)

圖1　孔位布置及起爆順序

圖2　上臺(tái)階爆破混合網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)

采用該方案后，實(shí)測(cè)最大振速為1.42 cm/s，出現(xiàn)在輔助掏槽孔段，＜2 cm/s，說(shuō)明該方案能夠滿足工程要求。

2.2在成渝客專新紅巖隧道中的應(yīng)用

新紅巖隧道位于成渝客專沙坪壩—菜園壩區(qū)間，穿越重慶市沙坪壩區(qū)和渝中區(qū)2大主城區(qū)，上方構(gòu)筑物密布，埋深淺，環(huán)境敏感段長(zhǎng)達(dá)1 340 m。其中GDK297 + 725—GDK298 + 350段長(zhǎng)625 m，埋深45～75 m。該隧道穿越滑坡地質(zhì)災(zāi)害帶，地表房屋密集、破舊、年久失修，須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)，要求振速≤1 cm/s。出于降低施工成本考慮，將全電子雷管起爆的改進(jìn)為電子-非電混合起爆網(wǎng)路，在隧道爆破產(chǎn)生振動(dòng)最大的掏槽部位采用電子雷管降振，壓頂及周邊孔采用高段位非電雷管，炮眼布置見(jiàn)圖3，爆破參數(shù)見(jiàn)表2。掏槽孔、擴(kuò)槽孔、輔助孔使用電子雷管，二圈眼、底板孔和周邊孔使用普通毫秒雷管，電子雷管的延時(shí)間隔和非電雷管的段別如圖3所示。非電毫秒雷管分為8個(gè)區(qū)，利用8發(fā)延時(shí)為0的電子雷管分別將每個(gè)區(qū)域的普通毫秒雷管接入電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，最終達(dá)到同時(shí)起爆的目的。

圖3　電子雷管與非電雷管混合網(wǎng)路示意

表2　電子雷管與普通毫秒雷管混合爆破參數(shù)

此方案單循環(huán)消耗普通毫秒雷管66發(fā)，電子雷管43發(fā)，節(jié)省電子雷管60%，單循環(huán)消耗炸藥45.6 kg。利用此方案在隧道小里程方向共進(jìn)行了9個(gè)循環(huán)開(kāi)挖試驗(yàn)，在進(jìn)尺1 m的情況下最大振速為0.96 cm/s，符合規(guī)范要求，進(jìn)尺2 m時(shí)最大振速為1.34 cm/s，超出規(guī)范要求，因此采用此種網(wǎng)路1 m的循環(huán)進(jìn)尺能滿足工程要求，且可大幅減少電子雷管的使用量，降低工程成本。

分區(qū)混合起爆網(wǎng)路適合于全斷面或上臺(tái)階一次起爆的情況，其設(shè)計(jì)原則是最先響的導(dǎo)爆管雷管的延時(shí)間隔大于最后一響電子雷管的延時(shí)間隔50 ms以上，導(dǎo)爆管雷管用電子雷管引爆，延時(shí)間隔均等于孔內(nèi)第一響電子雷管的延時(shí)間隔。這樣可以保證網(wǎng)絡(luò)安全和爆破效果。

3　孔內(nèi)非電、孔外電子雷管混合起爆網(wǎng)路及應(yīng)用

這種方法是在孔內(nèi)全部裝非電導(dǎo)爆管雷管，在孔外用電子雷管延時(shí)起爆，綜合利用2種雷管的延時(shí)時(shí)差疊加，最終達(dá)到更精確的毫秒延時(shí)起爆，從而降低爆破振動(dòng)。在貴陽(yáng)北京東路一隧道爆破中嘗試了這種方法，達(dá)到了良好的應(yīng)用效果。該隧道位于城區(qū)，全長(zhǎng)745 m，地面建筑物密集，下穿貴開(kāi)路安置房、貴烏變電站、金獅小區(qū)等建筑物密集區(qū)，且隧道埋深只有5～20 m，隧道爆破振速控制精度要求高，爆破難度大［8］。隧道單洞凈高8.01 m，凈寬14.79 m，斷面面積171 m2，設(shè)計(jì)采用微臺(tái)階預(yù)留核心土弧形導(dǎo)坑法分6步開(kāi)挖，開(kāi)挖步序及炮孔布置見(jiàn)圖4。開(kāi)挖斷面的周邊采用光面爆破，并在炮眼間設(shè)置1～2個(gè)空孔，既可控制超欠挖，確保圍巖自身穩(wěn)定，又起到減振的作用。

由于采用微臺(tái)階預(yù)留核心土弧形導(dǎo)坑法施工，只在第1步上臺(tái)階核心土環(huán)形開(kāi)挖時(shí)有掏槽孔，因此上臺(tái)階開(kāi)挖的振動(dòng)控制也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。前期采用全電子雷管逐孔爆破方式，達(dá)到很好的干擾減振效果。之后出于降低施工成本考慮，嘗試使用了導(dǎo)爆管雷管和電子雷管聯(lián)合降振起爆技術(shù)。

