丁漢堃，石磊，季青，賈景興

(北京中科力爆炸技術(shù)工程有限公司，北京 101318)

0 引言

隨著鐵路、公路、地鐵建設(shè)需要，隧道工程也日益增多。作為隧道施工第一步的隧洞開(kāi)鑿，雖然有各種方法，但其中人工爆破施工法仍在廣泛應(yīng)用。爆破法與其他方法比較有其明顯特點(diǎn)。爆破法適用于各種地質(zhì)條件、各種斷面形式以及各種開(kāi)挖方法。

人工爆破施工是隧道工程中最復(fù)雜、最重要的一道工序。爆破效果直接影響工程質(zhì)量與進(jìn)度。因此，爆破全過(guò)程的規(guī)范操作尤顯重要。

由于隧道工程所處環(huán)境艱苦，工期長(zhǎng)且每天的工序重復(fù)且繁瑣，作業(yè)人員難免在施工過(guò)程中產(chǎn)生煩躁情緒，以致發(fā)生粗化程序、忽略細(xì)節(jié)等不規(guī)范操作的情況。本文以“安全統(tǒng)技術(shù)、技術(shù)保安全、雙贏(yíng)出效果”為主線(xiàn)，針對(duì)隧道爆破人工作業(yè)時(shí)遇到的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析，從原理到措施為一線(xiàn)作業(yè)施工提供了具有可操作性的解決方案。

1 安全

1.1 炸藥雷管禁止同車(chē)運(yùn)輸

炸藥雷管絕對(duì)不能同車(chē)運(yùn)送，既使是一條炸藥、一發(fā)雷管也不行。爆破事故的發(fā)生大多數(shù)與不同爆炸物品同車(chē)運(yùn)輸有關(guān)。此條禁令雖然在“爆破安全規(guī)程”中有明確規(guī)定，但在實(shí)際爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)仍有發(fā)生。炸藥雷管同車(chē)運(yùn)輸會(huì)釀成重大爆破安全事故，應(yīng)嚴(yán)格禁止雷管炸藥同車(chē)運(yùn)輸，若現(xiàn)場(chǎng)存在該錯(cuò)誤行為的工作人員應(yīng)受到嚴(yán)厲懲罰。

1.2 電焊機(jī)和抽水機(jī)

爆破作業(yè)上道工序立拱架用的電焊機(jī)放在臺(tái)車(chē)上，在爆炸物品進(jìn)入掌子面前應(yīng)仔細(xì)檢查電焊機(jī)電源開(kāi)關(guān)是否關(guān)閉，電源線(xiàn)是否與配電箱斷開(kāi)并纏繞整齊。

遇到隧道地下水流出，爆炸物品進(jìn)場(chǎng)前一定要將作業(yè)面附近的抽水機(jī)斷電撤離。電焊機(jī)和抽水機(jī)的電壓電流足可以引爆雷管，堅(jiān)決不可以粗心大意。

1.3 炮棍

施工過(guò)程中常用塑料管充當(dāng)炮棍，炮棍在使用過(guò)程中前端極易破裂，繼續(xù)使用時(shí)，頭部裂縫極易夾住導(dǎo)爆管，雷管從炸藥中拉出，隨著炮棍反復(fù)搗擊摩擦，雷管存在可能爆炸的極大隱患。因此，裝藥前對(duì)炮棍要認(rèn)真檢查，將炮棍端頭破損處去掉，用絕緣膠布纏好，避免因炮棍搗擊引發(fā)意外。

1.4 渣土堆

掌子面的情況通常是爆后檢查的重點(diǎn)，往往忽略對(duì)渣土堆的檢查。越是不注意的地方就越可能出現(xiàn)差錯(cuò)。在渣土堆上時(shí)常能發(fā)現(xiàn)壓扁不成形的炸藥、斷續(xù)的導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管等，如被無(wú)關(guān)人員撿去可能造成麻煩。因此，要經(jīng)常派人對(duì)渣土堆進(jìn)行仔細(xì)檢查，收集殘留物并及時(shí)處理。

1.5 掌子面塌方征兆

塌方一般發(fā)生在掌子面打孔或裝藥區(qū)域，前上方尚未支拱襯砌，塌方落石迅速，人員躲閃不及，極易造成傷害。對(duì)掌子面部位是否發(fā)生塌方的可能性與規(guī)律進(jìn)行分析判斷，是防止塌方、保證施工安全的重要措施。

