隧 道 爆 破 浅 析
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李云龙 中交一公局三公司
隧道爆破浅析
李云龙
中交一公局三公司
摘要：本篇文章主要是以大梁山隧道为主题，主要论述在隧道开挖中在岩体开挖中所运用的爆破技术，根据岩体节理发育及水文地质的不同所采取的爆破材料和爆破方法。根据开挖面的轮廓面积及掘进进尺所采取的爆破炸药用量及钻爆技术。主要提到钻爆炮眼的布置及各炮眼的作用。
关键词：爆破，钻孔，炸药
隧道爆破浅析
一、 爆破的意义：
针对本公路隧道，随着工程的不断进展，围岩的不断变化，针对暴露出来的裸露地质的不同，致使开挖方法也随之变化，出现石质地质时，导致以往开挖放法掘进速度慢或无法掘进，工作效率得不到提高，使用炸药爆破掘进钻爆技术显的尤为重要，可使工作效率得到极大的提高，而对于能否成熟的运用控制爆破技术对于本工程的工程进度及工程造价起到决定性的作用。
二、炸药的选用：
根据实际山岭公路隧道水文地质和围岩坚硬程度的不同，选用合理的炸药对隧道开挖爆破的效果以及经济性至关重要，针对围岩的不同，合理的使用相应性能的炸药可以最佳的发挥出炸药其自身的性能及对爆破后开挖面的超欠挖量起着重要作用。
本隧道（黑石崖隧道）使用较多的炸药种类有：硝铵炸药，RJ-2乳化炸药（标准性），粉状油炸药，水胶炸药；
炸药的用量都是根据实际开挖进尺和岩石的坚硬程度来决定的，提高对围岩的认识，合理的运用炸药，对后序工作的安全性及经济性都得到了保障（图1）。
对于一般石质隧道适用硝铵炸药，孔径40mm以下的炮眼爆破；而对于有地下水或有一定涌水量或成滴水装的岩体来讲则适用乳化炸药或水胶炸药（图2）。
图1
图2
三、爆破材料
1、 电雷管：电雷管分为瞬发导爆雷管和延期导爆雷管（即发雷管
和迟发雷管），延期雷管按其延期时间差可分为毫秒延期雷管和秒延期雷管（本隧道采用毫秒雷管）。
2、 起爆器：本隧道发爆电源采专用爆破起爆器，它是通过直流电
连接起爆器（图3），接好后蓄充电，待充满电指示灯亮后进行起爆。
3、 塑料导爆管：塑料导爆管是一种聚乙烯材料的导爆管，它的内
壁涂有一层高能炸药，管壁上的高能炸药在冲击波作用下可以
沿着管道方向连续稳定爆轰，从而将爆轰传播到非电雷管使雷管起爆（图4）。
图3
图4
四、起爆过程
1、首先是由起爆电源连接根塑料导爆管，由PVC电气胶带将其缠绕连接（图5），再由塑料导爆管传递给非电雷管（图6），使之爆炸。（PVC电气胶带每次起爆数量宜在30发以内。非电雷管必须与塑料导爆管的配合使用，非电雷管的爆破时间与塑料导爆管的段别有直接关系，它是由塑料管的段别来控制非电雷管的延时起爆顺序。）
图5
图6
2、爆破根据不同的爆破作业面，掌子面的大小及平整凹曲度的不同，选用不同的连接方法来实现最好的爆破效果也至关重要，连接方法可分为串联，并联，簇联和混合联；（图7）
图7
五、 炮眼布置和装药
根据不同的围岩，它的节理发育及岩体的破碎程度，是否有水、开挖面的大小，掘进进尺的米数等对钻爆的炮眼布置及用药和药量都有影响。
1、 对于开挖爆破面，炮眼可分为：掏槽眼，辅助眼（扩槽眼，压
炮眼），周边眼和地平眼。炮眼的布置、数目、深度和角度，装药量和装药结构，起爆顺序都对爆破出来的轮廓线效果起重要作用。
? 掏槽眼：是以隧道中线为中线，由两侧向隧道前进方向向中间水平对打，大概成八字型，应避免两孔相通，水平打掏槽眼它不受断面的凹凸不平对爆破进尺的，且掏槽石渣抛出的距离较短，可尽量减少对爆破后的石渣对机械，台车等的伤害。（图8）掏槽炮眼一般爆破出的有效面积大约为整个爆破断面面积的1/6~1/7左右（可根据开挖台车的结构来布置炮眼），它的作用是先将开挖面上先掏出一个临空面，将爆破的岩石抛出槽口，为后爆的辅助炮能够向里形成新的临空面，提高爆破的效率。由于掏槽眼开始四周没有临空面，又受到周围岩石的束缚，所以为了有效的爆破，其炮眼深度及用药量是相对其他炮眼来讲炮眼更深，用药更多。它的炮眼垂直深度应大于掘进米数，大约在0.5m左右，以增强爆破效果。
图8
? 辅助眼：它可分为扩槽眼和压炮眼。扩槽眼的作用是扩大掏槽眼所爆出临空面的体积和爆破量，由先里后外逐层的向心起爆顺序，并逐渐接近轮廓线，它的炮眼角度也是向着隧道中线钻孔；压炮眼的作用是抵抗掏槽眼的爆破威力，防止周边眼爆破后超挖，同时也能稍控制石渣的飞出距离；它的作用都是为了周边眼创造有里条件。
