电子-导爆管雷管混合起爆网路在隧道爆破中的应用

薛　里，孟海利(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京　100081)



电子-导爆管雷管混合起爆网路在隧道爆破中的应用

薛里，孟海利
(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)

摘要:随着电子雷管的普及，其减振优势已得到普遍认可。由于单价较高且在隧道工程爆破中使用量较大，其在工程成本控制上不具有优势。本文根据隧道爆破振动的特点，提出了2种形式的电子-导爆管雷管混合起爆网路，分别为分区混合起爆网路和孔内非电、孔外电子雷管接力混合起爆网路，并在3种不同类型的工程中得到了成功应用，有效地控制了爆破振动，降低了施工成本。在工程应用的基础上，对比分析了2种混合起爆网路的优缺点，可为类似工程的应用提供参考。

关键词:电子雷管导爆管雷管混合起爆网路隧道爆破

电子雷管是一种可以任意设定并准确实现延期发火时间的新型电雷管。其采用一个微电子芯片取代普通电雷管中的化学延期药与电点火元件，不仅大大地提高了延时精度，而且控制了通往引火头的电源，从而保证了雷管的安全［1］，是近年来起爆器材领域里新进展之一［2］。国内外众多应用实践表明，使用电子雷管可以降低振动30%～60%，同时具有很高的安全性。由于电子雷管价格较高，特别是在隧道爆破时，一个断面往往需要上百发电子雷管，会显著增加施工成本，因此，目前国内只在一些环境比较复杂，对振动控制要求高的工程中使用。

本文依据隧道爆破振动特点，提出了电子-导爆管雷管混合起爆的方式。这种方式在多个工程中得到成功应用，高效降振的同时降低了工程成本。

1　混合起爆网路形式

已往大量的测试数据表明，隧道爆破振动最大振速出现在掏槽处，之后随着自由面的增多，药包受夹制作用减小，产生的振动随之减小，到周边孔时，产生的振动已远低于当次爆破的最大振速，因此对振动的控制主要是对掏槽孔爆破振动的控制［3-5］。一般对掏槽孔通过逐孔起爆，降低单响最大药量以达到干扰减振的目的。掏槽形成后，后面的作用炮孔则可按常规爆破方式进行。根据电子雷管和非电雷管的延期特性，本文中设计了2种形式的延期起爆网路:①分区混合起爆网路，在比较重要的区域用电子雷管逐孔起爆，在次重要区域用非电导爆管雷管分段起爆;②孔内非电、孔外电子雷管延期接力混合起爆网路，孔内装不同段别的非电导爆管雷管，孔外用电子雷管接力起爆，从而实现控制单响药量的目的。2种网路形式各有特点，下面结合不同的工程分别论述。

2　分区混合起爆网路及应用

这种方式的主要特点是在需要重点控制的孔外采用电子雷管逐孔起爆，其余孔外采用非电导爆管雷管，通过合理的时间延期和网络连接，实现开挖断面一次起爆。这种方法在深圳地铁11号线和成渝客专新红岩隧道中应用，取得了很好的减振效果。

2.1在深圳地铁11号线的应用

深圳地铁11号线福永站—桥头站地下区间矿山法施工隧道下穿宝安大道与福海大道交叉口，分左右线。隧道起止里程为ZDK37 + 893.5—ZDK38 + 045.112，长度为151.612 m。隧道净距6.4～8.8 m，拱顶埋深6.5～10.1 m。洞身均为微风化变粒岩，围岩分级为Ⅲ级。隧道下穿污水管和雨水箱涵，拱顶距箱涵底距离为4.7 m，且线路西侧30 m有一条1.6 MPa次高压燃气管，隧道爆破施工不仅要考虑次高压燃气管对爆破振动的控制要求，还要考虑小净距浅埋隧道下穿交通繁忙路段对爆破施工的安全要求［6-7］，要求爆破振速≤2 cm/s。前20 m采用全电子雷管起爆，实现了振动控制要求，最大振速不超过1 cm/s，但施工成本太高，因此在分析前面振动数据的基础上提出了混合起爆网路的方案，并以小循环进尺进行了试验。

