聚能爆破技術在巖巷掘進中的應用

荊東旭

（福建海峽科化富興建設工程有限公司，福建 福州 350001）

聚能爆破技術是一種先進的爆破技術，在引爆過程中能夠通過對炸藥能量釋放方向的控制，控制爆破對周邊巖石產生的擾動。傳統的爆破技術下，如果隧道周邊為相對松散的巖層，在隧道的施工過程中隧道輪廓面會面臨超挖、欠挖等風險。從技術原理與應用效果來看，聚能爆破的技術優勢更為突出，不僅能夠保障隧道輪廓面的平整性，還能夠最大程度上實現對周邊圍巖的防護，為隧道施工創造相對安全的施工環境。因此，聚能爆破在巖巷掘進中的應用優勢明顯。

1 聚能爆破技術概述

聚能爆破技術主要是以聚能效應為基礎，在炸藥爆炸的過程中藥包一端存在聚能穴，此聚能穴的存在會使得在藥包爆炸的過程中能量在聚能穴中加以集聚，進一步降低炸藥聚能對周邊的破壞作用。根據這種聚能效應，當藥包爆炸以后，爆轟產物會在近似垂直于藥包表面方向的位置逐步向四周擴散，這種情況下，有效降低了爆炸能量的破壞力。此外，在藥包一端還存在有錐形軸對稱空穴，在藥包爆炸的過程中爆轟產物會首先在此空穴軸線位置處聚集，這種聚集現象會使得在該處形成具有高速、高壓與高密度的聚能氣流，且聚能氣流的能量密度很高，進而使得其定向做功的能力進一步提升，有效實現了爆炸破壞作用的方向控制[1]。

在一些隧道工程的聚能爆破技術應用過程中，常常會應用BTC聚能管控制爆裂方向技術來最大程度上降低爆破能量的威力。在隧道輪廓線以內的位置，進行施工炮孔的布設，采用雙向聚能管裝藥，保持聚能方向與隧道輪廓線處于相切狀態。在這種情況下，無序爆破的狀態能夠在聚能瞬時抑制與導向作用下被打破，然后在兩個特定的方向上產生高能流，進而產生集中的張拉應力，使得爆破能量能夠達到定向釋放與控制的目的[2]。如果在爆炸的過程中，爆轟壓力大于巖體本身的抗拉強度，這時爆轟壓力就會與輪廓線方向保持一致，最終在巖體上產生定向擴展的裂隙，有效實現斷裂爆破。綜上，應用這種聚能爆破技術，爆破對于周邊巖體產生的不利影響相對較小。BTC聚能管爆破裂隙如圖1所示。

2 聚能爆破裝置

圖1 BTC聚能管爆破裂隙示意圖

在隧道工程巖巷掘進的過程中，要發揮聚能爆破裝置的作用，施工企業需從自身的實際情況著手，進行聚能爆破的科學設計，尤其是要進行聚能效應藥包的設計，并結合隧道工程結構的具體情況進行專門的射孔與切割處理。通常情況下，在隧道聚能爆破技術的應用過程中，聚能爆破需借助于聚能爆破裝置實現。比如，某隧道工程的巖巷掘進裝置中，主要包含圓柱形PVC切縫管藥卷、孔底鐵質長條半圓弧聚能環，該聚能爆破裝置中內壁半圓弧的存在使得聚能作用最終會演化為聚能穴結構。

3 聚能爆破的技術和經濟效果

3.1 技術效果

隧道巖巷掘進過程中，應用聚能爆破的技術優勢主要體現在以下五方面：（1）隧道的成型效果相對較好。由于在爆破過程中使用了各種類型的聚能管，因此能夠大幅度降低爆破振動對周邊圍巖穩定性產生的不利影響，使得爆破質量進一步提升，避免了隧道周邊超挖、欠挖情況的出現。（2）隧道工程量遠遠低于傳統爆破技術下的工程量，且節約了各種的工程材料，達到了少打眼的目的，炸藥、雷管等材料的用量得以有效控制，隧道工程的總體成本大大降低。（3）鉆眼時間顯著縮短。在傳統的爆破技術下，由于常常采用的是鉆爆法施工，鉆眼的時間相對較長，而在應用了聚能管以后，鉆眼深度進一步擴大，也就有效縮短了鉆眼的時間。（4）單進速度有效提升。以隧道工程為例，傳統施工技術下循環進尺1.1m，每月進尺僅66m左右，而在應用了聚能管爆破技術以后，循環進尺達到了1.7m，月進尺顯著提升。（5）工作人員的工作強度有效降低。聚能爆破技術下，單進速度相對加快，工作人員的工作強度明顯降低[3]。