? 周边眼：它主要起到成型作用，使爆破后的断面尺寸达到设计要求，轮廓平顺，对控制超欠挖起决定型作用。它是水平的向隧道前进方向钻孔，炮眼方向最后有一定的斜率外插，这是为了控制超欠挖和便于下一班钻眼时落钻。若围岩较破碎，为了保证开挖面平整，辅助眼及周边眼的眼底应落在同一垂直面上。 ? 地平眼：它是向隧道前进方向水平略微向下钻孔，它起到的也是成型作用，分为上下台阶爆破开挖时，应考虑到控制好拱脚的标高及对后续开挖台车的工人支护作业的作业空间。一般为2排，它的起爆顺序可同时于辅助眼落后于周边眼。(图9)
图9
2、装药
掏槽眼的间距较大，数目少，但深度及药量都很多，其装药大多将第一药位将连有导爆管的雷管反向装入眼底，后连续装药，连接紧密，这样装药威力较大；由于它是最先起爆，所以它接1段管；
辅助眼的间距要比掏槽眼的间距小但大于周边眼，它是现将第一药位放入一根爆破雷管置于眼底再将一根带有导爆雷管与其相连，后在连续装药，这样爆破威力相对掏槽威力较小，可有效的帮助周边眼的爆破，间距大约是在70cm,按其断面大小来分布列数和排数。它是后于掏槽眼的爆破，所以将其接3~11段管（13段为地平眼的下周边眼）。
周边眼的布置：如果围岩较破碎的情况下，应布置在轮廓线以内；如果围岩较硬时，应布置在轮廓线上；如果围岩坚硬且整体性好则应布置在轮廓线以外。无论是布置在轮廓线以里还是以
外，都应根据炸药的性能及药量，还有围岩的节理构造来看。如果是偏压纹理，则应在偏压纹理进入轮廓线处布置轮廓线以内的炮眼，在外侧可按照轮廓线布置，因为当周边眼爆破时可带动外部岩体的滑落，布置在轮廓线外则会导致超挖过多；根据现场实际情况还应对周边爆破后的安全性考虑，如果节理较发育，岩体局部的破碎岩石在轮廓线上部，可能对下部工人施工造成一定的安全威胁时，在爆破时或出渣排除危石时应尽量把破碎岩石排除。 对于任何围岩，它的药量都应是最少的，可采用跳槽装药或间隔装药，这样会更好控制对上部围岩的超欠挖，避免补炮。周边眼的炮眼间距相对较密，约40cm~50cm。由于它是最后起爆，按照起爆顺序他都是最后一段。（图10）
在下地平眼于周边眼的起爆顺序应地平眼先爆，周边眼后爆，这样上部石渣会压住地平眼，使之达到振松的目的，石渣不会飞出，避免石渣飞出砸坏机械。
3、炮眼布置
在装药前，应对塑料导爆管的段别进行分类调整，炮孔内应清理干净，在两个药卷之间不得有杂物阻挡，这会影响爆破效果甚至会导致瞎跑。在炮孔处加堵炮泥的作用是能防止在拉台车的时候避免药卷脱出炮孔，还可加大炸药向里的压力，增强爆破效果，但是加压不宜太重，达到封堵的效果即可。
布置炮眼时；当岩体较破碎时，不应将炮眼落在节理裂缝上，由于炸药的破是根据钻孔方向纵向产生作用力，节理较发育待开
挖的围岩变化较复杂，隐蔽性很强，如果落在节理裂缝上则只会爆出岩体在裂隙处的围岩，爆破效果不好，若裂隙处分割为一个整体，则可能导致岩体无法爆出，这对后续爆破有很大影响。不但滞后施工进度，对经济效益都有一定影响。
图10
如果围岩整体稳定性较好，岩石坚硬（利用隧道围岩岩体自身有的承载自稳能力，岩承理论），则可把掏槽眼的进尺放大，放大药量，多进尺相当于两个循环作业的爆破深度，辅助眼相对增加半个进尺或1/3进尺（图11），周边眼按照正常装药，这样爆破后的效果后，在下一班爆破是则可省掉掏槽眼或浅钻掏槽眼，只要把辅助眼及周边眼达到震动松散的目的即可达到爆破目的。这样先掏槽，后赶上，再掏槽的方法，不但节省钻眼的时间，对人工和用药量都提高了利用率。当然这样做的方法也是通过多年总结出的经验判断围岩来决定爆破方法的。（图12）
图11
图12
如果掌子面不平整，则应根据实际情况选择炮眼的布置，在用药量上也应适当调整（图13）；若按隧道中线将断面分开，在同一段位上，左幅的进尺如果快于右幅的进尺，则左幅的炮眼可以不布置或者是少布置（图14），从炮眼深度与间距来考虑，以达到为了下一班的钻孔爆破创造有利条件。
图13
图14
4、仰供和下台阶爆破
对于仰供和下台阶的爆破，由于上部空间较大，如果威力过猛则会对工人安全及机械容易造成损害，能达到爆破至设计标高，把上部岩体震动松散，不置于石渣满天飞则达到爆破目的。