（1）巖層情況。沉積巖層呈軟硬夾層狀，層薄且裂縫多，并與洞中軸線(xiàn)呈垂直狀態(tài)。掌子面巖體呈碎石堆積狀。掌子面由巖石和土質(zhì)混合組成。

（2）爆破前后情況。掌子面未設(shè)置超前管架，且頂部超挖嚴(yán)重，時(shí)有落石。巖質(zhì)松散，打孔時(shí)易發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，孔徑自行擴(kuò)大，裝藥時(shí)易發(fā)生卡孔、斷接和無(wú)底洞等現(xiàn)象。邊孔爆破不留孔壁痕跡或是嚴(yán)重的凹凸不齊。

（3）掌子面及其附近現(xiàn)象。開(kāi)挖后頂部未支護(hù)部位圍巖掉塊不斷。掌子面突然涌水，或涌水壓力增大。巖石張開(kāi)裂隙明顯增大（肉眼可見(jiàn)增大）。掌子面及其附近巖石出現(xiàn)巖粉，突現(xiàn)塵土飛揚(yáng)。拱腳下沉顯著增大，承載力不足，預(yù)兆可能塌方。

2 鉆孔

實(shí)踐表明，爆破施工中鉆孔質(zhì)量是關(guān)鍵。對(duì)作業(yè)面狹窄的隧道爆破施工的鉆孔作業(yè)更顯重要。在施工中力求做到炮孔布局合理，傾角準(zhǔn)確，深度到位的技術(shù)要求。

隧道爆破采用多級(jí)復(fù)式楔形掏槽技術(shù)，其具有夾制小易成槽，利用率高進(jìn)尺大，布局簡(jiǎn)潔打孔易掌握等特點(diǎn)，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于隧道開(kāi)鑿施工。

2.1 掏槽孔參數(shù)

掏槽孔參數(shù)如圖1 所示。圖1 中，H為循環(huán)進(jìn)尺，m；α為掏槽孔與工作面夾角，（°）；l為孔深，m；B為孔口距離，m；b為孔底距離，m；l1為堵塞長(zhǎng)度，m；l2為裝藥長(zhǎng)度，m。

圖1 掏槽孔參數(shù)

2.2 鉆孔施工

掏槽孔與掌子面夾角為α，造成其后的輔助孔具有不均勻抵抗線(xiàn)現(xiàn)象。因此鉆孔時(shí)要將掏槽孔的孔底和孔口水平差值0.5B（）融到各排輔助孔的間隔中，使得每一側(cè)的各排炮孔傾斜角由α逐漸過(guò)渡到90°，做到各排炮孔的孔口和孔底的抵抗線(xiàn)都合理。避免局部炸不開(kāi)或留坎。

鉆孔的施工是利用全等三角形原理，如圖2 所示。選擇鉆桿長(zhǎng)度l=H/sinα。以進(jìn)尺H設(shè)計(jì)預(yù)定線(xiàn)。掏槽孔鉆桿鉆頭端定位在布孔點(diǎn)，另一端與預(yù)定線(xiàn)相較于A(yíng)點(diǎn)，以此開(kāi)始掏槽孔作業(yè)。輔助孔從A點(diǎn)以孔間距a向左量度與預(yù)定線(xiàn)相交于B點(diǎn)，鉆桿端由B點(diǎn)向右移a1距離至C點(diǎn)，即為輔助孔鉆孔起點(diǎn)。同理進(jìn)行其余輔助孔鉆孔，使增量合理分配到各排間隔中，a1，a2，…，0，一直到打成垂直孔。

圖2 鉆孔施工

3 裝藥

3.1 二架裝藥

二架裝藥主要問(wèn)題是藥包裝后隨手將導(dǎo)爆管下落到地面，與地面導(dǎo)爆管混在一起，尤其是在泥漿中，極易被踩踏，導(dǎo)致導(dǎo)爆管受損變形產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象。因此強(qiáng)調(diào)在二架裝藥作業(yè)時(shí)，一定要將導(dǎo)爆管在二架上捋順，待連線(xiàn)時(shí)一并放到地面。

