電子數碼雷管在樓山隧道試驗性爆破介紹

周慧鵬，朱愛山

(浙江省隧道工程集團有限公司，浙江杭州310030)

浙江省臺州市樓山隧道爆破開挖采用傳統方案已安全完成右洞施工，各項指標控制達到了預期效果。2018年9月17日，工業和信息化部安全生產司和公安部治安管理局在貴州省貴陽市聯合召開民爆行業智能制造現場推廣會[1]。這次會議的主要任務是全面深入貫徹黨的十九大精神，推動民爆行業高質量發展，推進民爆行業智能制造，重點是推進數碼電子雷管智能制造的推廣應用。各省、區、市電子雷管使用率每年遞增不得低于20%，到2022年，基本實現電子雷管全面使用。

為盡快掌握電子數碼雷管使用方法、安全管理方法，也期望能充分利用電子數碼雷管高精度，良好的抗非法起爆和抗強干擾特性，降低震動，確保安全。通過試驗性爆破，收集隧道減震爆破參數，為類似項目積累經驗。

1 工程概況

樓山隧道是鄞州至玉環公路椒江洪家至溫嶺城東段公路工程先行開工段的一部分，為分離式隧道，是通過對既有雙向四車道隧道原位四周擴建為雙向八車道隧道。本工程為一級公路，交通流量大，要求一洞改建實施爆破作業時，保證另一洞交通通行，兩洞相距20～25m。

本次試驗爆破計劃在圖1所示位置。試驗段距洞口較遠，圍巖主要為微風化凝灰巖，節理裂隙發肓，巖石較完整，局部受構造影響較破碎，以塊（石）碎（石）狀鑲嵌結構為主。由于原隧道開挖導致應力松弛，結構面間隙增大，易產生小規模的坍塌，處置不當易產生較大的坍塌，施工時有滴水滲入。綜合評定等級為Ⅳ級，開挖和支護正常，條件較好。

2 電子數碼雷管簡介

數碼電子雷管即為采用電子控制模塊對起爆過程進行控制的雷管[2-3]。電子控制模塊是置于數碼電子雷管內部，具備雷管起爆延期時間控制、起爆能量控制功能，內置雷管身份信息碼和起爆密碼，能對自身功能、性能以及雷管點火元件的電性能進行測試，并能和起爆控制器及其他外部控制設備進行通信的專用電路模塊。其作用原理是數碼電子雷管專用起爆器對電子控制模塊內部的電容進行充電，充電完成后下發起爆指令，電子控制模塊內部的電容在接收到起爆器的起爆指令后對電子點火藥頭的橋絲放電，橋絲發熱引燃點火藥，點火藥產生的火焰沖能引爆基礎雷管，最后由基礎雷管引爆炸藥。

數碼電子雷管、導爆管雷管以及工業電雷管在結構上存在很大差異，由于結構的不同，三種雷管在安全性、使用便捷性、使用經濟性方面必然會存在差異,其對比詳見圖2。

圖2 常用雷管性能對照表

每一項目按低中高，分別評定分為2分、4分和10分。經十二個方面比較數碼電子雷管僅在價格上不占優，其他方面優勢明顯。

3 試驗段Ⅳ級圍巖電子數碼雷管爆破設計

3.1 爆破參數設計[4-6]原則

（1）根據地質條件，開挖斷面、開挖進尺，爆破器材等編制光面爆破設計方案。

（2）根據圍巖特點合理選擇周邊孔間距及周邊孔的最小抵抗線，合理安排起爆順序。

（3）確保小近距隧道爆破震動速度不大于2㎝/s。

3.2 試驗性爆破參數

（1）洞內試驗性爆破方案。在洞內原襯砌和巖石各鉆10個1.6m深孔，分別裝藥用電子數碼雷管起爆，測定振動速度。孔裝藥量分別為1.6kg、1.4kg、1.2kg、1.0kg、0.8kg（根據設計可能出現最大同時起爆藥量確定），每次同時起爆兩孔。

（2）試驗洞原襯砌結構監測數據，詳見表1。

（3）相鄰洞監測數據，詳見表2。

通過試爆振動監測數據，臨洞振動要不大于2㎝/s，選擇則單響裝藥量不能大于2kg為宜。

表1 試驗洞爆破震動監測記錄表

表2 相鄰洞監測記錄表

3.3 六部開挖法裝爆破設計

以現爆破方法為基礎布孔，孔位、孔深、孔徑不變。六部開挖法施工順序Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ，每步超前量控制在10m。詳見圖3。

3.3.1 爆破設計

原結構部分厚度600mm，根據前期爆破經驗及效果，采用單排炮孔，間距670mm個。輔助孔按間距1000～1200mm設置，光面爆破孔按間距500mm設置，所有孔全部為直眼。第二部分與第一部分前后錯開10m。第Ⅲ部分與第Ⅱ部分前后錯開10m施工，第Ⅳ部分與第Ⅱ部分前后錯開10m施工。每部分爆破參數設計見表3。

