隧道光面爆破周邊眼水袋間隔裝藥施工技術(shù)

汶文釗

（中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710054）

隨著鐵路、公路交通的快速發(fā)展，隧道工程在交通工程中所占的比例越來越大，隧道施工的主要方法是采用鉆爆法施工。光面爆破作為隧道新奧法施工的三大支柱之一，對隧道圍巖的穩(wěn)定、隧道的施工質(zhì)量及施工成本的影響意義重大，而周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)形式是實現(xiàn)隧道光面爆破的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的隧道周邊眼采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)形式，隧道周邊眼一般采用小直徑專用光爆藥卷連續(xù)裝藥、竹片導(dǎo)爆索周邊眼間隔裝藥、周邊眼聚能管裝藥等形式，這些裝藥結(jié)構(gòu)形式在現(xiàn)場實施過程中存在諸多的問題，現(xiàn)場隧道施工中為了裝藥方便，較多地采用了標(biāo)準(zhǔn)藥卷的連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致了隧道光面爆破的效果差，對隧道的施工安全、質(zhì)量造成了很大的工程隱患，同時是隧道施工成本增加的主要因素。

1 隧道光面爆破周邊眼的布置

1.1 隧道周邊眼的工作原理

隧道爆破開挖是通過爆破在巖層形成一個圓順的設(shè)計尺寸的隧道輪廓，其周邊眼的爆破原理是爆破產(chǎn)生的爆轟波在較小間距的相鄰周邊眼之間形成貫通裂縫，從而把隧道地層爆破成設(shè)計的輪廓，隧道周邊眼的間距一般較小，確保很小藥量的炸藥就可以形成爆破裂縫。周邊眼炸藥爆炸時，由于周邊眼一般采用的不耦合裝藥，炸藥爆破直接對接觸的炮孔巖壁作用時，同時產(chǎn)生大量的高溫高壓氣體，作用在整個炮孔上，炮孔中的空氣可以緩沖減弱炸藥對直接接觸的巖壁的爆破作用，讓產(chǎn)生的高溫高壓氣體均勻地作用在整個炮孔壁上。間隔裝藥，可以把炸藥量沿炮孔長度較均勻分布，即避免了炸藥爆破能量集中到炸藥位置，又避免爆破高能波在炮孔氣體傳播中過度衰減。在實施周邊眼爆破時，周邊眼的藥量要盡可能的小，既要形成相鄰炮孔之間貫通裂隙，又要對隧道周圍巖體進行保護，減少震動，是一種減弱爆破。周邊眼的裝藥不耦合系數(shù)越大，周邊眼眼孔內(nèi)的沖擊波衰減越大，對周邊巖體的破壞就越小。隧道光面爆破一般通過嚴格控制周邊眼的間距、裝藥量及不耦合裝藥的形式實現(xiàn)周邊眼的光面爆破。

1.2 周邊眼的布設(shè)

隧道的周邊眼一般布設(shè)在隧道開挖輪廓線上，采用較小的孔間距，周邊眼偏離輪廓線的位置可根據(jù)圍巖的軟硬程度及外插角角度稍微進行調(diào)整，周邊眼的間距一般和裝藥量的組合參數(shù)，通過隧道圍巖的爆破裂縫試驗或經(jīng)驗值選定，隧道爆破設(shè)計時，多采用經(jīng)驗值選定，見表1。光面爆破的周邊眼的裝藥不耦合系數(shù)D（炮眼直徑和藥卷直徑之比）在1.5～2范圍時，藥卷炸藥爆破對周邊眼孔壁的破壞較小，周邊眼的爆破效果最好。

表1 光面爆破周邊眼參數(shù)表

2 當(dāng)前隧道光面爆破的周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)

2.1 常用的周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)

《客貨共線鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)程》推薦的隧道光面爆破周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)有小直徑及專用光爆藥卷連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)、間隔裝藥結(jié)構(gòu)、空氣柱狀裝藥結(jié)構(gòu)。小直徑及專用光爆藥卷采購困難，運輸和儲存也存在特殊要求，且裝藥時要求較高，現(xiàn)場很少采用；空氣柱狀裝藥結(jié)構(gòu)現(xiàn)場操作時要求高，需要裝入兩段炮泥，炮泥裝填控制難度大，現(xiàn)場爆破工很難做到位，現(xiàn)場也很少采用；間隔裝藥結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)爆索和竹片配合裝藥，需要在周邊眼裝藥前把雷管和藥卷按照一定間距綁在竹片和導(dǎo)爆索上，加工成串狀藥包結(jié)構(gòu)，裝藥時把這個串狀藥包結(jié)構(gòu)一起裝入周邊眼，引出起爆引線，并用炮泥堵塞。爆破工的工作時間加長，而且要準(zhǔn)備和運輸許多輔助材料，爆破工一般不積極采用。

