隧道光面爆破周边眼水袋间隔装药施工技术

汶文钊

（中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710054）

随着铁路、公路交通的快速发展，隧道工程在交通工程中所占的比例越来越大，隧道施工的主要方法是采用钻爆法施工。光面爆破作为隧道新奥法施工的三大支柱之一，对隧道围岩的稳定、隧道的施工质量及施工成本的影响意义重大，而周边眼的装药结构形式是实现隧道光面爆破的关键，传统的隧道周边眼采用不耦合装药结构形式，隧道周边眼一般采用小直径专用光爆药卷连续装药、竹片导爆索周边眼间隔装药、周边眼聚能管装药等形式，这些装药结构形式在现场实施过程中存在诸多的问题，现场隧道施工中为了装药方便，较多地采用了标准药卷的连续装药结构形式，导致了隧道光面爆破的效果差，对隧道的施工安全、质量造成了很大的工程隐患，同时是隧道施工成本增加的主要因素。

1 隧道光面爆破周边眼的布置

1.1 隧道周边眼的工作原理

隧道爆破开挖是通过爆破在岩层形成一个圆顺的设计尺寸的隧道轮廓，其周边眼的爆破原理是爆破产生的爆轰波在较小间距的相邻周边眼之间形成贯通裂缝，从而把隧道地层爆破成设计的轮廓，隧道周边眼的间距一般较小，确保很小药量的炸药就可以形成爆破裂缝。周边眼炸药爆炸时，由于周边眼一般采用的不耦合装药，炸药爆破直接对接触的炮孔岩壁作用时，同时产生大量的高温高压气体，作用在整个炮孔上，炮孔中的空气可以缓冲减弱炸药对直接接触的岩壁的爆破作用，让产生的高温高压气体均匀地作用在整个炮孔壁上。间隔装药，可以把炸药量沿炮孔长度较均匀分布，即避免了炸药爆破能量集中到炸药位置，又避免爆破高能波在炮孔气体传播中过度衰减。在实施周边眼爆破时，周边眼的药量要尽可能的小，既要形成相邻炮孔之间贯通裂隙，又要对隧道周围岩体进行保护，减少震动，是一种减弱爆破。周边眼的装药不耦合系数越大，周边眼眼孔内的冲击波衰减越大，对周边岩体的破坏就越小。隧道光面爆破一般通过严格控制周边眼的间距、装药量及不耦合装药的形式实现周边眼的光面爆破。

1.2 周边眼的布设

隧道的周边眼一般布设在隧道开挖轮廓线上，采用较小的孔间距，周边眼偏离轮廓线的位置可根据围岩的软硬程度及外插角角度稍微进行调整，周边眼的间距一般和装药量的组合参数，通过隧道围岩的爆破裂缝试验或经验值选定，隧道爆破设计时，多采用经验值选定，见表1。光面爆破的周边眼的装药不耦合系数D（炮眼直径和药卷直径之比）在1.5～2范围时，药卷炸药爆破对周边眼孔壁的破坏较小，周边眼的爆破效果最好。

表1 光面爆破周边眼参数表

2 当前隧道光面爆破的周边眼的装药结构

2.1 常用的周边眼的装药结构

《客货共线铁路隧道施工技术规程》推荐的隧道光面爆破周边眼的装药结构有小直径及专用光爆药卷连续装药结构、间隔装药结构、空气柱状装药结构。小直径及专用光爆药卷采购困难，运输和储存也存在特殊要求，且装药时要求较高，现场很少采用；空气柱状装药结构现场操作时要求高，需要装入两段炮泥，炮泥装填控制难度大，现场爆破工很难做到位，现场也很少采用；间隔装药结构采用导爆索和竹片配合装药，需要在周边眼装药前把雷管和药卷按照一定间距绑在竹片和导爆索上，加工成串状药包结构，装药时把这个串状药包结构一起装入周边眼，引出起爆引线，并用炮泥堵塞。爆破工的工作时间加长，而且要准备和运输许多辅助材料，爆破工一般不积极采用。

2.2 周边眼聚能管装药结构

近年来施工现场出现了一种周边眼聚能爆破的装药结构，充分利用炸药聚能穴的聚能作用。周边眼装药采用的聚能管有对称的2个聚能槽，装药时让周边眼炸药的聚能槽方向朝向相邻周边眼，炸药爆炸时增大该方向的爆轰波的爆破能量，可以在小药量的作用下形成爆破裂缝，从而即能减少对爆破其它方向的爆破破坏震动，又可提高周边眼裂缝形成，提高光面爆破的效果。但该技术需要在现场提前把药卷切割开后装入聚能管，对药卷现场进行再加工，不符合《爆破安全规程》对炸药的安全管理的规定，同时增加了爆破工的工作时间，该方法采用专用的聚能管，施工成本高，在施工现场还属于试用阶段。