隧道采用上下台阶法分步开挖，上台阶共计67个炮孔，掏槽孔深度2.5 m，扩槽孔深度2.0 m，辅助孔、周边孔和底板孔深度1.5 m。总装药量48 kg，爆破方量20 m3，炸药单耗2.4 kg/m3。一级掏槽孔采用电子雷管，其他孔采用非电毫秒雷管，电子雷管延时间隔为5 ms，其他孔的爆破参数见表1，起爆顺序见图1。外部的非电导爆管雷管每10根为1簇，用1发电子雷管引爆，延时间隔均设置为0。上台阶爆破混合网络连接现场见图2。

表1　爆破参数

图1　孔位布置及起爆顺序

图2　上台阶爆破混合网络连接现场

采用该方案后，实测最大振速为1.42 cm/s，出现在辅助掏槽孔段，＜2 cm/s，说明该方案能够满足工程要求。

2.2在成渝客专新红岩隧道中的应用

新红岩隧道位于成渝客专沙坪坝—菜园坝区间，穿越重庆市沙坪坝区和渝中区2大主城区，上方构筑物密布，埋深浅，环境敏感段长达1 340 m。其中GDK297 + 725—GDK298 + 350段长625 m，埋深45～75 m。该隧道穿越滑坡地质灾害带，地表房屋密集、破旧、年久失修，须严格控制爆破振动，要求振速≤1 cm/s。出于降低施工成本考虑，将全电子雷管起爆的改进为电子-非电混合起爆网路，在隧道爆破产生振动最大的掏槽部位采用电子雷管降振，压顶及周边孔采用高段位非电雷管，炮眼布置见图3，爆破参数见表2。掏槽孔、扩槽孔、辅助孔使用电子雷管，二圈眼、底板孔和周边孔使用普通毫秒雷管，电子雷管的延时间隔和非电雷管的段别如图3所示。非电毫秒雷管分为8个区，利用8发延时为0的电子雷管分别将每个区域的普通毫秒雷管接入电子雷管起爆网络，最终达到同时起爆的目的。

图3　电子雷管与非电雷管混合网路示意

表2　电子雷管与普通毫秒雷管混合爆破参数

此方案单循环消耗普通毫秒雷管66发，电子雷管43发，节省电子雷管60%，单循环消耗炸药45.6 kg。利用此方案在隧道小里程方向共进行了9个循环开挖试验，在进尺1 m的情况下最大振速为0.96 cm/s，符合规范要求，进尺2 m时最大振速为1.34 cm/s，超出规范要求，因此采用此种网路1 m的循环进尺能满足工程要求，且可大幅减少电子雷管的使用量，降低工程成本。

分区混合起爆网路适合于全断面或上台阶一次起爆的情况，其设计原则是最先响的导爆管雷管的延时间隔大于最后一响电子雷管的延时间隔50 ms以上，导爆管雷管用电子雷管引爆，延时间隔均等于孔内第一响电子雷管的延时间隔。这样可以保证网络安全和爆破效果。

3　孔内非电、孔外电子雷管混合起爆网路及应用

这种方法是在孔内全部装非电导爆管雷管，在孔外用电子雷管延时起爆，综合利用2种雷管的延时时差叠加，最终达到更精确的毫秒延时起爆，从而降低爆破振动。在贵阳北京东路一隧道爆破中尝试了这种方法，达到了良好的应用效果。该隧道位于城区，全长745 m，地面建筑物密集，下穿贵开路安置房、贵乌变电站、金狮小区等建筑物密集区，且隧道埋深只有5～20 m，隧道爆破振速控制精度要求高，爆破难度大［8］。隧道单洞净高8.01 m，净宽14.79 m，断面面积171 m2，设计采用微台阶预留核心土弧形导坑法分6步开挖，开挖步序及炮孔布置见图4。开挖断面的周边采用光面爆破，并在炮眼间设置1～2个空孔，既可控制超欠挖，确保围岩自身稳定，又起到减振的作用。