2.2 周邊眼聚能管裝藥結(jié)構(gòu)

近年來施工現(xiàn)場出現(xiàn)了一種周邊眼聚能爆破的裝藥結(jié)構(gòu)，充分利用炸藥聚能穴的聚能作用。周邊眼裝藥采用的聚能管有對稱的2個聚能槽，裝藥時讓周邊眼炸藥的聚能槽方向朝向相鄰周邊眼，炸藥爆炸時增大該方向的爆轟波的爆破能量，可以在小藥量的作用下形成爆破裂縫，從而即能減少對爆破其它方向的爆破破壞震動，又可提高周邊眼裂縫形成，提高光面爆破的效果。但該技術(shù)需要在現(xiàn)場提前把藥卷切割開后裝入聚能管，對藥卷現(xiàn)場進行再加工，不符合《爆破安全規(guī)程》對炸藥的安全管理的規(guī)定，同時增加了爆破工的工作時間，該方法采用專用的聚能管，施工成本高，在施工現(xiàn)場還屬于試用階段。

2.3 周邊眼普通藥卷連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)

該裝藥結(jié)構(gòu)形式采用和其它炮孔一樣，把多個?32mm的藥卷連續(xù)裝入炮眼，藥量為周邊孔的單孔裝藥量，然后采用非電毫秒雷管起爆。該裝藥結(jié)構(gòu)不合理，不耦合系數(shù)小，爆破對孔壁的破壞較大，單孔的藥量大部分集中在孔底，容易造成周邊眼孔底一定長度過爆而形成超挖，而孔口段一定長度卻形成欠挖，導(dǎo)致周邊眼炮眼痕跡保留率很低，光面爆破效果差。但由于其裝藥工序簡單，不需要使用其它輔助材料，裝藥時間短，在隧道現(xiàn)場對作業(yè)隊伍管控能力比較弱的項目多采用這種裝藥結(jié)構(gòu)形式，造成隧道光爆效果差，隧道超欠挖嚴重。

3 周邊眼水袋間隔裝藥技術(shù)

3.1 周邊眼水袋間隔裝藥結(jié)構(gòu)原理

采用?32mm的標(biāo)準(zhǔn)藥卷進行裝藥，藥卷和藥卷之間采用水袋間隔，藥卷之間的起爆連接采用導(dǎo)爆索連接起爆，對導(dǎo)爆索采購困難的施工項目，也可以采用每個裝藥節(jié)段采用一個雷管起爆的模式進行起爆。該裝藥工作和正常裝藥一樣，不用增加額外工作及延長裝藥作業(yè)時間，可以把周邊眼藥量較均勻的間隔分布在炮孔內(nèi)，藥卷之間采用水袋進行間隔，避免了藥量在孔內(nèi)集中，同時炸藥爆炸時，水袋中的水在爆破產(chǎn)生的高溫高壓氣體的作用下氣化，增加爆破氣體的量，提高爆破氣體成縫效應(yīng)的同時，可以緩沖和降低爆破對炮孔的破壞。

3.2 周邊眼水袋間隔裝藥技術(shù)的實施

3.2.1 周邊眼裝藥量及裝藥節(jié)段的確定

隧道光面爆破的周邊眼裝藥量比較小，一般先按照隧道的巖石類別、炮眼深度和裝藥集中度確定爆破設(shè)計的周邊眼單孔藥量和藥卷個數(shù)，再根據(jù)藥卷個數(shù)用水袋間隔成數(shù)個裝藥節(jié)段。

（1）根據(jù)圍巖類別，由表1選取裝藥集中度，結(jié)合周邊眼長度，確定周邊眼單孔裝藥量。

（2）根據(jù)周邊眼單孔裝藥量及?32mm的標(biāo)準(zhǔn)藥卷（直徑?32mm，長度200mm,重量200g），確定周邊眼需要的?32mm藥卷的數(shù)量，不足一個整卷藥量的可以把標(biāo)準(zhǔn)藥卷切割相應(yīng)的長度重量的藥卷,把每卷藥和其后跟隨的水袋長度作為一個裝藥節(jié)段，根據(jù)炮孔深度把炮孔相應(yīng)分成等長度的幾個裝藥節(jié)段。

（3）根據(jù)周邊眼炮孔的深度及裝藥節(jié)段數(shù)、堵塞長度，可以確定每個水袋的加工長度，水袋和炮泥一起提前在洞外加工好。為了現(xiàn)場裝填炮孔方便，水袋一般加工成20～35cm長度。

（4）周邊眼裝藥時，先裝入帶起爆雷管和導(dǎo)爆索的第1卷藥，再裝入水袋，再裝入第2卷藥、再裝入水袋……，直到在孔口裝入炮泥。裝藥時水袋的間隔個數(shù)應(yīng)確保炸藥均勻分布在炮孔內(nèi)，同時導(dǎo)爆索和雷管引線應(yīng)引出炮孔。