1、下台阶的爆破，根据实际情况，一般以竖直方向钻入爆破面，根据爆破进尺及岩石的坚硬程度，多宜采用深钻孔，少装药的原则来达到爆破目的（图15），它布置炮药的段位大多为1段或2段，或开挖面的中间先爆，在由周围爆破，一般不超过2个段位。（图16）
图15
图16
2、仰供的爆破，由于仰供为隧道最下部的组成部分，根据围岩水文地质的不同，很多时候地下水丰富，给装药造成一定影响。首先处理完上部松散石渣，根据岩石的凹凸程度及岩块的大小来布置炮眼，大多有一定的斜率在岩石突出的根部布置炮眼，且炮眼的布置也是采用深钻孔，少装药的原则；仰供爆破在装药时，它的段位不宜过多，一般采用2个段位，且根据岩石裸露及爆破情况来酌情进行一次爆破或者分2次爆破。（图17）
图17
六、隧道开挖超前地质预报与爆破
隧道开挖地质预报的主要内容：
隧道施工中的地质预报，是在探测或预测开挖工作前方几米至几十米，甚至几百米以上的围岩工程地质和水文地质条件的基础上，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报。预报的具体内容如下：
（1）
对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况及对施工的影响程度；
（2）
可能出现坍方、滑落影响施工时，预报其部位、形式、规模、发展趋势，并提出处理措施，围岩坍方的形式和规模划分：
隧道围岩坍方形式 坍方形式 坍方特点 隧道开挖后，围岩在爆破振动、松散压力及形变压力的影响下，发生解体溃散、分离剥落，形成坍方；在地下水的作用下，则可形成突泥、涌泥或泥沙石流状坍方 围岩条件 整体不稳定围岩坍方 具散体结构的土状围岩或极破碎的围岩，主要是V围岩 局部不稳定围岩坍方 由关键块体（管石）的滑塌引起局局部不稳定的围岩或完整性较差的部破碎围岩的坍方，受断层带或剪切带、块状围岩，如断层带、剪切带、片理化片理化带、破碎带结构的控制 带、破碎带等部位的围岩 局部不稳定块体坍方，又分为坠落形、滑动形（单面滑动、双面滑动）、倾倒形等的不稳定块体的坍方 围岩中的结构面和隧道开挖面相严格受结构面控制，坍方体呈较规交，构成不利组合（不稳定组合），形成则的几何形体 具有滑塌趋势的块体 （3） 隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层时，需施工部门改变施工方法或做应急措施预报；
（4） 预报可能出现突然涌水地点、涌水量大小、地下水泥沙含量及对施工的影响；
（5） 软岩出现内鼓、片状掉块地段，应预报对施工的影响程度；
（6） 岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽时，应预报其危害程度；
（7） 在位移量测中发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度；
（8） 浅埋隧道地面出现下沉或裂隙时，应预报对隧道稳定和施工的影响程度；
（9） （10） （11）
可能出现滑坡、坠石，应及时作出预报；
预报由于施工不当，可能造成围岩失稳及其改进措施； 隧道附近或穿过含瓦斯地段的煤（岩）层中，预报瓦斯影响范围。
由超前地质预报反映出来的情况来及时对围岩的变化调整
爆破参数，改变施工方案，提前采取应急措施，也是对隧道开挖的安全和经济性的保障。
对软岩出现内鼓、片状掉块地段等不稳定地段中可能坍塌或滑塌时，爆破出的轮廓面要想保证不超挖过多还能排除危险，可提前打入超前小导管，对围岩采取预加固措施，在爆破时采取短进尺弱爆破的方法；
超前预报也只是对掌子面前方的一个预报参数，围岩上部或周围有何隐蔽威胁也不完全准确，所以不能完全轻信超前地质预报，在爆破施工时也应小心谨慎，与实际相结合，围绕“岩变我变”的思想来实施施工方案。
七、总结
爆破技术对于隧道工程的安全、质量、进度和经济性都有很强的制约性；通过多年经验来判断对围岩的变化及灵活运用爆破技术，都是对工程施工的各个方面的一个保障。当然，也应在以往的爆破基础上发现不足，总结经验，大胆创新，理论与实际的双重结合，不但降低了成本，也是对国家资源的一个节省。
对于如何能灵活运用爆破技术都是通过多年的施工经验及对岩体认识总结出来的，本人通过现场实际观察，与施工人员及领导的探讨，再结合文献理论阐述一下自己的理解和见解，忘广大同仁批评指正。
李云龙
