隧道钻爆技术

一、工程简况：

长滩隧道位于彭武高速公路长滩乡境内C6标段，采用上下行分离的双洞形式，隧洞轴线间距11.3～23.0m，起止桩号:左线ZK18+365～ZK21+580，全长3215米，本合同段为(ZK18+365～ZK20+000)长1635m,右线K18+3～K21+0全长3276m,本合同段为(K18+3～K20+000)长1636m;隧道净宽10.50米,净高5.0米。工程地质构造：洞口表层为强风化灰岩及薄层覆盖土，表层以下为裂隙发育,较破碎的强风化及中风化灰岩,小型溶洞分布较多,洞身以奥陶系下统灰岩、页岩为主，中厚层状、薄层状。岩质致密坚硬，完整性较好。隧道Ⅴ级围岩长203米，占12.4%,Ⅳ级围岩长209米，占12.5%,Ⅲ级围岩长787.5米，占48.2%,Ⅱ级围岩长435.5米,占26.9%。

二、钻爆设计

钻爆法是隧道开挖施工中最常用的方法，认真进行钻爆设计和控制，采用光面爆破、预裂爆破技术，使开挖轮廓线符合设计要求，超欠挖量少，减少对围岩的扰动和破坏，有利于工程顺利进行。

钻爆设计根据工程地质条件、开挖断面、开挖方法、掘进循环进尺、钻眼机具、爆破材料和出渣能力等因素综合考虑，其设计内容主要包括：炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布设、数目、深度和角度；装药量和装药结构；起爆方法和爆破顺序等。

1、设计条件

综合考虑了本工程预定工期、进场设备、现场地质情况、施工条件及当地火工材料供应等情况后，确定以下设计条件：

Ⅳ、Ⅴ级围岩采用上下台阶开挖预裂爆破法，开挖断面积S上=50m2, S下=20m2,Ⅴ级台阶长5米、掘进循环进尺L=1米，Ⅳ级台阶长10米、掘进循环进尺L=1.5米，

Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖光面爆破法，开挖全断面积S全 =80m2,掘进循环进尺L=3.5米。

钻机采用风动凿岩机，钻头直径dk有38mm～60mm等。

由于装运机械车辆足，运距短，开挖出渣能力强。

2、炸药品种选择

根据本工程岩石抗爆性、当地可供炸药品种性能和价格，选用以下炸药：  表-1

影响炸药消耗量的因素主要有：岩石坚硬程度和岩层的构造；炸药的威力；坑道断面积及临空面数量等，按照达到预定爆破效果的条件下，其爆炸功与岩石阻抗匹配的原则计算确定。

隧道爆破中，每循环爆破的总装药量Q=K×L×S，

K为爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，即炸药单耗量（kg/m3）；

L为爆破掘进进尺数（m）；

S为开挖断面积（m2）；

K值主要受岩石抗爆性、断面进尺比S/L、临空面数目、炮眼布置形式、掏槽效果等因素影响。一般岩石的完整性系数f值越大，K越大；断面进尺比S/L越大，K越小；临空面越多，K越小；炮眼布置不好，K越大；隧道爆破实际一般采用K= 0.7~2.5kg/m3。

以Ⅱ、Ⅲ级围岩地段全断面开挖光面爆破进行设计。根据以往的施工经验，取K=1.35kg/m3，

本工程Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖每循环的总装药量

Q=1.35×3.5×80=378 kg。

4、爆破参数选用

根据《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）推荐的下列参数表选用爆破各参数并在实际应用中根据爆破效果进行适当调整。选用的原则是对于掏槽眼、辅助眼应采用较小的装药不偶合系数D，以提高爆破效率，对周边眼则采用较大值以减少对围岩的扰动破坏。当断面较小或围岩软弱、破碎或在曲折线处周边眼间距E应取较小值，为保证周边眼孔间贯通裂缝优先形成，须使周边眼的最小抵抗线V大于炮眼间距E，E/V应取较小值。