3.2 底角孔

底角孔是指周邊孔最下端左右對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)邊角孔。底角孔的位置是支拱架的基點(diǎn)位置，非常重要。由于底角孔位于嚴(yán)重夾制區(qū)域，容易造成爆破不徹底，以致花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行二次爆破或者機(jī)械錘擊處理，大大延誤了拱架作業(yè)。因此在裝底角孔時(shí)要格外精心。一是要保證裝藥量充足，孔口留20～30 cm 進(jìn)行炮泥堵塞；二是裝兩發(fā)雷管，確保底角孔爆破充分；三是與底角孔相鄰的周邊孔、輔助孔和底孔也應(yīng)如上裝藥，為其開(kāi)創(chuàng)順暢的臨空面。

3.3 雷管方向

藥包裝到炮孔中，雷管聚能穴朝向孔底則稱(chēng)順孔安裝，雷管聚能穴朝向孔口則稱(chēng)反向安裝。兩種安裝方式各有其特點(diǎn)。巖石碎裂成孔困難的炮孔易發(fā)生卡孔，宜采取順管裝藥，在處理卡孔時(shí)雷管容易取出。在制做順管藥包時(shí)盡量將雷管從條藥的一端深入到另一端，在后續(xù)裝藥時(shí)隨即壓實(shí)，以免連線(xiàn)時(shí)將雷管拉出。

3.4 藥包位置

炮孔底部有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘留炸藥，發(fā)生這種情況要從3 個(gè)方面考慮產(chǎn)生原因。

（1）炸藥的爆轟長(zhǎng)度受到小藥卷直徑的限制，依據(jù)參考文獻(xiàn)[1]顯示，藥卷直徑為32 mm 的巖石硝銨炸藥，一發(fā)雷管只能引爆6～7 根藥卷，最大傳爆長(zhǎng)度為1.5～2 m。

（2）管道效應(yīng)。小直徑水平孔用小藥卷形成的徑向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生管道效應(yīng)，影響了炸藥爆轟傳播距離。

文獻(xiàn)[3]顯示，塑料管和鋼管里乳化炸藥爆炸，測(cè)得管道效應(yīng)的傳爆長(zhǎng)度見(jiàn)表1。

表1 管道效應(yīng)傳爆長(zhǎng)度

（3）鈍化作用。由于炮孔位置、地質(zhì)構(gòu)造和巖性影響，先爆孔擠壓后爆孔，光面炮孔有時(shí)被前段輔助孔爆破后擠壓，易造成孔內(nèi)炸藥鈍化出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。

依據(jù)以上炸藥殘留原因分析，改進(jìn)了施工操作方法，使得炸藥殘留現(xiàn)象大為改善。

（1）在目前一個(gè)炮孔裝一發(fā)雷管的前提下。將雷管裝在裝藥長(zhǎng)度中間偏底的位置。若孔內(nèi)可以裝兩發(fā)雷管更好。

（2）用塑料藥卷裝藥時(shí)，將藥卷扎一小孔，孔內(nèi)壓實(shí)，流出炸藥充實(shí)管道空隙，消除管道效應(yīng)，紙質(zhì)藥卷容易裝成耦合結(jié)構(gòu)。

（3）控制調(diào)整炮孔間距，尤其是孔底位置間距過(guò)大或者過(guò)小。

4 連線(xiàn)

4.1 導(dǎo)爆管檢查

對(duì)雷管底部導(dǎo)爆管的檢查非常重要，檢查過(guò)程中時(shí)常發(fā)現(xiàn)導(dǎo)爆管內(nèi)有氣孔、結(jié)節(jié)或者折損等存在，阻斷了爆轟波正常傳播造成啞炮，遇到這種情況應(yīng)剪掉或銷(xiāo)毀處理。

4.2 遺漏雷管連接

在連接雷管時(shí)，偶爾有遺漏雷管未連接，這時(shí)要將已連接成“把”的導(dǎo)爆管束徹底解開(kāi)，將遺漏的雷管腳線(xiàn)并入其中重新纏繞膠布。不能未徹底解開(kāi)“把”就隔著膠布將遺漏導(dǎo)爆管纏繞膠布。這種操作在外觀(guān)上很難發(fā)現(xiàn)，完全是憑作業(yè)人員的責(zé)任心。在解膠布用刀挑割時(shí)，千萬(wàn)注意不能割傷導(dǎo)爆管。

