鉆眼爆破法在隧道工程中的應(yīng)用

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

鉆爆法也稱鉆孔爆破法，是通過(guò)鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石的方法。最原始的巖石破碎是先用錘擊巖石，然后根據(jù)熱脹冷縮的原理，用木材燒熱巖石，隨后再用冷水澆淋，造成巖石碎裂。隨著黑火藥在軍事上的發(fā)展使用，1627年Kasper Weinde首先在匈牙利使用黑火藥進(jìn)行了礦山巖石巷道的爆破，爆破法第1次應(yīng)用于隧道工程施工[1]。1863年意大利Sommineller發(fā)明了風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，使隧道鉆爆技術(shù)產(chǎn)生了巨大的突破。經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，鉆爆法的施工方法得到了迅猛發(fā)展，先后出現(xiàn)了噴錨支護(hù)、控制爆破、新奧法等技術(shù)，使得隧洞施工邁向全斷面、大斷面、機(jī)械化、高效率的發(fā)展方向。

一、鉆眼爆破法作業(yè)

(一)鉆眼爆破的要求。炮眼利用率要高，炸藥和雷管的消耗量要低；斷面形狀尺寸符合設(shè)計(jì)要求；巖石塊度大小適中，便于裝巖；掘進(jìn)速度快，鉆眼工作量??；爆破效果好，表面平整，超欠挖符合要求，對(duì)圍巖的震動(dòng)破壞小。

(二)鉆眼機(jī)具。鉆頭和釬桿是鑿巖的基本工具，其作用是傳遞沖擊功和破碎巖石。在巖石上鉆眼時(shí)，常采用沖擊式鑿巖；在煤層上鉆眼時(shí)，常采用旋轉(zhuǎn)式鑿巖。鑿巖機(jī)是用于開挖地下工程的鉆眼設(shè)備，鑿巖臺(tái)車是將一臺(tái)或多臺(tái)液壓鑿巖機(jī)連同推進(jìn)裝置安裝在鉆臂導(dǎo)軌上，并配以行走機(jī)構(gòu)，使鑿巖作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的施工設(shè)備。

(三)掏槽爆破技術(shù)

1、炮眼的種類及作用。掘進(jìn)工作面的炮眼，按用途和位置的不同分為掏槽眼，周邊眼，輔助眼。掏槽眼是將工作面上某一部分巖石破碎并拋出，在一個(gè)自由面的基礎(chǔ)上崩出第二個(gè)自由面，為其他炮眼爆破創(chuàng)造有利的條件。輔助眼是大量崩落巖石和進(jìn)一步擴(kuò)大掏槽的炮眼，又稱崩落眼。周邊眼是爆破巷道周邊巖石，形成巷道設(shè)計(jì)輪廓斷面的炮眼。

2、炮眼布置原則。(1)先選擇掏槽方式和確定掏槽眼位置，然后布置周邊眼，最后布置崩落眼。(2)掏槽眼通常布置在工作面的中央偏下，同時(shí)應(yīng)考慮崩落眼的布置和減少崩壞支護(hù)結(jié)構(gòu)或施工設(shè)施的可能。掏槽眼的深度應(yīng)比其他炮眼深10%～20%。(3)周邊眼布置在巷道斷面的輪廓線上，且通常向外(或向上)偏斜一定角度。周邊眼的深度不應(yīng)大于崩落眼。(4)崩落眼應(yīng)分層均勻布置在掏槽眼和周邊眼之間。

3、掏槽方式。目前常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分為斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。斜眼掏槽是巷道掘進(jìn)中最常見的掏槽方式，其特點(diǎn)是炮眼與工作面斜交，常用的斜眼掏槽方式有單向、多向(楔形)、多向(錐形)。直眼掏槽是指所有掏槽眼都垂直于工作面，且互相平行，炮眼間距小，并留有不裝藥的空眼。在斷面較大、巖石較硬的巷道掘進(jìn)爆破中，為確保掏槽效果，加大槽腔深度和體積，可采用混合掏槽。

4、鉆眼爆破參數(shù)。鉆眼爆破參數(shù)包括炸藥消耗量、炮眼數(shù)目、炮眼深度、炮眼直徑與裝藥直徑等。炸藥消耗量包括單位消耗量和總消耗量，是影響爆破效果好壞的重要因素；炮眼數(shù)目應(yīng)當(dāng)保證有較高的爆破效率，即炮眼利用率在90%以上，爆下的巖塊和爆破后的巷道輪廓，均能符合施工和設(shè)計(jì)要求；炮眼深度是指炮眼眼底至臨空面的垂直距離，合理的炮眼深度應(yīng)能保證每班完成整循環(huán)和實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)；炮眼直徑與裝藥直徑一般根據(jù)鉆頭直徑和藥卷直徑確定。

二、光面爆破技術(shù)

