隧道施工中人工爆破作業細節探討

丁漢堃，石磊，季青，賈景興

(北京中科力爆炸技術工程有限公司，北京 101318)

0 引言

隨著鐵路、公路、地鐵建設需要，隧道工程也日益增多。作為隧道施工第一步的隧洞開鑿，雖然有各種方法，但其中人工爆破施工法仍在廣泛應用。爆破法與其他方法比較有其明顯特點。爆破法適用于各種地質條件、各種斷面形式以及各種開挖方法。

人工爆破施工是隧道工程中最復雜、最重要的一道工序。爆破效果直接影響工程質量與進度。因此，爆破全過程的規范操作尤顯重要。

由于隧道工程所處環境艱苦，工期長且每天的工序重復且繁瑣，作業人員難免在施工過程中產生煩躁情緒，以致發生粗化程序、忽略細節等不規范操作的情況。本文以“安全統技術、技術保安全、雙贏出效果”為主線，針對隧道爆破人工作業時遇到的技術問題進行分析，從原理到措施為一線作業施工提供了具有可操作性的解決方案。

1 安全

1.1 炸藥雷管禁止同車運輸

炸藥雷管絕對不能同車運送，既使是一條炸藥、一發雷管也不行。爆破事故的發生大多數與不同爆炸物品同車運輸有關。此條禁令雖然在“爆破安全規程”中有明確規定，但在實際爆破作業現場仍有發生。炸藥雷管同車運輸會釀成重大爆破安全事故，應嚴格禁止雷管炸藥同車運輸，若現場存在該錯誤行為的工作人員應受到嚴厲懲罰。

1.2 電焊機和抽水機

爆破作業上道工序立拱架用的電焊機放在臺車上，在爆炸物品進入掌子面前應仔細檢查電焊機電源開關是否關閉，電源線是否與配電箱斷開并纏繞整齊。

遇到隧道地下水流出，爆炸物品進場前一定要將作業面附近的抽水機斷電撤離。電焊機和抽水機的電壓電流足可以引爆雷管，堅決不可以粗心大意。

1.3 炮棍

施工過程中常用塑料管充當炮棍，炮棍在使用過程中前端極易破裂，繼續使用時，頭部裂縫極易夾住導爆管，雷管從炸藥中拉出，隨著炮棍反復搗擊摩擦，雷管存在可能爆炸的極大隱患。因此，裝藥前對炮棍要認真檢查，將炮棍端頭破損處去掉，用絕緣膠布纏好，避免因炮棍搗擊引發意外。

1.4 渣土堆

掌子面的情況通常是爆后檢查的重點，往往忽略對渣土堆的檢查。越是不注意的地方就越可能出現差錯。在渣土堆上時常能發現壓扁不成形的炸藥、斷續的導爆索和導爆管等，如被無關人員撿去可能造成麻煩。因此，要經常派人對渣土堆進行仔細檢查，收集殘留物并及時處理。

1.5 掌子面塌方征兆

塌方一般發生在掌子面打孔或裝藥區域，前上方尚未支拱襯砌，塌方落石迅速，人員躲閃不及，極易造成傷害。對掌子面部位是否發生塌方的可能性與規律進行分析判斷，是防止塌方、保證施工安全的重要措施。

（1）巖層情況。沉積巖層呈軟硬夾層狀，層薄且裂縫多，并與洞中軸線呈垂直狀態。掌子面巖體呈碎石堆積狀。掌子面由巖石和土質混合組成。

（2）爆破前后情況。掌子面未設置超前管架，且頂部超挖嚴重，時有落石。巖質松散，打孔時易發生卡鉆現象，孔徑自行擴大，裝藥時易發生卡孔、斷接和無底洞等現象。邊孔爆破不留孔壁痕跡或是嚴重的凹凸不齊。

（3）掌子面及其附近現象。開挖后頂部未支護部位圍巖掉塊不斷。掌子面突然涌水，或涌水壓力增大。巖石張開裂隙明顯增大（肉眼可見增大）。掌子面及其附近巖石出現巖粉，突現塵土飛揚。拱腳下沉顯著增大，承載力不足，預兆可能塌方。