3.3.2 裝藥結構

下壓拆除原結構和光爆孔除之外采用徑向及環向不偶合裝藥結構，詳見圖4，以延長爆轟氣體的作用時間，降低爆轟波的沖擊強度，周邊眼的徑向不偶合系數應大于2，但應不致使藥卷直徑小于炸藥的臨界直徑，導致炸藥不穩定的爆轟。本隧道周邊眼孔徑為42mm，故選用?25mm×200mm小直徑藥卷。除下壓外的拆除孔、輔助眼和底部采用連續裝藥結構，詳見圖5。孔口炮泥堵塞長度大于20cm。

圖3 隧道原位四周擴建六部開挖法

圖4 光爆孔裝藥結構示意圖

4 爆破安全性校核

4.1 爆破振速、齊發藥量、距離三者關系計算式

根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）規定：建筑物的爆破振動判據，采用保護對象所在地地質點峰值振動速度和主振頻率兩個指標。

表3 六部開挖法爆破參數設計表

圖5 連續裝藥結構示意圖

振動速度為：

式中：中硬巖K=200，α=1.7；試驗藥量控制Q=2.0kg；保護對象距離R=20m。

經計算，爆破振動速度1.819cm/s低于設計要求的既有隧道安全振動速度2.0cm/s，所以，本次爆破方案中，爆破振動對所有保護對象均是安全的。

4.2 爆破振動控制措施

（1）采用電子雷管起爆網絡，除光爆孔外，均采用毫秒延時逐孔起爆，將單響藥量減少到最低。

（2）開創良好的爆破自由面，設計合理的起爆網絡，合理控制超深。

5 爆破振動實測與分析

5.1 檢測內容和對象

本工程周邊環境復雜，主要有兩點：一是右洞爆破施工需保持左洞正常通行，而兩洞最近距離僅20m；二是爆破不破壞未爆破部分隧道襯砌混凝土結構，爆破作業產生的震動和飛石不能影響原隧道結構安全。故確定本工程震動監測對象為左洞和原隧道襯砌。

其它構筑物和建筑物因距離較遠，僅做理論分析和數據測算，推算結果符合要求。

5.2 UBOX-5016工程爆破智能監測儀簡介

（1）性能指標：最高采樣率：可同時達到50KSps/CH（帶浮點放大）；200KSps/CH（不帶浮點放大）；輸入通道：3通道/臺，BNC單端電壓信號輸入,多臺可并行擴展；量程：±10V（測振范圍±300mm/s）；測量精度誤差：≤0.3%，各通道均可與傳感器互換，具備通道自檢、自校準動能，存儲的采集數據、設置參數掉電不丟失。

（2）數據處理分析系統。最高振速：當測試數據導入進軟件時，軟件自動計算出振動信號的最大值。最高加速度：軟件對采集的振動數據進行微分處理，自動計算出振動加速度的最大值。主振頻率：軟件對采集的振動數據進行FFT幅度分析，找出振幅最大點的頻率值。V-p圖：根據薩道夫斯基公式，在前期數據結果的基礎上得到的振速與裝藥量和距離比值之間的線性關系度，此圖越接近直線說明測試的數據越準確。振速預測：根據薩道夫斯基公式，在前期數據結果的基礎上以圖形形式預測在不同的裝藥量和距離下，爆破沖擊產生的振動速。安全距離預測：根據薩道斯基公式，在前期數據結果的基礎上一圖形的形式預測在確定的安全振速下不同的裝藥量要求的安全距離。裝藥量預測：根據薩道斯基公式，在前期數據結果的基礎上一圖形的形式預測在確定的安全振速和距離下的最大裝藥量。

5.3 測點布置和埋設

臨近小凈距隧道：布置在同一橫斷面上，三個通道，其中墻部襯砌布兩個點，底板布一個點。

5.4 數據分析與結論

試驗性爆破振動數據分析對比見表4。

實測數據小于規定值，也小于試驗性爆破時的振動速度，證明數碼雷管起爆破時間選擇合理，具有干擾減震作用。

表4 爆破振動安全允許標準比對表

數碼電子雷管在樓山隧道既有支撐拆除及爆破開挖中，試驗實測與項目成果對比分析表明，既有隧道的最大爆破速度為1.782cm/s，洞內支護及洞外仰坡未見開裂、滲漏水或較大變形情況出現。每排炮進尺和周邊輪廓尺寸符合設計要求，既有隧道襯砌的質點震動速度控制要求范圍內，對既有隧道運營基本沒有造成任何破壞，滿足工程需要。

6 結語

（1）樓山隧道采用數碼電子雷管后，增大了起爆段別、降低了炸藥起爆藥量，同時選擇合適的起爆時間，振動互相干擾，起到了干擾減震效果。經實測，既有隧道襯砌的質點震動速度控制也在要求范圍內，而且隧道巖土體整體性較好，不平整度以及平均超欠挖量在允許范圍以內，巖面上用肉眼看不見明顯裂縫，爆破后的巖石塊體及襯砌大小適中，爆破效果達到施工預期要求，可以推廣應用。

（2）現場監測條件限制導致監測結果準確性有待提高。由于既有隧道交通開放，沒有足夠的操作空間，爆破測振儀無法準確安放在隧道拱腳及拱頂位置，這就導致監測位置離監測關鍵點有一定距離，無法獲取足夠多關鍵點準確監測結果。