由于采用微台阶预留核心土弧形导坑法施工，只在第1步上台阶核心土环形开挖时有掏槽孔，因此上台阶开挖的振动控制也是网络设计的关键。前期采用全电子雷管逐孔爆破方式，达到很好的干扰减振效果。之后出于降低施工成本考虑，尝试使用了导爆管雷管和电子雷管联合降振起爆技术。

掏槽孔混合起爆网路有2种形式:①如图5(a)所示，孔内两侧对称装2，4，6，8段非电雷管，2个雷管脚线集成1簇，用电子雷管引爆，电子雷管延时间隔分别为5，15 ms，这样相当于每侧逐排起爆，同时两侧相差10 ms。②如图5(b)所示，孔内装2，4，6，8段非电雷管，孔外每1横排雷管脚线集成1簇，用电子雷管引爆，电子雷管延时间隔也分别为5，15 ms，这样相当于两侧掏槽孔对称起爆，每次起爆2个孔。通过这2种形式，整体为2孔一响，既可以保证掏槽、降振效果，又可大幅节省电子雷管的使用量。

对于其余开挖部位，也可以采用这种电子-导爆管雷管混合式网路。下面以第4开挖步为例加以说明。在孔内装非电雷管，从上往下分别为3，5，7，9和10段。孔外以中间对称左右两侧各排的雷管脚线集成1簇，用电子雷管引爆，电子雷管延时间隔从中间往两侧分别为5，10，15和20 ms，见图6。这种起爆网路和全电子雷管起爆网路相比，由逐孔起爆变为了2 孔1响。由于这部分爆破时已有自由面，一次振动稍有所增加，但未超过振动控制标准，爆破效果良好。

这种网路的设计原则是孔内第1发非电雷管起爆之前，孔外的电子雷管要全部起爆，以保证网路的安全。使用此种网路后，显著减少了电子雷管的使用量，且达到了高精度毫秒延时起爆的减振效果。这种方式的混合起爆网路适用于多种爆破工况以及分步开挖中的各个部位，在具体的工程应用中，需要根据实际情况来计算并确定孔内雷管段数和孔外延时间隔。

图4　微台阶法施工开挖步序及炮孔布置(尺寸单位:cm)

图5　掏槽孔混合起爆网路示意

图6　第4开挖步电子-导爆管雷管混合起爆网路示意

4　结论

通过2种形式混合起爆网路在3个不同工程中的成功应用，可以得出以下结论:

1)在隧道爆破中，采用电子-导爆管雷管混合起爆网路可以达到很好的减振效果，同时能节省电子雷管50%～80%，成本优势明显。

2)分区混合起爆网路形式和孔内非电、孔外电子雷管混合起爆网路2种形式各有特点。前一种网路相对简单，便于设计和操作，但减振效果弱于后一种;后一种网路设计需要反复计算，现场操作稍复杂，但减振效果相对较明显，更具成本优势。

参考文献

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(责任审编李付军)

Application of Hybrid Detonating Circuit of Electronic and Non-electronic Detonators in Tunnel Blasting Construction

XUE Li，MENG Haili

(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:W ith the popularization of the electronic detonator，its advantage of vibration reduction has been widely recognized.Because of its high unit price and large consumption in tunnel blasting，using electronic detonators is disadvantageous for engineering cost control.According to the characteristics of tunnel blasting vibration，two types of hybrid igniting circuits of electronic and non-electronic detonator were put forward.One was the sub-region mixed initiating circuit，the other was the mixed initiating circuit of the internal non-electronic and external electronic relay mixed.T hese two types of hybrid igniting circuits had been successfully applied in three different types of projects，the engineering blasting vibration was effectively controlled，and engineering construction cost was reduced.On the basis of engineering application，the advantages and disadvantages of two types of mixed initiating circuits were compared and analyzed，which could provide reference for the application of similar projects.

Key words:Electronic detonator;Non-electronic detonator;Hybrid igniting circuit;T unnel blasting

作者简介:薛里(1983—)，男，副研究员，博士。

基金项目:中国铁道科学研究院基金(2014YJ028)

收稿日期:2015-09-21;修回日期:2015-10-29

文章编号:1003-1995(2016)03-0070-05

中图分类号:U455.6

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.17