钻眼爆破施工技术在隧道施工中的应用

2011-08-15贾红飞

山西建筑 2011年36期

关键词：钻眼光面炮眼

贾红飞

0 引言

钻眼爆破技术是隧道施工最常用的爆破技术，在Ⅰ级～Ⅲ级围岩隧道施工中，钻眼爆破的效果直接影响到工程的质量、进度及效益，掌握钻眼爆破的施工技术，在隧道施工中发挥极其重要作用。

1 钻眼爆破掘进施工技术要点

1.1 钻眼机具

隧道工程中常使用的凿岩机有风动凿岩机和液压凿岩机。另有电动凿岩机和内燃凿岩机，但较少采用。其工作原理都是利用镶嵌在钻头体前端的凿刃反复冲击并转动破碎岩石而成孔。有的可通过调节冲击功大小和转动速度以适应不同硬度的石质，达到最佳成孔效果。

1.2 炮眼布置和周边眼的控制爆破

掘进工作面的炮眼可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。

1.2.1 掏槽眼布置

掏槽眼的作用是将开挖面上某一部位的岩石掏出一个槽，以形成新的临空面，为其他炮眼的爆破创造有利条件。掏槽眼一般要比其他炮眼深10 cm～20 cm，以保证爆破后开挖深度一致。

根据坑道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼排列形式有很多种，总体可分成斜眼掏槽眼和直眼掏槽眼两大类。

1)斜眼掏槽。

其特点是掏槽眼与开挖面斜交。常用的有锥形掏槽，楔形掏槽，单向掏槽，其中最常用的是竖楔形掏槽。斜眼掏槽的优点是可以按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，容易把岩石抛出，而且所需掏槽眼的个数较少。缺点是眼深受坑道断面尺寸的限制，也不便于多台钻机同时凿岩。

为了防止相邻炮眼或相对炮眼之间的殉爆，装药炮眼之间的距离不能小于20 cm。

2)直眼掏槽。

直眼掏槽可以实行多机凿岩、钻眼机械和深眼爆破，从而为加快掘进速度提供了有利条件，直眼掏槽凿岩作业比较方便，不需随循环进尺的改变而变化掏槽形式，仅需改变炮眼深度;而斜眼掏槽则要随循环进尺的不同而改变炮眼位置和角度。直眼掏槽石碴抛掷距离也可缩短，所以目前现场多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼数目和单位用药量要增多，炮眼位置和钻眼方向也要求高度准确，才能保证良好的掏槽效果，技术比较复杂。

实践证明，直眼掏槽的爆破效果与临空孔的数目、直径及其与装药的距离密切相关。在硬岩爆破中，效果随空眼至装药眼中心距离W与空眼直径φ的比值而有很大变化。如W＞2φ，爆破后岩石仅产生塑性变形，而不能产生真正的破碎;W=0.7φ～1.5φ之间时效果最好，为破碎抛掷型掏槽;眼距过小时，爆炸作用有时会将相邻炮眼中的炸药(主要指粉状硝铵类炸药)“挤实”，使之因密度过高而拒爆。为保证空眼所形成的空间足够供岩石膨胀，在考虑临空孔数目时，一般要求所形成的空间不小于装药眼至空眼间的岩柱体积的10%～20%。

1.2.2 辅助眼布置

辅助眼的作用是进一步扩大掏槽体积和增大爆破量，并为周边眼创造有利的爆破条件。其布置主要是解决间距和最小抵抗限问题，这可以由工地经验决定。最小抵抗限约为炮眼间距的60%～80%。

1.2.3 周边眼布置

周边眼的作用是爆破后使坑道断面达到设计的形状和规格。周边眼原则上沿着设计轮廓均匀布置，间距和最小抵抗限应比辅助眼的小，以便爆出较为平顺的轮廓。眼口距设计轮廓线约0.1 m ～0.2 m，便于钻眼。

周边眼的底端，对于松软岩层应放在设计轮廓线以内，对于中硬岩层可放在设计轮廓线上，对于坚硬岩层则应略超出设计轮廓线外。为了避免欠挖，底板眼底端一般都超出设计轮廓线。

