隧道光面爆破周邊眼水袋間隔裝藥施工技術

汶文釗

（中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710054）

隨著鐵路、公路交通的快速發展，隧道工程在交通工程中所占的比例越來越大，隧道施工的主要方法是采用鉆爆法施工。光面爆破作為隧道新奧法施工的三大支柱之一，對隧道圍巖的穩定、隧道的施工質量及施工成本的影響意義重大，而周邊眼的裝藥結構形式是實現隧道光面爆破的關鍵，傳統的隧道周邊眼采用不耦合裝藥結構形式，隧道周邊眼一般采用小直徑專用光爆藥卷連續裝藥、竹片導爆索周邊眼間隔裝藥、周邊眼聚能管裝藥等形式，這些裝藥結構形式在現場實施過程中存在諸多的問題，現場隧道施工中為了裝藥方便，較多地采用了標準藥卷的連續裝藥結構形式，導致了隧道光面爆破的效果差，對隧道的施工安全、質量造成了很大的工程隱患，同時是隧道施工成本增加的主要因素。

1 隧道光面爆破周邊眼的布置

1.1 隧道周邊眼的工作原理

隧道爆破開挖是通過爆破在巖層形成一個圓順的設計尺寸的隧道輪廓，其周邊眼的爆破原理是爆破產生的爆轟波在較小間距的相鄰周邊眼之間形成貫通裂縫，從而把隧道地層爆破成設計的輪廓，隧道周邊眼的間距一般較小，確保很小藥量的炸藥就可以形成爆破裂縫。周邊眼炸藥爆炸時，由于周邊眼一般采用的不耦合裝藥，炸藥爆破直接對接觸的炮孔巖壁作用時，同時產生大量的高溫高壓氣體，作用在整個炮孔上，炮孔中的空氣可以緩沖減弱炸藥對直接接觸的巖壁的爆破作用，讓產生的高溫高壓氣體均勻地作用在整個炮孔壁上。間隔裝藥，可以把炸藥量沿炮孔長度較均勻分布，即避免了炸藥爆破能量集中到炸藥位置，又避免爆破高能波在炮孔氣體傳播中過度衰減。在實施周邊眼爆破時，周邊眼的藥量要盡可能的小，既要形成相鄰炮孔之間貫通裂隙，又要對隧道周圍巖體進行保護，減少震動，是一種減弱爆破。周邊眼的裝藥不耦合系數越大，周邊眼眼孔內的沖擊波衰減越大，對周邊巖體的破壞就越小。隧道光面爆破一般通過嚴格控制周邊眼的間距、裝藥量及不耦合裝藥的形式實現周邊眼的光面爆破。

1.2 周邊眼的布設

隧道的周邊眼一般布設在隧道開挖輪廓線上，采用較小的孔間距，周邊眼偏離輪廓線的位置可根據圍巖的軟硬程度及外插角角度稍微進行調整，周邊眼的間距一般和裝藥量的組合參數，通過隧道圍巖的爆破裂縫試驗或經驗值選定，隧道爆破設計時，多采用經驗值選定，見表1。光面爆破的周邊眼的裝藥不耦合系數D（炮眼直徑和藥卷直徑之比）在1.5～2范圍時，藥卷炸藥爆破對周邊眼孔壁的破壞較小，周邊眼的爆破效果最好。

表1 光面爆破周邊眼參數表

2 當前隧道光面爆破的周邊眼的裝藥結構

2.1 常用的周邊眼的裝藥結構

《客貨共線鐵路隧道施工技術規程》推薦的隧道光面爆破周邊眼的裝藥結構有小直徑及專用光爆藥卷連續裝藥結構、間隔裝藥結構、空氣柱狀裝藥結構。小直徑及專用光爆藥卷采購困難，運輸和儲存也存在特殊要求，且裝藥時要求較高，現場很少采用；空氣柱狀裝藥結構現場操作時要求高，需要裝入兩段炮泥，炮泥裝填控制難度大，現場爆破工很難做到位，現場也很少采用；間隔裝藥結構采用導爆索和竹片配合裝藥，需要在周邊眼裝藥前把雷管和藥卷按照一定間距綁在竹片和導爆索上，加工成串狀藥包結構，裝藥時把這個串狀藥包結構一起裝入周邊眼，引出起爆引線，并用炮泥堵塞。爆破工的工作時間加長，而且要準備和運輸許多輔助材料，爆破工一般不積極采用。

