電子數(shù)碼雷管在樓山隧道試驗性爆破介紹

周慧鵬，朱愛山

(浙江省隧道工程集團(tuán)有限公司，浙江杭州310030)

浙江省臺州市樓山隧道爆破開挖采用傳統(tǒng)方案已安全完成右洞施工，各項指標(biāo)控制達(dá)到了預(yù)期效果。2018年9月17日，工業(yè)和信息化部安全生產(chǎn)司和公安部治安管理局在貴州省貴陽市聯(lián)合召開民爆行業(yè)智能制造現(xiàn)場推廣會[1]。這次會議的主要任務(wù)是全面深入貫徹黨的十九大精神，推動民爆行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，推進(jìn)民爆行業(yè)智能制造，重點是推進(jìn)數(shù)碼電子雷管智能制造的推廣應(yīng)用。各省、區(qū)、市電子雷管使用率每年遞增不得低于20%，到2022年，基本實現(xiàn)電子雷管全面使用。

為盡快掌握電子數(shù)碼雷管使用方法、安全管理方法，也期望能充分利用電子數(shù)碼雷管高精度，良好的抗非法起爆和抗強干擾特性，降低震動，確保安全。通過試驗性爆破，收集隧道減震爆破參數(shù)，為類似項目積累經(jīng)驗。

1 工程概況

樓山隧道是鄞州至玉環(huán)公路椒江洪家至溫嶺城東段公路工程先行開工段的一部分，為分離式隧道，是通過對既有雙向四車道隧道原位四周擴(kuò)建為雙向八車道隧道。本工程為一級公路，交通流量大，要求一洞改建實施爆破作業(yè)時，保證另一洞交通通行，兩洞相距20～25m。

本次試驗爆破計劃在圖1所示位置。試驗段距洞口較遠(yuǎn)，圍巖主要為微風(fēng)化凝灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)肓，巖石較完整，局部受構(gòu)造影響較破碎，以塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu)為主。由于原隧道開挖導(dǎo)致應(yīng)力松弛，結(jié)構(gòu)面間隙增大，易產(chǎn)生小規(guī)模的坍塌，處置不當(dāng)易產(chǎn)生較大的坍塌，施工時有滴水滲入。綜合評定等級為Ⅳ級，開挖和支護(hù)正常，條件較好。

2 電子數(shù)碼雷管簡介

數(shù)碼電子雷管即為采用電子控制模塊對起爆過程進(jìn)行控制的雷管[2-3]。電子控制模塊是置于數(shù)碼電子雷管內(nèi)部，具備雷管起爆延期時間控制、起爆能量控制功能，內(nèi)置雷管身份信息碼和起爆密碼，能對自身功能、性能以及雷管點火元件的電性能進(jìn)行測試，并能和起爆控制器及其他外部控制設(shè)備進(jìn)行通信的專用電路模塊。其作用原理是數(shù)碼電子雷管專用起爆器對電子控制模塊內(nèi)部的電容進(jìn)行充電，充電完成后下發(fā)起爆指令，電子控制模塊內(nèi)部的電容在接收到起爆器的起爆指令后對電子點火藥頭的橋絲放電，橋絲發(fā)熱引燃點火藥，點火藥產(chǎn)生的火焰沖能引爆基礎(chǔ)雷管，最后由基礎(chǔ)雷管引爆炸藥。

數(shù)碼電子雷管、導(dǎo)爆管雷管以及工業(yè)電雷管在結(jié)構(gòu)上存在很大差異，由于結(jié)構(gòu)的不同，三種雷管在安全性、使用便捷性、使用經(jīng)濟(jì)性方面必然會存在差異,其對比詳見圖2。

圖2 常用雷管性能對照表

每一項目按低中高，分別評定分為2分、4分和10分。經(jīng)十二個方面比較數(shù)碼電子雷管僅在價格上不占優(yōu)，其他方面優(yōu)勢明顯。

3 試驗段Ⅳ級圍巖電子數(shù)碼雷管爆破設(shè)計

3.1 爆破參數(shù)設(shè)計[4-6]原則

（1）根據(jù)地質(zhì)條件，開挖斷面、開挖進(jìn)尺，爆破器材等編制光面爆破設(shè)計方案。

（2）根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊孔間距及周邊孔的最小抵抗線，合理安排起爆順序。