3.2.2 周邊眼水袋間隔裝藥的應(yīng)用實施

（1）以周邊眼深度為2.4m為例。鉆眼深度為該深度時，圍巖一般較好，為中硬巖，圍巖級別應(yīng)為Ⅲ級，鉆爆設(shè)計時按照表1裝藥集中度取為0.2kg/m,計算得出周邊眼的單孔藥量為0.48kg。如果按照標(biāo)準(zhǔn)藥卷連續(xù)裝藥形式，就會造成炸藥全部裝到孔底48cm長度，炮孔其它長度沒有炸藥，爆破后，孔底段炮孔爆破嚴重，該段圍巖過爆，容易超挖或掉塊，孔口無炸藥段出現(xiàn)欠爆而欠挖。采用水袋間隔裝藥結(jié)構(gòu)時，單孔0.48kg的藥量采用?32mm的標(biāo)準(zhǔn)藥卷（長度200mm,重量200g）時，為2個整卷藥和半卷藥（0.08kg），共3個裝藥節(jié)段。裝藥時，首先在孔底裝入帶起爆雷管和連接導(dǎo)爆索的第1卷，再裝入3節(jié)水袋，再裝入第2卷藥，裝入3節(jié)水袋后裝入隨后的半卷藥，然后裝入炮泥進行堵塞。水袋經(jīng)提前計算并提前加工成長度26cm。這種的裝藥結(jié)構(gòu)簡單，和其它炮眼裝藥工藝一樣，不需要增加裝藥作業(yè)時間，爆破工容易接受，藥量沿炮孔分布均勻，可以有效利用周邊眼的不耦合作用，可提高周邊眼炮眼痕跡保留率，提高光爆效果，減少對圍巖的破壞。

（2）以周邊眼深度為4.0m為例。鉆孔為該深度時，圍巖一般為硬巖以上，圍巖級別為Ⅱ級以上，鉆爆設(shè)計時按照表1裝藥集中度取為0.30kg/m，計算得出周邊眼的單孔藥量為1.2kg。每個周邊眼應(yīng)該裝6卷?32mm的標(biāo)準(zhǔn)藥卷（長度200mm,重量200g），即6個裝藥節(jié)段。采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)時，炸藥將全部集中在孔底1.2m范圍內(nèi)，造成光面爆破效果差，采用水袋間隔裝藥結(jié)構(gòu)時，即在長度3.7m的周邊眼裝6卷藥，其均勻分布在周邊眼炮孔內(nèi)。首先在在孔底裝入帶起爆雷管和連接導(dǎo)爆索的第1卷藥，然后裝入兩節(jié)水袋(長度20cm)，再裝入第2卷藥，再裝入兩節(jié)水袋，……，直到孔口用炮泥堵塞。水袋根據(jù)計算提前加工成長度20cm，方便裝填施工。周邊眼水袋間隔裝藥示意圖見圖1。

圖1 周邊眼水袋間隔裝藥示意圖

3.2.3 水袋間隔裝藥注意事項

（1）藥卷盡量采用整卷藥卷，需要切割時，最小切割藥段不要小于50g（即?32mm的藥卷50mm），藥卷太小裝藥時容易變形，并且不利于裝藥。周邊眼只有1卷藥時，采取孔底裝藥，再裝入水袋，到孔口時裝入炮泥。

（2）水袋的長度根據(jù)周邊眼單孔藥量和裝藥長度、藥卷長度、裝藥節(jié)段提前計算，然后加工，水袋一般加工成直徑?25～30mm,長度20～35cm。

（3）裝藥時要確保導(dǎo)爆索和順直，每段炸藥都要和導(dǎo)爆索接觸良好。對軟弱圍巖實施光面爆破時，周邊眼藥量計算時要考慮導(dǎo)爆索的藥量。

4 結(jié)束語

隧道光面爆破周邊眼采用水袋間隔裝藥結(jié)構(gòu)，用水袋進行裝藥間隔，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)藥卷很簡便的周邊眼間隔裝藥形式，用導(dǎo)爆索連接的把炸藥藥卷均勻地分布在周邊眼炮孔內(nèi)，裝藥位置準(zhǔn)確，可以提高光面爆破周邊眼的炮眼痕跡保留率，提高隧道光面爆破效果。該裝藥結(jié)構(gòu)施工工藝簡單，所用輔助材料少，現(xiàn)場可操作性強，爆破工不用額外增加作業(yè)時間，結(jié)合當(dāng)前隧道水壓爆破技術(shù)，是最實用的一種光面爆破周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)，具有廣闊的應(yīng)用前景。