3.2 經濟效果

在巖巷掘進作業中，如果采用聚能爆破技術，其經濟效益明顯，主要體現在以下兩方面：（1）爆破材料費用顯著降低。在傳統的爆破技術下，所使用的雷管、炸藥數量都相對較多，而聚能管爆破技術下，循環進尺效率大幅度提升，進尺過程中耗費的雷管、炸藥數量都相對較少，有效降低了爆破材料的總體費用。（2）支護費用顯著降低。傳統的爆破技術下，由于難以實現爆破能量的控制，在爆破過程中常常會對圍巖產生一定的擾動，導致圍巖的穩定性不足。為了降低這種擾動，在爆破開始之前專業人員往往會先對隧道進行一定的支護設計[4]。而在聚能爆破技術下，不僅可以實現對爆破的能量、破壞力加以控制，還能夠實現對爆破破壞方向的控制，有效保障了隧道的成型效果，即使在不進行基礎性支護的前提下，爆破也基本上不會對隧道周邊圍巖的穩定性產生較大的擾動。

4 聚能爆破技術參數

4.1 聚能爆破鉆孔

聚能爆破的爆破效果雖然極為理想，但是要保障爆破的實施效果，相關人員在應用聚能爆破之前，需對隧道工程的具體情況加以詳細分析，做好相應的聚能爆破技術參數設計。聚能爆破技術下，鉆孔參數包括炮孔直徑、深度、掏槽眼與底眼的深度等，除了要保障參數設計的科學性，還需要保障鉆孔位置布置的科學性。因此，設計人員在鉆孔相關參數的設定上，需充分考慮鉆孔速度、炸藥消耗、爆破效率等因素[5]。

4.2 聚能管

聚能管的存在是為了保障在聚能爆破技術的應用過程中，藥包產生的爆轟壓力與能量借助于聚能管起到一定的抑制作用，避免爆轟產物的四周擴散。由于市場上所包含的聚能管類型相對較多，在實際的聚能爆破技術應用中，相關人員需結合隧道工程施工的現實要求，再結合隧道工程現場的具體情況，科學選擇各種聚能管型號、性能等，以選定最佳的聚能管。在聚能管裝藥的過程中，需保證乳化炸藥能夠填滿聚能管中的所有空隙，否則，一旦存在空隙，就會出現拒爆現象，最終將會影響巖巷掘進作業的順利進行。在聚能管向炮眼裝填的過程中，需保障聚能管的兩條聚能槽指向隧道的輪廓線方向。

4.3 爆破炸藥

聚能爆破技術的應用過程中，爆破炸藥是影響技術應用效果的重要因素，主要體現在炸藥的藥量、規格與數量等方面。各個施工企業需結合隧道巖巷掘進的規模、質量要求，進行爆破炸藥相關參數的確定，保障炸藥的科學應用。

4.4 炮眼間距及最小抵抗線

炮眼間距的設置主要是為了保障炮眼打眼的質量，只有保障了間距設置的合理性，才能夠從根本上發揮炮眼在聚能爆破中的作用。另外，最小抵抗線具有不確定性，在實際的設置過程中，有關人員同樣需根據聚能爆破的要求來進行設計。

5 巖巷聚能爆破工程實例

聚能爆破技術的應用大大提升了掘進的效率，屬于隧道施工中一種相對先進的技術。在不同的巷道作業下，由于炮眼所起到的作用有所不同，不同的聚能爆破技術可以被應用于不同類型的炮眼中，提高聚能爆破的整體應用效果，使得隧道輪廓更具穩定性，進而提升隧道成型的效果。

比如，某隧道工程采用順槽施工方式，整個隧道的設計長度達到了2253m，鉆爆法施工的長度在172m左右，隧道主體巖石為砂巖與砂質泥巖。由于該巖巷結構的特殊性，在施工過程中采用多向聚能裝置來達到聚能爆破的目的，所采用的相關聚能裝置多以PVC材料為主，整體結構為圓柱形，在聚能裝置周邊分布了6個內凹“V”形槽，且這些槽為均勻分布狀態，深度僅為5mm左右，圓柱管內徑與長度分別為38mm、30cm。掏槽應用四角柱式直眼，中空眼中所裝的藥量相對較少，能夠在聚能爆破技術的應用過程中發揮重要的拋擲作用。當藥包爆炸的瞬間，炸藥爆炸所產生的能量會在“V”形槽方向上產生高速射流，而此高速射流將會對周邊巖石產生切割作用，從而使得周邊巖石成為大小不一的巖石碎塊，有效保障了掏槽的效率。

再比如，某隧道工程項目中，主體巖石重要為泥巖、砂質泥巖，在該巖巷結構中，存在明顯的巖石裂隙發育，如果在掘進過程中采用傳統的爆破技術，常常會使隧道開挖面面臨超挖和欠挖的問題，將會影響后期的支護施工。而如果應用聚能爆破技術，將聚能裝置設計為圓柱形、雙向對稱聚能槽的結構，就能夠實現聚能方向的控制。需要注意的是，在裝藥的過程中，需保持聚能槽朝向與隧道輪廓方向的一致性。根據實際的應用效果，在應用聚能爆破技術以后，周邊巖石穩定性并未發生明顯的變化。

6 結束語

近年來，隨著隧道工程規模的擴大，為克服傳統爆破技術的局限性，很多施工企業逐步應用了聚能爆破技術。這種技術的應用優勢十分明顯，其有效維持了隧道周邊圍巖的穩定性與安全性，避免了各種不安全事故的發生。相信在未來，聚能爆破在隧道工程巖巷掘進中還將具有更廣闊的技術發展與應用空間。