（3）確保小近距隧道爆破震動速度不大于2㎝/s。

3.2 試驗性爆破參數(shù)

（1）洞內(nèi)試驗性爆破方案。在洞內(nèi)原襯砌和巖石各鉆10個1.6m深孔，分別裝藥用電子數(shù)碼雷管起爆，測定振動速度?？籽b藥量分別為1.6kg、1.4kg、1.2kg、1.0kg、0.8kg（根據(jù)設(shè)計可能出現(xiàn)最大同時起爆藥量確定），每次同時起爆兩孔。

（2）試驗洞原襯砌結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，詳見表1。

（3）相鄰洞監(jiān)測數(shù)據(jù)，詳見表2。

通過試爆振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，臨洞振動要不大于2㎝/s，選擇則單響裝藥量不能大于2kg為宜。

表1 試驗洞爆破震動監(jiān)測記錄表

表2 相鄰洞監(jiān)測記錄表

3.3 六部開挖法裝爆破設(shè)計

以現(xiàn)爆破方法為基礎(chǔ)布孔，孔位、孔深、孔徑不變。六部開挖法施工順序Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ，每步超前量控制在10m。詳見圖3。

3.3.1 爆破設(shè)計

原結(jié)構(gòu)部分厚度600mm，根據(jù)前期爆破經(jīng)驗及效果，采用單排炮孔，間距670mm個。輔助孔按間距1000～1200mm設(shè)置，光面爆破孔按間距500mm設(shè)置，所有孔全部為直眼。第二部分與第一部分前后錯開10m。第Ⅲ部分與第Ⅱ部分前后錯開10m施工，第Ⅳ部分與第Ⅱ部分前后錯開10m施工。每部分爆破參數(shù)設(shè)計見表3。

3.3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

下壓拆除原結(jié)構(gòu)和光爆孔除之外采用徑向及環(huán)向不偶合裝藥結(jié)構(gòu)，詳見圖4，以延長爆轟氣體的作用時間，降低爆轟波的沖擊強度，周邊眼的徑向不偶合系數(shù)應(yīng)大于2，但應(yīng)不致使藥卷直徑小于炸藥的臨界直徑，導(dǎo)致炸藥不穩(wěn)定的爆轟。本隧道周邊眼孔徑為42mm，故選用?25mm×200mm小直徑藥卷。除下壓外的拆除孔、輔助眼和底部采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，詳見圖5?？卓谂谀喽氯L度大于20cm。

圖3 隧道原位四周擴(kuò)建六部開挖法

圖4 光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

4 爆破安全性校核

4.1 爆破振速、齊發(fā)藥量、距離三者關(guān)系計算式

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）規(guī)定：建筑物的爆破振動判據(jù)，采用保護(hù)對象所在地地質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率兩個指標(biāo)。

表3 六部開挖法爆破參數(shù)設(shè)計表

圖5 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

振動速度為：

式中：中硬巖K=200，α=1.7；試驗藥量控制Q=2.0kg；保護(hù)對象距離R=20m。

經(jīng)計算，爆破振動速度1.819cm/s低于設(shè)計要求的既有隧道安全振動速度2.0cm/s，所以，本次爆破方案中，爆破振動對所有保護(hù)對象均是安全的。

4.2 爆破振動控制措施

（1）采用電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，除光爆孔外，均采用毫秒延時逐孔起爆，將單響藥量減少到最低。

（2）開創(chuàng)良好的爆破自由面，設(shè)計合理的起爆網(wǎng)絡(luò)，合理控制超深。

5 爆破振動實測與分析

5.1 檢測內(nèi)容和對象

本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，主要有兩點：一是右洞爆破施工需保持左洞正常通行，而兩洞最近距離僅20m；二是爆破不破壞未爆破部分隧道襯砌混凝土結(jié)構(gòu)，爆破作業(yè)產(chǎn)生的震動和飛石不能影響原隧道結(jié)構(gòu)安全。故確定本工程震動監(jiān)測對象為左洞和原隧道襯砌。