2.2 周邊眼聚能管裝藥結構

近年來施工現場出現了一種周邊眼聚能爆破的裝藥結構，充分利用炸藥聚能穴的聚能作用。周邊眼裝藥采用的聚能管有對稱的2個聚能槽，裝藥時讓周邊眼炸藥的聚能槽方向朝向相鄰周邊眼，炸藥爆炸時增大該方向的爆轟波的爆破能量，可以在小藥量的作用下形成爆破裂縫，從而即能減少對爆破其它方向的爆破破壞震動，又可提高周邊眼裂縫形成，提高光面爆破的效果。但該技術需要在現場提前把藥卷切割開后裝入聚能管，對藥卷現場進行再加工，不符合《爆破安全規程》對炸藥的安全管理的規定，同時增加了爆破工的工作時間，該方法采用專用的聚能管，施工成本高，在施工現場還屬于試用階段。

2.3 周邊眼普通藥卷連續裝藥結構

該裝藥結構形式采用和其它炮孔一樣，把多個?32mm的藥卷連續裝入炮眼，藥量為周邊孔的單孔裝藥量，然后采用非電毫秒雷管起爆。該裝藥結構不合理，不耦合系數小，爆破對孔壁的破壞較大，單孔的藥量大部分集中在孔底，容易造成周邊眼孔底一定長度過爆而形成超挖，而孔口段一定長度卻形成欠挖，導致周邊眼炮眼痕跡保留率很低，光面爆破效果差。但由于其裝藥工序簡單，不需要使用其它輔助材料，裝藥時間短，在隧道現場對作業隊伍管控能力比較弱的項目多采用這種裝藥結構形式，造成隧道光爆效果差，隧道超欠挖嚴重。

3 周邊眼水袋間隔裝藥技術

3.1 周邊眼水袋間隔裝藥結構原理

采用?32mm的標準藥卷進行裝藥，藥卷和藥卷之間采用水袋間隔，藥卷之間的起爆連接采用導爆索連接起爆，對導爆索采購困難的施工項目，也可以采用每個裝藥節段采用一個雷管起爆的模式進行起爆。該裝藥工作和正常裝藥一樣，不用增加額外工作及延長裝藥作業時間，可以把周邊眼藥量較均勻的間隔分布在炮孔內，藥卷之間采用水袋進行間隔，避免了藥量在孔內集中，同時炸藥爆炸時，水袋中的水在爆破產生的高溫高壓氣體的作用下氣化，增加爆破氣體的量，提高爆破氣體成縫效應的同時，可以緩沖和降低爆破對炮孔的破壞。

3.2 周邊眼水袋間隔裝藥技術的實施

3.2.1 周邊眼裝藥量及裝藥節段的確定

隧道光面爆破的周邊眼裝藥量比較小，一般先按照隧道的巖石類別、炮眼深度和裝藥集中度確定爆破設計的周邊眼單孔藥量和藥卷個數，再根據藥卷個數用水袋間隔成數個裝藥節段。

（1）根據圍巖類別，由表1選取裝藥集中度，結合周邊眼長度，確定周邊眼單孔裝藥量。

（2）根據周邊眼單孔裝藥量及?32mm的標準藥卷（直徑?32mm，長度200mm,重量200g），確定周邊眼需要的?32mm藥卷的數量，不足一個整卷藥量的可以把標準藥卷切割相應的長度重量的藥卷,把每卷藥和其后跟隨的水袋長度作為一個裝藥節段，根據炮孔深度把炮孔相應分成等長度的幾個裝藥節段。

（3）根據周邊眼炮孔的深度及裝藥節段數、堵塞長度，可以確定每個水袋的加工長度，水袋和炮泥一起提前在洞外加工好。為了現場裝填炮孔方便，水袋一般加工成20～35cm長度。