掏槽孔混合起爆網(wǎng)路有2種形式:①如圖5(a)所示，孔內(nèi)兩側(cè)對(duì)稱裝2，4，6，8段非電雷管，2個(gè)雷管腳線集成1簇，用電子雷管引爆，電子雷管延時(shí)間隔分別為5，15 ms，這樣相當(dāng)于每側(cè)逐排起爆，同時(shí)兩側(cè)相差10 ms。②如圖5(b)所示，孔內(nèi)裝2，4，6，8段非電雷管，孔外每1橫排雷管腳線集成1簇，用電子雷管引爆，電子雷管延時(shí)間隔也分別為5，15 ms，這樣相當(dāng)于兩側(cè)掏槽孔對(duì)稱起爆，每次起爆2個(gè)孔。通過(guò)這2種形式，整體為2孔一響，既可以保證掏槽、降振效果，又可大幅節(jié)省電子雷管的使用量。

對(duì)于其余開(kāi)挖部位，也可以采用這種電子-導(dǎo)爆管雷管混合式網(wǎng)路。下面以第4開(kāi)挖步為例加以說(shuō)明。在孔內(nèi)裝非電雷管，從上往下分別為3，5，7，9和10段。孔外以中間對(duì)稱左右兩側(cè)各排的雷管腳線集成1簇，用電子雷管引爆，電子雷管延時(shí)間隔從中間往兩側(cè)分別為5，10，15和20 ms，見(jiàn)圖6。這種起爆網(wǎng)路和全電子雷管起爆網(wǎng)路相比，由逐孔起爆變?yōu)榱? 孔1響。由于這部分爆破時(shí)已有自由面，一次振動(dòng)稍有所增加，但未超過(guò)振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)，爆破效果良好。

這種網(wǎng)路的設(shè)計(jì)原則是孔內(nèi)第1發(fā)非電雷管起爆之前，孔外的電子雷管要全部起爆，以保證網(wǎng)路的安全。使用此種網(wǎng)路后，顯著減少了電子雷管的使用量，且達(dá)到了高精度毫秒延時(shí)起爆的減振效果。這種方式的混合起爆網(wǎng)路適用于多種爆破工況以及分步開(kāi)挖中的各個(gè)部位，在具體的工程應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)計(jì)算并確定孔內(nèi)雷管段數(shù)和孔外延時(shí)間隔。

圖4　微臺(tái)階法施工開(kāi)挖步序及炮孔布置(尺寸單位:cm)

圖5　掏槽孔混合起爆網(wǎng)路示意

圖6　第4開(kāi)挖步電子-導(dǎo)爆管雷管混合起爆網(wǎng)路示意

4　結(jié)論

通過(guò)2種形式混合起爆網(wǎng)路在3個(gè)不同工程中的成功應(yīng)用，可以得出以下結(jié)論:

1)在隧道爆破中，采用電子-導(dǎo)爆管雷管混合起爆網(wǎng)路可以達(dá)到很好的減振效果，同時(shí)能節(jié)省電子雷管50%～80%，成本優(yōu)勢(shì)明顯。

2)分區(qū)混合起爆網(wǎng)路形式和孔內(nèi)非電、孔外電子雷管混合起爆網(wǎng)路2種形式各有特點(diǎn)。前一種網(wǎng)路相對(duì)簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)和操作，但減振效果弱于后一種;后一種網(wǎng)路設(shè)計(jì)需要反復(fù)計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)操作稍復(fù)雜，但減振效果相對(duì)較明顯，更具成本優(yōu)勢(shì)。

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(責(zé)任審編李付軍)

Application of Hybrid Detonating Circuit of Electronic and Non-electronic Detonators in Tunnel Blasting Construction

XUE Li，MENG Haili

(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:W ith the popularization of the electronic detonator，its advantage of vibration reduction has been widely recognized.Because of its high unit price and large consumption in tunnel blasting，using electronic detonators is disadvantageous for engineering cost control.According to the characteristics of tunnel blasting vibration，two types of hybrid igniting circuits of electronic and non-electronic detonator were put forward.One was the sub-region mixed initiating circuit，the other was the mixed initiating circuit of the internal non-electronic and external electronic relay mixed.T hese two types of hybrid igniting circuits had been successfully applied in three different types of projects，the engineering blasting vibration was effectively controlled，and engineering construction cost was reduced.On the basis of engineering application，the advantages and disadvantages of two types of mixed initiating circuits were compared and analyzed，which could provide reference for the application of similar projects.

Key words:Electronic detonator;Non-electronic detonator;Hybrid igniting circuit;T unnel blasting

作者簡(jiǎn)介:薛里(1983—)，男，副研究員，博士。

基金項(xiàng)目:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基金(2014YJ028)

收稿日期:2015-09-21;修回日期:2015-10-29

文章編號(hào):1003-1995(2016)03-0070-05

中圖分類號(hào):U455.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.17