鉆眼爆破施工技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

賈紅飛

0 引言

鉆眼爆破技術(shù)是隧道施工最常用的爆破技術(shù)，在Ⅰ級(jí)～Ⅲ級(jí)圍巖隧道施工中，鉆眼爆破的效果直接影響到工程的質(zhì)量、進(jìn)度及效益，掌握鉆眼爆破的施工技術(shù)，在隧道施工中發(fā)揮極其重要作用。

1 鉆眼爆破掘進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

1.1 鉆眼機(jī)具

隧道工程中常使用的鑿巖機(jī)有風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)和液壓鑿巖機(jī)。另有電動(dòng)鑿巖機(jī)和內(nèi)燃鑿巖機(jī)，但較少采用。其工作原理都是利用鑲嵌在鉆頭體前端的鑿刃反復(fù)沖擊并轉(zhuǎn)動(dòng)破碎巖石而成孔。有的可通過(guò)調(diào)節(jié)沖擊功大小和轉(zhuǎn)動(dòng)速度以適應(yīng)不同硬度的石質(zhì)，達(dá)到最佳成孔效果。

1.2 炮眼布置和周邊眼的控制爆破

掘進(jìn)工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。

1.2.1 掏槽眼布置

掏槽眼的作用是將開挖面上某一部位的巖石掏出一個(gè)槽，以形成新的臨空面，為其他炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。掏槽眼一般要比其他炮眼深10 cm～20 cm，以保證爆破后開挖深度一致。

根據(jù)坑道斷面、巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等條件，掏槽眼排列形式有很多種，總體可分成斜眼掏槽眼和直眼掏槽眼兩大類。

1)斜眼掏槽。

其特點(diǎn)是掏槽眼與開挖面斜交。常用的有錐形掏槽，楔形掏槽，單向掏槽，其中最常用的是豎楔形掏槽。斜眼掏槽的優(yōu)點(diǎn)是可以按巖層的實(shí)際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，容易把巖石拋出，而且所需掏槽眼的個(gè)數(shù)較少。缺點(diǎn)是眼深受坑道斷面尺寸的限制，也不便于多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)鑿巖。

為了防止相鄰炮眼或相對(duì)炮眼之間的殉爆，裝藥炮眼之間的距離不能小于20 cm。

2)直眼掏槽。

直眼掏槽可以實(shí)行多機(jī)鑿巖、鉆眼機(jī)械和深眼爆破，從而為加快掘進(jìn)速度提供了有利條件，直眼掏槽鑿巖作業(yè)比較方便，不需隨循環(huán)進(jìn)尺的改變而變化掏槽形式，僅需改變炮眼深度;而斜眼掏槽則要隨循環(huán)進(jìn)尺的不同而改變炮眼位置和角度。直眼掏槽石碴拋擲距離也可縮短，所以目前現(xiàn)場(chǎng)多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼數(shù)目和單位用藥量要增多，炮眼位置和鉆眼方向也要求高度準(zhǔn)確，才能保證良好的掏槽效果，技術(shù)比較復(fù)雜。

實(shí)踐證明，直眼掏槽的爆破效果與臨空孔的數(shù)目、直徑及其與裝藥的距離密切相關(guān)。在硬巖爆破中，效果隨空眼至裝藥眼中心距離W與空眼直徑φ的比值而有很大變化。如W＞2φ，爆破后巖石僅產(chǎn)生塑性變形，而不能產(chǎn)生真正的破碎;W=0.7φ～1.5φ之間時(shí)效果最好，為破碎拋擲型掏槽;眼距過(guò)小時(shí)，爆炸作用有時(shí)會(huì)將相鄰炮眼中的炸藥(主要指粉狀硝銨類炸藥)“擠實(shí)”，使之因密度過(guò)高而拒爆。為保證空眼所形成的空間足夠供巖石膨脹，在考慮臨空孔數(shù)目時(shí)，一般要求所形成的空間不小于裝藥眼至空眼間的巖柱體積的10%～20%。

1.2.2 輔助眼布置

輔助眼的作用是進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽體積和增大爆破量，并為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。其布置主要是解決間距和最小抵抗限問題，這可以由工地經(jīng)驗(yàn)決定。最小抵抗限約為炮眼間距的60%～80%。

1.2.3 周邊眼布置

周邊眼的作用是爆破后使坑道斷面達(dá)到設(shè)計(jì)的形狀和規(guī)格。周邊眼原則上沿著設(shè)計(jì)輪廓均勻布置，間距和最小抵抗限應(yīng)比輔助眼的小，以便爆出較為平順的輪廓。眼口距設(shè)計(jì)輪廓線約0.1 m ～0.2 m，便于鉆眼。

周邊眼的底端，對(duì)于松軟巖層應(yīng)放在設(shè)計(jì)輪廓線以內(nèi)，對(duì)于中硬巖層可放在設(shè)計(jì)輪廓線上，對(duì)于堅(jiān)硬巖層則應(yīng)略超出設(shè)計(jì)輪廓線外。為了避免欠挖，底板眼底端一般都超出設(shè)計(jì)輪廓線。

1.2.4 周邊眼的控制爆破

在隧道爆破施工中，首要的要求是炮眼利用率高，開挖輪廓及尺寸準(zhǔn)確，對(duì)圍巖震動(dòng)小。按通常的周邊炮眼布置，若全斷面一次開挖，常常難以爆破出理想的設(shè)計(jì)斷面，對(duì)圍巖擾動(dòng)又大。采用光面爆破與預(yù)裂爆破技術(shù)，可以控制爆破輪廓，盡量保持圍巖穩(wěn)定。