2 鉆孔

實踐表明，爆破施工中鉆孔質量是關鍵。對作業面狹窄的隧道爆破施工的鉆孔作業更顯重要。在施工中力求做到炮孔布局合理，傾角準確，深度到位的技術要求。

隧道爆破采用多級復式楔形掏槽技術，其具有夾制小易成槽，利用率高進尺大，布局簡潔打孔易掌握等特點，該技術被廣泛應用于隧道開鑿施工。

2.1 掏槽孔參數

掏槽孔參數如圖1 所示。圖1 中，H為循環進尺，m；α為掏槽孔與工作面夾角，（°）；l為孔深，m；B為孔口距離，m；b為孔底距離，m；l1為堵塞長度，m；l2為裝藥長度，m。

圖1 掏槽孔參數

2.2 鉆孔施工

掏槽孔與掌子面夾角為α，造成其后的輔助孔具有不均勻抵抗線現象。因此鉆孔時要將掏槽孔的孔底和孔口水平差值0.5B（）融到各排輔助孔的間隔中，使得每一側的各排炮孔傾斜角由α逐漸過渡到90°，做到各排炮孔的孔口和孔底的抵抗線都合理。避免局部炸不開或留坎。

鉆孔的施工是利用全等三角形原理，如圖2 所示。選擇鉆桿長度l=H/sinα。以進尺H設計預定線。掏槽孔鉆桿鉆頭端定位在布孔點，另一端與預定線相較于A點，以此開始掏槽孔作業。輔助孔從A點以孔間距a向左量度與預定線相交于B點，鉆桿端由B點向右移a1距離至C點，即為輔助孔鉆孔起點。同理進行其余輔助孔鉆孔，使增量合理分配到各排間隔中，a1，a2，…，0，一直到打成垂直孔。

圖2 鉆孔施工

3 裝藥

3.1 二架裝藥

二架裝藥主要問題是藥包裝后隨手將導爆管下落到地面，與地面導爆管混在一起，尤其是在泥漿中，極易被踩踏，導致導爆管受損變形產生拒爆現象。因此強調在二架裝藥作業時，一定要將導爆管在二架上捋順，待連線時一并放到地面。

3.2 底角孔

底角孔是指周邊孔最下端左右對稱的兩個邊角孔。底角孔的位置是支拱架的基點位置，非常重要。由于底角孔位于嚴重夾制區域，容易造成爆破不徹底，以致花費大量時間進行二次爆破或者機械錘擊處理，大大延誤了拱架作業。因此在裝底角孔時要格外精心。一是要保證裝藥量充足，孔口留20～30 cm 進行炮泥堵塞；二是裝兩發雷管，確保底角孔爆破充分；三是與底角孔相鄰的周邊孔、輔助孔和底孔也應如上裝藥，為其開創順暢的臨空面。

3.3 雷管方向

藥包裝到炮孔中，雷管聚能穴朝向孔底則稱順孔安裝，雷管聚能穴朝向孔口則稱反向安裝。兩種安裝方式各有其特點。巖石碎裂成孔困難的炮孔易發生卡孔，宜采取順管裝藥，在處理卡孔時雷管容易取出。在制做順管藥包時盡量將雷管從條藥的一端深入到另一端，在后續裝藥時隨即壓實，以免連線時將雷管拉出。

3.4 藥包位置

炮孔底部有時會出現殘留炸藥，發生這種情況要從3 個方面考慮產生原因。

（1）炸藥的爆轟長度受到小藥卷直徑的限制，依據參考文獻[1]顯示，藥卷直徑為32 mm 的巖石硝銨炸藥，一發雷管只能引爆6～7 根藥卷，最大傳爆長度為1.5～2 m。