其它構(gòu)筑物和建筑物因距離較遠(yuǎn)，僅做理論分析和數(shù)據(jù)測算，推算結(jié)果符合要求。

5.2 UBOX-5016工程爆破智能監(jiān)測儀簡介

（1）性能指標(biāo)：最高采樣率：可同時達(dá)到50KSps/CH（帶浮點放大）；200KSps/CH（不帶浮點放大）；輸入通道：3通道/臺，BNC單端電壓信號輸入,多臺可并行擴(kuò)展；量程：±10V（測振范圍±300mm/s）；測量精度誤差：≤0.3%，各通道均可與傳感器互換，具備通道自檢、自校準(zhǔn)動能，存儲的采集數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)掉電不丟失。

（2）數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)。最高振速：當(dāng)測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)軟件時，軟件自動計算出振動信號的最大值。最高加速度：軟件對采集的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行微分處理，自動計算出振動加速度的最大值。主振頻率：軟件對采集的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT幅度分析，找出振幅最大點的頻率值。V-p圖：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上得到的振速與裝藥量和距離比值之間的線性關(guān)系度，此圖越接近直線說明測試的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。振速預(yù)測：根據(jù)薩道夫斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上以圖形形式預(yù)測在不同的裝藥量和距離下，爆破沖擊產(chǎn)生的振動速。安全距離預(yù)測：根據(jù)薩道斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上一圖形的形式預(yù)測在確定的安全振速下不同的裝藥量要求的安全距離。裝藥量預(yù)測：根據(jù)薩道斯基公式，在前期數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上一圖形的形式預(yù)測在確定的安全振速和距離下的最大裝藥量。

5.3 測點布置和埋設(shè)

臨近小凈距隧道：布置在同一橫斷面上，三個通道，其中墻部襯砌布兩個點，底板布一個點。

5.4 數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

試驗性爆破振動數(shù)據(jù)分析對比見表4。

實測數(shù)據(jù)小于規(guī)定值，也小于試驗性爆破時的振動速度，證明數(shù)碼雷管起爆破時間選擇合理，具有干擾減震作用。

表4 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)比對表

數(shù)碼電子雷管在樓山隧道既有支撐拆除及爆破開挖中，試驗實測與項目成果對比分析表明，既有隧道的最大爆破速度為1.782cm/s，洞內(nèi)支護(hù)及洞外仰坡未見開裂、滲漏水或較大變形情況出現(xiàn)。每排炮進(jìn)尺和周邊輪廓尺寸符合設(shè)計要求，既有隧道襯砌的質(zhì)點震動速度控制要求范圍內(nèi)，對既有隧道運營基本沒有造成任何破壞，滿足工程需要。

6 結(jié)語

（1）樓山隧道采用數(shù)碼電子雷管后，增大了起爆段別、降低了炸藥起爆藥量，同時選擇合適的起爆時間，振動互相干擾，起到了干擾減震效果。經(jīng)實測，既有隧道襯砌的質(zhì)點震動速度控制也在要求范圍內(nèi)，而且隧道巖土體整體性較好，不平整度以及平均超欠挖量在允許范圍以內(nèi)，巖面上用肉眼看不見明顯裂縫，爆破后的巖石塊體及襯砌大小適中，爆破效果達(dá)到施工預(yù)期要求，可以推廣應(yīng)用。

（2）現(xiàn)場監(jiān)測條件限制導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性有待提高。由于既有隧道交通開放，沒有足夠的操作空間，爆破測振儀無法準(zhǔn)確安放在隧道拱腳及拱頂位置，這就導(dǎo)致監(jiān)測位置離監(jiān)測關(guān)鍵點有一定距離，無法獲取足夠多關(guān)鍵點準(zhǔn)確監(jiān)測結(jié)果。