                        光面爆破诸参数                        表-2

参数

参数

掏槽眼、辅助眼的装药不偶合系数D=1.3；周边眼D=2.0，E=63 cm，E/V=0.8，V=79 cm；

5、炮眼直径d炮

掏槽眼、辅助眼选用药卷直径d药=35mm，密度ρ=1.05g/cm3的2号岩石硝铵炸药；根据D=d炮/d药，则掏槽眼、辅助眼炮眼直径d炮=46 mm；

周边眼选用小药卷直径d药=25mm，密度ρ=0.95g/cm3的2号岩石硝铵炸药；则周边眼炮眼直径d炮=50 mm。

6、炮眼数目N的确定和布置

施工中根据各炮眼平均分配炸药量的原则计数炮眼数目N=n1+ n2 +n3：

其中n1、 n2 、n3分别为掏槽眼、辅助眼、周边眼的数量；

总装药量Q=nqn，其中qn为各部炮眼单孔平均装药量=α×β×L，

α为各部炮眼的装药系数，指药卷总长度与炮眼长度比，对于Ⅱ、Ⅲ级围岩掏槽眼α=0.60，辅助眼α=0.50，周边眼α=0.55；

β为药卷单位长度质量值=药卷截面积S药×药卷密度ρ，kg/m；

⑴首先确定周边眼的数量n3，由于周边眼应沿设计开挖轮廓线布置，根据轮廓线长35.25 米和周边眼间距E=63 cm，n3=35.25/0.63≈56个；眼深与进尺同为3.5 m，直眼钻孔。

⑵确定掏槽眼的数量n1和布置，掏槽眼的作用是将开挖面稍靠下部位先掏出一个小型槽口，以形成新的临空面，为后爆的辅助炮开创更有利的临空面，达到提高爆破效率的作用，为保证能有效地将石渣抛出槽口，槽口尺寸一般在1.0～2.5m2左右，本工程采用1.1×1.1 m2常将掏槽眼比设计掘进尺加深10 ~20 cm，本工程加深10 cm，采用直眼掏槽，槽口中部设双空孔式大直径空眼，相当于给装药掏槽眼提供了临空面。根据以往实际经验，各掏槽眼间距20~25 cm，梅花间隔均匀布置，可布置n1=20个，孔深3.6m。

  ⑶确定内圈辅助眼的数量和布置

辅助眼的作用是进一步扩大槽口体积和爆破量，并逐步接近开挖段面形状，为周边眼创造有利的爆破条件。

根据总装药量Q=n1q1 +n2q2+ n2q2

掏槽眼q1=α×β×L =0.6×1.01×3.6=2.18 kg/m，n1=20；

周边眼q3=α×β×L =0.55×0.466×3.5=0.90 kg/m ，n3=55；

辅助眼q2=α×β×L =0.50×1.01×3.5=1.77 kg/m，于是可算得辅助眼数n2=153，孔深3.5m，直眼钻孔。其布置原则可参照周边眼的布置原则进行，只是抵抗线V，眼间距E及单孔装药量q值较大些，取E/V=0.7，E=70 cm， V=100 cm，炮眼交错均匀地布置在周边眼与掏槽眼之间。 

本工程Ⅱ、Ⅲ级围岩每循环断面炮眼数目N=228个。布置如下图：

周边眼

辅助眼

掏槽眼

图1炮眼布置示意图

7、起爆系统

根据施工现场情况复杂的特点，起爆材料采用塑料导爆管与非电毫秒雷管配合使用，它具有抗电、抗火、抗冲击性能好、起爆传爆性能稳定、弯曲性好、运输使用过程抗破坏能力强、使用方便、价格便宜等优点。本隧道钻爆开挖中的起爆系统：导火索—火雷管—导爆索—塑料导爆管—非电雷管—药包。

导火索是用来传递给火雷管，并使火雷管爆炸的传爆材料之一，导火索具有一定防潮耐水能力。

火雷管受导火索火花作用发生爆炸，火雷管受撞击，摩擦作用时能引起爆炸，在使用及运输时要特别注意

塑料导爆管是用来传递微弱给非电雷管，使之爆炸的传爆材料之一，是在聚乙烯塑料管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。