2 光面爆破的特點(diǎn)

光面爆破是指爆破后斷面輪廓整齊，超挖和欠挖符合規(guī)定要求的爆破，其主要標(biāo)準(zhǔn)是:

1)開挖輪廓成型規(guī)則，巖面平整;

2)巖面上保存50%以上孔痕，且無(wú)明顯的爆破裂縫;

3)爆破后圍巖壁上無(wú)危石。

隧道施工中采用光面爆破，對(duì)圍巖的擾動(dòng)比較輕微，圍巖松弛帶的范圍只有普通爆破法的1/9～1/2;大大地減少了超欠挖量，節(jié)約了大量的混凝土和回填片石，加快了施工的進(jìn)度;圍巖壁面平整、危石少，減輕了應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免局部塌落，增進(jìn)了施工安全，并為噴錨支護(hù)創(chuàng)造了條件。

3 光面爆破的主要參數(shù)及技術(shù)措施

確定合理的光面爆破參數(shù)是獲得良好的光面爆破效果的重要保證。光面爆破的主要參數(shù)包括周邊眼的間距、光面爆破層的厚度、周邊眼密集系數(shù)、周邊眼的線裝藥密度等。影響光面爆破參數(shù)選擇的因素很多，主要有巖石的爆破性能、炸藥品種、一次爆破的斷面大小及形狀等，其中影響最大的是地質(zhì)條件。光面爆破參數(shù)的選擇，目前還缺乏一定的理論公式，多是采用經(jīng)驗(yàn)方法。為了獲得良好的光面爆破效果，可采取以下措施:

1)適當(dāng)加密周邊眼。

周邊眼孔距適當(dāng)縮小，可以控制爆破輪廓，避免超欠挖，又不致過(guò)大地增加鉆眼工作量?？组g距的大小與巖石性質(zhì)、炸藥種類、炮眼直徑有關(guān)，一般為E=(8－18)d;E為孔距;d為炮眼直徑。一般情況下，堅(jiān)硬或破碎的巖石宜取小值，軟質(zhì)或完整的巖石宜取大值。

2)合理確定光面爆破層厚度。

所謂光面爆破層就是周邊眼與最外層輔助眼之間的一圈巖石層。光面爆破層厚度就是周邊眼的最小抵抗線。周邊眼的間距E與光面爆破層厚度W有著密切關(guān)系，通常以周邊眼密集系數(shù)K表示為K=E/W。必須使應(yīng)力波在兩相鄰炮眼間的傳播距離小于應(yīng)力波至臨空面的傳播距離，即E＜W。所以K是小于1的變量，根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，取K=0.8左右，光面爆破層厚度W一般取50 cm～90 cm。

3)合理用藥。

用于光面爆破的炸藥宜采用低猛度、低爆速、傳爆性能好的炸藥，在炮眼底部，為了克服眼底巖石的夾制作用，應(yīng)改用高爆速炸藥。周邊眼的裝藥量是光面爆破參數(shù)中最重要的一個(gè)參數(shù)，通常以線裝藥密度表示。線裝藥密度是指炮眼中間正常裝藥段每米長(zhǎng)的裝藥量。恰當(dāng)?shù)难b藥量應(yīng)是既要具有破巖所需的應(yīng)力能，又不造成圍巖的破壞，施工中應(yīng)根據(jù)孔距、光面爆破厚度、石質(zhì)及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。

4)采用小直徑藥卷不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

在裝藥結(jié)構(gòu)上，宜采用比炮眼直徑小的小直徑藥卷連續(xù)或間隔裝藥;此時(shí)，藥卷與炮眼壁間留有空隙，稱之為不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。炮眼直徑與藥卷直徑之比稱為耦合系數(shù)。光面爆破的不耦合系數(shù)最好大于2，但藥卷直徑不應(yīng)小于該炸藥的臨界直徑，以保證穩(wěn)定起爆。當(dāng)采用間隔裝藥時(shí)，相鄰炮眼所用藥串的藥卷位置應(yīng)錯(cuò)開，以便充分利用炸藥效能。

5)保證光面爆破眼同時(shí)起爆。

據(jù)測(cè)定，各炮眼的起爆時(shí)差超過(guò)0.1 s時(shí)，就同于單個(gè)炮眼爆破。使用即發(fā)雷管與導(dǎo)爆索起爆是保證光面爆破眼同時(shí)起爆的好方法，同段毫秒雷管起爆次之。

6)要為周邊眼光面爆破創(chuàng)造臨空面。

這可以在開挖程序和起爆程序上予以保證，并應(yīng)注意不要使先爆落的石碴堵死周邊眼的臨空面。一個(gè)均勻的光面爆破層是有效地實(shí)現(xiàn)光面爆破的重要一環(huán)，應(yīng)對(duì)靠近光面爆破層的輔助眼的布置和裝藥量給予特殊注意。

4 結(jié)語(yǔ)

良好的鉆爆技術(shù)能加快山嶺隧道的施工進(jìn)度，有成型較好外形輪廓尺寸，鉆眼的技術(shù)及爆破技術(shù)需要在實(shí)踐中不斷探索與掌握，使隧道的掘進(jìn)施工工藝不斷改進(jìn)、不斷成熟。

［1］ 趙孟岐.隧道爆破施工減振措施分析［J］.山西建筑，2011，37(7):148-149.