(一)光面爆破技術(shù)理論。光面爆破是通過(guò)正確確定周邊眼的爆破參數(shù)和施工方法，先爆除主體開挖部位的巖體，再起爆布置在設(shè)計(jì)輪廓線上的周邊眼，將光爆層炸除，形成一個(gè)平整的開挖面，達(dá)到爆后壁面平整規(guī)則、輪廓線符合設(shè)計(jì)要求的一種爆破技術(shù)。光面爆破通過(guò)沿隧道設(shè)計(jì)輪廓線布置間距較小、相互平行的炮眼，控制每個(gè)炮眼的裝藥量，采用不耦合裝藥，同時(shí)起爆，使炸藥的爆炸作用剛好產(chǎn)生炮眼連線上的貫穿裂縫，使爆破面沿周邊眼崩落出來(lái)，達(dá)到周邊光滑的效果。

(二)光面爆破技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。光面爆破是支撐新奧法原理的重要技術(shù)之一。其顯著優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保持圍巖的穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自承作用，更有利于施工人員進(jìn)行安全施工，確保施工安全，同時(shí)又能減少超、欠挖，提高工程質(zhì)量和效率，節(jié)約成本。

(三)光面爆破施工原則。首先，要合理布置隧道中的炮眼；其次，為了提高隧道爆破的效果，工作人員應(yīng)適當(dāng)優(yōu)化爆破參數(shù)；再次，在爆破過(guò)程中，工作人員要加強(qiáng)對(duì)開挖輪廓的控制；最后，施工人員要保證施工過(guò)程中自身的安全，然后在此基礎(chǔ)上加快施工速度，保證施工任務(wù)按時(shí)按質(zhì)完成。

(四)光面爆破參數(shù)的確定。光面爆破成功與否主要取決于周邊眼的爆破參數(shù)的確定，主要包括周邊眼間距、最小抵抗線、炮眼密集系數(shù)和裝藥量等。不同的因素對(duì)隧道爆破效果有不同的影響，如設(shè)計(jì)人員對(duì)于炮眼直徑的選擇直接影響著隧道的施工速度及施工造價(jià)。因此，在確定爆破參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合隧道的巖層情況來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)值[2]。

(五)光面爆破技術(shù)措施及質(zhì)量控制。為了獲得良好的光面爆破效果，可采取以下技術(shù)措施：(1)使用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥。(2)采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)。(3)嚴(yán)格掌握與周邊眼相鄰的內(nèi)圈炮眼的爆破效果，為周邊眼爆破創(chuàng)造臨空面。周邊眼應(yīng)盡量做到同時(shí)起爆。(4)采取一些特殊的措施和新技術(shù)。

質(zhì)量要求一般應(yīng)達(dá)到三條標(biāo)準(zhǔn)：爆破開挖輪廓線上，巖石上留下具有均勻眼痕的周邊眼數(shù)應(yīng)不少于周邊眼總數(shù)的50%；超挖尺寸不得大于150mm，欠挖不得超過(guò)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；巖石上不應(yīng)有明顯的炮震裂縫。

三、爆破安全注意事項(xiàng)

爆破施工由于所使用的材料都是危險(xiǎn)品，容易爆炸，這些材料在爆破時(shí)具有很大的破壞力，施工的地點(diǎn)往往又是懸崖陡壁，因此思想上稍有麻痹大意，很容易發(fā)生傷亡事故，所以在爆破作業(yè)中，必須充分重視安全工作，要加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員的思想教育和技術(shù)安全教育，建立一定的制度，做到人人思想重視，個(gè)個(gè)注意安全，反對(duì)麻痹大意，克服怕麻煩的思想，避免事故的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)盲炮應(yīng)及時(shí)處理，處理方法要確保安全，力求簡(jiǎn)單有效。處理盲炮時(shí)，嚴(yán)禁其他人員在附近做其它工作。在有自爆可能性的情況下，應(yīng)劃定危險(xiǎn)區(qū)，盲炮處理完后，要檢查和清理殘余未爆的爆炸材料，確認(rèn)安全后，方可進(jìn)行作業(yè)。

四、結(jié)語(yǔ)

隧道爆破技術(shù)的顯著進(jìn)步，極大地促進(jìn)了隧道施工能力和綜合效益的提高[3]。大規(guī)模地下工程的建設(shè)也必將對(duì)隧道修建技術(shù)提出新的更高要求。對(duì)于鉆爆法隧道施工，還應(yīng)不斷加強(qiáng)地質(zhì)勘探工作，充分利用超前預(yù)報(bào)技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確的獲得更多資料，保證施工安全順利進(jìn)行；加快隧道施工機(jī)械化，建立以鉆孔臺(tái)車為先導(dǎo)的幾條機(jī)械化作業(yè)線，使鉆爆法適應(yīng)性更強(qiáng)；將光面爆破技術(shù)應(yīng)用于隧道施工中，必須結(jié)合圍巖的實(shí)際情況，隨時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，合理優(yōu)化施工結(jié)構(gòu)，合理控制光面爆破的順序，從而減少對(duì)周圍巖石的破壞，有效控制施工量，保證施工進(jìn)度。