1.2.4 周边眼的控制爆破

在隧道爆破施工中，首要的要求是炮眼利用率高，开挖轮廓及尺寸准确，对围岩震动小。按通常的周边炮眼布置，若全断面一次开挖，常常难以爆破出理想的设计断面，对围岩扰动又大。采用光面爆破与预裂爆破技术，可以控制爆破轮廓，尽量保持围岩稳定。

2 光面爆破的特点

光面爆破是指爆破后断面轮廓整齐，超挖和欠挖符合规定要求的爆破，其主要标准是:

1)开挖轮廓成型规则，岩面平整;

2)岩面上保存50%以上孔痕，且无明显的爆破裂缝;

3)爆破后围岩壁上无危石。

隧道施工中采用光面爆破，对围岩的扰动比较轻微，围岩松弛带的范围只有普通爆破法的1/9～1/2;大大地减少了超欠挖量，节约了大量的混凝土和回填片石，加快了施工的进度;围岩壁面平整、危石少，减轻了应力集中现象，避免局部塌落，增进了施工安全，并为喷锚支护创造了条件。

3 光面爆破的主要参数及技术措施

确定合理的光面爆破参数是获得良好的光面爆破效果的重要保证。光面爆破的主要参数包括周边眼的间距、光面爆破层的厚度、周边眼密集系数、周边眼的线装药密度等。影响光面爆破参数选择的因素很多，主要有岩石的爆破性能、炸药品种、一次爆破的断面大小及形状等，其中影响最大的是地质条件。光面爆破参数的选择，目前还缺乏一定的理论公式，多是采用经验方法。为了获得良好的光面爆破效果，可采取以下措施:

1)适当加密周边眼。

周边眼孔距适当缩小，可以控制爆破轮廓，避免超欠挖，又不致过大地增加钻眼工作量。孔间距的大小与岩石性质、炸药种类、炮眼直径有关，一般为E=(8－18)d;E为孔距;d为炮眼直径。一般情况下，坚硬或破碎的岩石宜取小值，软质或完整的岩石宜取大值。

2)合理确定光面爆破层厚度。

所谓光面爆破层就是周边眼与最外层辅助眼之间的一圈岩石层。光面爆破层厚度就是周边眼的最小抵抗线。周边眼的间距E与光面爆破层厚度W有着密切关系，通常以周边眼密集系数K表示为K=E/W。必须使应力波在两相邻炮眼间的传播距离小于应力波至临空面的传播距离，即E＜W。所以K是小于1的变量，根据国内外大量工程实践的经验，取K=0.8左右，光面爆破层厚度W一般取50 cm～90 cm。

3)合理用药。

用于光面爆破的炸药宜采用低猛度、低爆速、传爆性能好的炸药，在炮眼底部，为了克服眼底岩石的夹制作用，应改用高爆速炸药。周边眼的装药量是光面爆破参数中最重要的一个参数，通常以线装药密度表示。线装药密度是指炮眼中间正常装药段每米长的装药量。恰当的装药量应是既要具有破岩所需的应力能，又不造成围岩的破坏，施工中应根据孔距、光面爆破厚度、石质及炸药种类等综合考虑确定装药量。

4)采用小直径药卷不耦合装药结构。

在装药结构上，宜采用比炮眼直径小的小直径药卷连续或间隔装药;此时，药卷与炮眼壁间留有空隙，称之为不耦合装药结构。炮眼直径与药卷直径之比称为耦合系数。光面爆破的不耦合系数最好大于2，但药卷直径不应小于该炸药的临界直径，以保证稳定起爆。当采用间隔装药时，相邻炮眼所用药串的药卷位置应错开，以便充分利用炸药效能。

5)保证光面爆破眼同时起爆。

据测定，各炮眼的起爆时差超过0.1 s时，就同于单个炮眼爆破。使用即发雷管与导爆索起爆是保证光面爆破眼同时起爆的好方法，同段毫秒雷管起爆次之。

6)要为周边眼光面爆破创造临空面。

这可以在开挖程序和起爆程序上予以保证，并应注意不要使先爆落的石碴堵死周边眼的临空面。一个均匀的光面爆破层是有效地实现光面爆破的重要一环，应对靠近光面爆破层的辅助眼的布置和装药量给予特殊注意。