4.3 上道和下道

上道和下道同次作業(yè)時(shí)，在分段連線(xiàn)時(shí)嚴(yán)格遵守上道掌子面先起爆，下道后起爆的原則，否則下道爆破振動(dòng)飛石以及可能引發(fā)的上道落石將爆破網(wǎng)路砸斷，上道炮孔多，網(wǎng)路復(fù)雜處理困難。

5 光面爆破

5.1 光面孔抵抗線(xiàn)

爆后檢查有時(shí)發(fā)現(xiàn)存在光面孔零散破壞，導(dǎo)爆索垂落，炸藥未爆現(xiàn)象。分析上述原因，是因?yàn)楣獗妆磺岸屋o助孔爆破拉壞所致，一是采取了增加光爆孔和輔助孔距離改進(jìn)措施，也就是以W光=（1.2～1.5）a光調(diào)整光爆孔的抵抗線(xiàn)W光。第二個(gè)改進(jìn)措施就是光爆孔和前排輔助孔同段起爆。改進(jìn)措施實(shí)施后改善了上述不良現(xiàn)象。

5.2 導(dǎo)爆索接法

光面爆破另一個(gè)問(wèn)題是導(dǎo)爆索有間斷未爆現(xiàn)象，這和導(dǎo)爆索接法有關(guān)，隧道爆破常用的3 種導(dǎo)爆索接法介紹如下。

（1）搭接。導(dǎo)爆索主線(xiàn)和各孔支線(xiàn)以進(jìn)炮孔一個(gè)方向順勢(shì)連接，雷管以聚能穴朝孔的方向即正向與導(dǎo)爆索連接，在實(shí)際操作時(shí)要避免以下錯(cuò)誤連接。如圖3 所示。圖3（a）為正確連接方式，圖3（b）～（e）為錯(cuò)誤連接方式。

圖3 導(dǎo)爆索搭接方式

（2）“一把抓”連接。將孔口導(dǎo)爆索若干條組成“把”再接上雷管，扭緊成辮，不能松散；尾部在單條導(dǎo)爆索上接正向雷管。如果在“把”的中間位置安裝雷管，則不易貼實(shí)，影響傳爆，如圖4所示。

圖4 導(dǎo)爆索“大把抓”連接方式

（3）打結(jié)連接。主線(xiàn)導(dǎo)爆索與各孔支線(xiàn)導(dǎo)爆索打結(jié)相連，并在若干炮孔內(nèi)放置起爆藥包，孔內(nèi)雷管做常規(guī)連接，如圖5 所示。

圖5 導(dǎo)爆索打結(jié)連接方式

6 數(shù)碼電子雷管的應(yīng)用

數(shù)碼電子雷管除具有其他雷管性能外，還獨(dú)特具有以下兩個(gè)特性。對(duì)起爆周密的受控性和對(duì)延期時(shí)間選擇設(shè)定的靈活性。為爆破安全，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)爆破參數(shù)以及開(kāi)拓爆破新技術(shù)等提供了有利的技術(shù)支持。

數(shù)碼電子雷管在爆破施工中，采用兩種方法操作實(shí)施，即“先入孔后分段”和“先分段后入孔”。隧道爆破掌子面炮孔繁多，雷管段位繁多且每一循環(huán)布局不盡相同。采取“先分段后入孔”操作更能適應(yīng)掌子面爆破網(wǎng)路這些特點(diǎn)。在各平臺(tái)作業(yè)人員相對(duì)固定，對(duì)其分段的炮孔相對(duì)熟悉，對(duì)已經(jīng)分段的雷管入孔操作更為順手。實(shí)踐證明，這種方法具有分段簡(jiǎn)明，裝孔準(zhǔn)確，程序操作快速等特點(diǎn)。

7 結(jié)論

本文以“細(xì)節(jié)決定成敗”的理念出發(fā)，從安全、鉆孔、裝藥、連線(xiàn)以及光面爆破方面，對(duì)隧道人工爆破施工出現(xiàn)的細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析，闡述了其中道理并制定了改進(jìn)措施，既保證了爆破安全又改善了爆破質(zhì)量。研究成果對(duì)爆破開(kāi)鑿隧道提供參考依據(jù)。