（2）管道效應。小直徑水平孔用小藥卷形成的徑向不耦合裝藥結構，容易發生管道效應，影響了炸藥爆轟傳播距離。

文獻[3]顯示，塑料管和鋼管里乳化炸藥爆炸，測得管道效應的傳爆長度見表1。

表1 管道效應傳爆長度

（3）鈍化作用。由于炮孔位置、地質構造和巖性影響，先爆孔擠壓后爆孔，光面炮孔有時被前段輔助孔爆破后擠壓，易造成孔內炸藥鈍化出現拒爆現象。

依據以上炸藥殘留原因分析，改進了施工操作方法，使得炸藥殘留現象大為改善。

（1）在目前一個炮孔裝一發雷管的前提下。將雷管裝在裝藥長度中間偏底的位置。若孔內可以裝兩發雷管更好。

（2）用塑料藥卷裝藥時，將藥卷扎一小孔，孔內壓實，流出炸藥充實管道空隙，消除管道效應，紙質藥卷容易裝成耦合結構。

（3）控制調整炮孔間距，尤其是孔底位置間距過大或者過小。

4 連線

4.1 導爆管檢查

對雷管底部導爆管的檢查非常重要，檢查過程中時常發現導爆管內有氣孔、結節或者折損等存在，阻斷了爆轟波正常傳播造成啞炮，遇到這種情況應剪掉或銷毀處理。

4.2 遺漏雷管連接

在連接雷管時，偶爾有遺漏雷管未連接，這時要將已連接成“把”的導爆管束徹底解開，將遺漏的雷管腳線并入其中重新纏繞膠布。不能未徹底解開“把”就隔著膠布將遺漏導爆管纏繞膠布。這種操作在外觀上很難發現，完全是憑作業人員的責任心。在解膠布用刀挑割時，千萬注意不能割傷導爆管。

4.3 上道和下道

上道和下道同次作業時，在分段連線時嚴格遵守上道掌子面先起爆，下道后起爆的原則，否則下道爆破振動飛石以及可能引發的上道落石將爆破網路砸斷，上道炮孔多，網路復雜處理困難。

5 光面爆破

5.1 光面孔抵抗線

爆后檢查有時發現存在光面孔零散破壞，導爆索垂落，炸藥未爆現象。分析上述原因，是因為光爆孔被前段輔助孔爆破拉壞所致，一是采取了增加光爆孔和輔助孔距離改進措施，也就是以W光=（1.2～1.5）a光調整光爆孔的抵抗線W光。第二個改進措施就是光爆孔和前排輔助孔同段起爆。改進措施實施后改善了上述不良現象。

5.2 導爆索接法

光面爆破另一個問題是導爆索有間斷未爆現象，這和導爆索接法有關，隧道爆破常用的3 種導爆索接法介紹如下。

（1）搭接。導爆索主線和各孔支線以進炮孔一個方向順勢連接，雷管以聚能穴朝孔的方向即正向與導爆索連接，在實際操作時要避免以下錯誤連接。如圖3 所示。圖3（a）為正確連接方式，圖3（b）～（e）為錯誤連接方式。

圖3 導爆索搭接方式

（2）“一把抓”連接。將孔口導爆索若干條組成“把”再接上雷管，扭緊成辮，不能松散；尾部在單條導爆索上接正向雷管。如果在“把”的中間位置安裝雷管，則不易貼實，影響傳爆，如圖4所示。

圖4 導爆索“大把抓”連接方式

（3）打結連接。主線導爆索與各孔支線導爆索打結相連，并在若干炮孔內放置起爆藥包，孔內雷管做常規連接，如圖5 所示。

圖5 導爆索打結連接方式

6 數碼電子雷管的應用

數碼電子雷管除具有其他雷管性能外，還獨特具有以下兩個特性。對起爆周密的受控性和對延期時間選擇設定的靈活性。為爆破安全，優化爆破設計，精準爆破參數以及開拓爆破新技術等提供了有利的技術支持。

數碼電子雷管在爆破施工中，采用兩種方法操作實施，即“先入孔后分段”和“先分段后入孔”。隧道爆破掌子面炮孔繁多，雷管段位繁多且每一循環布局不盡相同。采取“先分段后入孔”操作更能適應掌子面爆破網路這些特點。在各平臺作業人員相對固定，對其分段的炮孔相對熟悉，對已經分段的雷管入孔操作更為順手。實踐證明，這種方法具有分段簡明，裝孔準確，程序操作快速等特點。

7 結論

本文以“細節決定成敗”的理念出發，從安全、鉆孔、裝藥、連線以及光面爆破方面，對隧道人工爆破施工出現的細節問題進行了綜合分析，闡述了其中道理并制定了改進措施，既保證了爆破安全又改善了爆破質量。研究成果對爆破開鑿隧道提供參考依據。