（4）周邊眼裝藥時，先裝入帶起爆雷管和導爆索的第1卷藥，再裝入水袋，再裝入第2卷藥、再裝入水袋……，直到在孔口裝入炮泥。裝藥時水袋的間隔個數應確保炸藥均勻分布在炮孔內，同時導爆索和雷管引線應引出炮孔。

3.2.2 周邊眼水袋間隔裝藥的應用實施

（1）以周邊眼深度為2.4m為例。鉆眼深度為該深度時，圍巖一般較好，為中硬巖，圍巖級別應為Ⅲ級，鉆爆設計時按照表1裝藥集中度取為0.2kg/m,計算得出周邊眼的單孔藥量為0.48kg。如果按照標準藥卷連續裝藥形式，就會造成炸藥全部裝到孔底48cm長度，炮孔其它長度沒有炸藥，爆破后，孔底段炮孔爆破嚴重，該段圍巖過爆，容易超挖或掉塊，孔口無炸藥段出現欠爆而欠挖。采用水袋間隔裝藥結構時，單孔0.48kg的藥量采用?32mm的標準藥卷（長度200mm,重量200g）時，為2個整卷藥和半卷藥（0.08kg），共3個裝藥節段。裝藥時，首先在孔底裝入帶起爆雷管和連接導爆索的第1卷，再裝入3節水袋，再裝入第2卷藥，裝入3節水袋后裝入隨后的半卷藥，然后裝入炮泥進行堵塞。水袋經提前計算并提前加工成長度26cm。這種的裝藥結構簡單，和其它炮眼裝藥工藝一樣，不需要增加裝藥作業時間，爆破工容易接受，藥量沿炮孔分布均勻，可以有效利用周邊眼的不耦合作用，可提高周邊眼炮眼痕跡保留率，提高光爆效果，減少對圍巖的破壞。

（2）以周邊眼深度為4.0m為例。鉆孔為該深度時，圍巖一般為硬巖以上，圍巖級別為Ⅱ級以上，鉆爆設計時按照表1裝藥集中度取為0.30kg/m，計算得出周邊眼的單孔藥量為1.2kg。每個周邊眼應該裝6卷?32mm的標準藥卷（長度200mm,重量200g），即6個裝藥節段。采用連續裝藥結構時，炸藥將全部集中在孔底1.2m范圍內，造成光面爆破效果差，采用水袋間隔裝藥結構時，即在長度3.7m的周邊眼裝6卷藥，其均勻分布在周邊眼炮孔內。首先在在孔底裝入帶起爆雷管和連接導爆索的第1卷藥，然后裝入兩節水袋(長度20cm)，再裝入第2卷藥，再裝入兩節水袋，……，直到孔口用炮泥堵塞。水袋根據計算提前加工成長度20cm，方便裝填施工。周邊眼水袋間隔裝藥示意圖見圖1。

圖1 周邊眼水袋間隔裝藥示意圖

3.2.3 水袋間隔裝藥注意事項

（1）藥卷盡量采用整卷藥卷，需要切割時，最小切割藥段不要小于50g（即?32mm的藥卷50mm），藥卷太小裝藥時容易變形，并且不利于裝藥。周邊眼只有1卷藥時，采取孔底裝藥，再裝入水袋，到孔口時裝入炮泥。

（2）水袋的長度根據周邊眼單孔藥量和裝藥長度、藥卷長度、裝藥節段提前計算，然后加工，水袋一般加工成直徑?25～30mm,長度20～35cm。

（3）裝藥時要確保導爆索和順直，每段炸藥都要和導爆索接觸良好。對軟弱圍巖實施光面爆破時，周邊眼藥量計算時要考慮導爆索的藥量。

4 結束語

隧道光面爆破周邊眼采用水袋間隔裝藥結構，用水袋進行裝藥間隔，實現了標準藥卷很簡便的周邊眼間隔裝藥形式，用導爆索連接的把炸藥藥卷均勻地分布在周邊眼炮孔內，裝藥位置準確，可以提高光面爆破周邊眼的炮眼痕跡保留率，提高隧道光面爆破效果。該裝藥結構施工工藝簡單，所用輔助材料少，現場可操作性強，爆破工不用額外增加作業時間，結合當前隧道水壓爆破技術，是最實用的一種光面爆破周邊眼裝藥結構，具有廣闊的應用前景。