非电毫秒雷管常用的段别有1-20段，主要作用是能够保证炸药在不同的时段起爆。

导爆索是以单质猛烈炸药黑金或太铵作为索芯的传爆材料，它经雷管起爆后，可以把炮轰直接传炸药起爆，主要适用周边眼的爆破。

图2起爆系统网络图（数字为毫秒雷管段别）

A—导火索  B—火雷管  C—塑料导爆管  D—非电雷管  E—塑料导爆管  F—导爆索

8、装药结构

装药结构是指继爆药卷和起爆药卷在炮眼中的布置形式。按起爆药卷在炮眼中的位置和其中雷管的聚能穴方向可分正向装药和反向装药；按其连续性则可分为连续装药和间隔装药。如下图： 

图3 装药结构 

A-正向连续装药   B-反向连续装药

1—塑料导爆管  2—炮泥  3—炸药  4—非电毫秒雷管

     反向装药结构能提高炮眼利用率，减少瞎炮率，减少石渣块度，便于装渣运输，增强抛掷能力和降低炸药消耗量，炮眼越深时，反向装药结构的爆破效果越好。所以本隧道全断面光爆炮眼采用反向装药结构。由于掏槽眼和辅助眼单孔用药量大，采用大直径连续装药形式；而周边眼单孔用药量小，采用小药卷间隔装药，如图：

图4 周边眼的小药卷间隔装药

A—导爆索  B—炮泥  C--药包

9、起爆顺序及时差

除预裂爆破的周边眼是最先起爆外，在同一断面上起爆顺序是由内向外逐层起爆的，用毫秒雷管的不同延发时间（段别）来实现，各层（卷）炮间的起爆时差越小，爆破效果越好，而同圈炮必须同时起爆，尤其是掏槽眼和周边眼，我们采用间隔差为50-100ms。起爆顺序：掏槽眼--扩槽眼--内圈眼--底板眼--周边眼。

三、钻爆作业控制

1、作业人员

为了顺利优质高效地完成好本隧道，项目部挑选了施工经验丰富的专业隧道施工班组，对所有参与钻爆作业人员都根据钻爆设计书和施工图纸进行了岗前培训和详细的施工质量、安全技术交底，所有钻爆人员均持证上岗，并每季度组织现场能力考核，施工过程有技术人员全过程跟踪检查，保证了人员的素质、能力和工作质量。

2、钻眼质量控制

钻爆作业必须按设计进行钻眼、装药、接线和引爆。钻眼前首先确定开挖断面中线、水平线和轮廓线，标出炮眼位置，经检查合格后用风钻打眼，精度要有如下要求：

⑴掏槽眼深度误差+0.5%设计炮孔深度，其他钻孔深度误差+1.0%设计炮眼深度。

⑵周边眼间距误差不大于5cm，外斜率不大于5cm/m，眼底不超过轮廓线10 cm；掏槽眼眼口和眼底间距误差均不大于5cm；辅助眼眼口排距、行距误差不大于5cm；内圈眼到周边眼的排距误差不大于5cm。

⑶当开挖面凹凸较大时，应将孔位置敲平以免开钻时跑钻增大误差。还应根据实际调整炮眼深和药量，确保除掏槽眼外所有眼底在同一垂直面上。

钻眼后应检查并做好记录，不符合要重钻，合格后装药。

3、装药前应将炮眼泥浆、石屑吹洗干净，及时封堵炮眼。

4、开挖过程应监控爆破扰动深度及震动对周围结构物的影响，爆破后应检查开挖断面表面情况，如效果不好，应查明原因及时对设计进行调整。

5、钻爆机械设备应有专人保管，定期进行检查维修保养，操作人员应熟悉设备性能，持证操作，现场备足机械设备以免出现停工或超负荷运转情况。

6、爆破器材严格按火工材料管理规定由有资格的专业人员进行保管、运输和使用，爆破作业时划警戒线有安全员警戒，专业爆破作业员负责爆破。

以上是本人在施工过程中对隧道钻爆技术的一些体会，当今隧道的爆破技术已经很成熟，爆破的方式也很多，同时，隧道的地质也复杂多变，要根据不同情况，不同的地质，不断地调整爆破方式、参数以及火工材料，我们只要认真做好隧道开挖的钻爆组织设计和作业控制，遵循科学方法和客观规律，认真调查研究，不断总结，就可以优质高效地完成好隧道施工任务。

参考文献：1、《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）

          2、《公路隧道施工》       黄成光主编       人民交通出版社