2.3 周边眼普通药卷连续装药结构

该装药结构形式采用和其它炮孔一样，把多个∅32mm的药卷连续装入炮眼，药量为周边孔的单孔装药量，然后采用非电毫秒雷管起爆。该装药结构不合理，不耦合系数小，爆破对孔壁的破坏较大，单孔的药量大部分集中在孔底，容易造成周边眼孔底一定长度过爆而形成超挖，而孔口段一定长度却形成欠挖，导致周边眼炮眼痕迹保留率很低，光面爆破效果差。但由于其装药工序简单，不需要使用其它辅助材料，装药时间短，在隧道现场对作业队伍管控能力比较弱的项目多采用这种装药结构形式，造成隧道光爆效果差，隧道超欠挖严重。

3 周边眼水袋间隔装药技术

3.1 周边眼水袋间隔装药结构原理

采用∅32mm的标准药卷进行装药，药卷和药卷之间采用水袋间隔，药卷之间的起爆连接采用导爆索连接起爆，对导爆索采购困难的施工项目，也可以采用每个装药节段采用一个雷管起爆的模式进行起爆。该装药工作和正常装药一样，不用增加额外工作及延长装药作业时间，可以把周边眼药量较均匀的间隔分布在炮孔内，药卷之间采用水袋进行间隔，避免了药量在孔内集中，同时炸药爆炸时，水袋中的水在爆破产生的高温高压气体的作用下气化，增加爆破气体的量，提高爆破气体成缝效应的同时，可以缓冲和降低爆破对炮孔的破坏。

3.2 周边眼水袋间隔装药技术的实施

3.2.1 周边眼装药量及装药节段的确定

隧道光面爆破的周边眼装药量比较小，一般先按照隧道的岩石类别、炮眼深度和装药集中度确定爆破设计的周边眼单孔药量和药卷个数，再根据药卷个数用水袋间隔成数个装药节段。

（1）根据围岩类别，由表1选取装药集中度，结合周边眼长度，确定周边眼单孔装药量。

（2）根据周边眼单孔装药量及∅32mm的标准药卷（直径∅32mm，长度200mm,重量200g），确定周边眼需要的∅32mm药卷的数量，不足一个整卷药量的可以把标准药卷切割相应的长度重量的药卷,把每卷药和其后跟随的水袋长度作为一个装药节段，根据炮孔深度把炮孔相应分成等长度的几个装药节段。

（3）根据周边眼炮孔的深度及装药节段数、堵塞长度，可以确定每个水袋的加工长度，水袋和炮泥一起提前在洞外加工好。为了现场装填炮孔方便，水袋一般加工成20～35cm长度。

（4）周边眼装药时，先装入带起爆雷管和导爆索的第1卷药，再装入水袋，再装入第2卷药、再装入水袋……，直到在孔口装入炮泥。装药时水袋的间隔个数应确保炸药均匀分布在炮孔内，同时导爆索和雷管引线应引出炮孔。

3.2.2 周边眼水袋间隔装药的应用实施

（1）以周边眼深度为2.4m为例。钻眼深度为该深度时，围岩一般较好，为中硬岩，围岩级别应为Ⅲ级，钻爆设计时按照表1装药集中度取为0.2kg/m,计算得出周边眼的单孔药量为0.48kg。如果按照标准药卷连续装药形式，就会造成炸药全部装到孔底48cm长度，炮孔其它长度没有炸药，爆破后，孔底段炮孔爆破严重，该段围岩过爆，容易超挖或掉块，孔口无炸药段出现欠爆而欠挖。采用水袋间隔装药结构时，单孔0.48kg的药量采用∅32mm的标准药卷（长度200mm,重量200g）时，为2个整卷药和半卷药（0.08kg），共3个装药节段。装药时，首先在孔底装入带起爆雷管和连接导爆索的第1卷，再装入3节水袋，再装入第2卷药，装入3节水袋后装入随后的半卷药，然后装入炮泥进行堵塞。水袋经提前计算并提前加工成长度26cm。这种的装药结构简单，和其它炮眼装药工艺一样，不需要增加装药作业时间，爆破工容易接受，药量沿炮孔分布均匀，可以有效利用周边眼的不耦合作用，可提高周边眼炮眼痕迹保留率，提高光爆效果，减少对围岩的破坏。

（2）以周边眼深度为4.0m为例。钻孔为该深度时，围岩一般为硬岩以上，围岩级别为Ⅱ级以上，钻爆设计时按照表1装药集中度取为0.30kg/m，计算得出周边眼的单孔药量为1.2kg。每个周边眼应该装6卷∅32mm的标准药卷（长度200mm,重量200g），即6个装药节段。采用连续装药结构时，炸药将全部集中在孔底1.2m范围内，造成光面爆破效果差，采用水袋间隔装药结构时，即在长度3.7m的周边眼装6卷药，其均匀分布在周边眼炮孔内。首先在在孔底装入带起爆雷管和连接导爆索的第1卷药，然后装入两节水袋(长度20cm)，再装入第2卷药，再装入两节水袋，……，直到孔口用炮泥堵塞。水袋根据计算提前加工成长度20cm，方便装填施工。周边眼水袋间隔装药示意图见图1。

图1 周边眼水袋间隔装药示意图

3.2.3 水袋间隔装药注意事项

（1）药卷尽量采用整卷药卷，需要切割时，最小切割药段不要小于50g（即∅32mm的药卷50mm），药卷太小装药时容易变形，并且不利于装药。周边眼只有1卷药时，采取孔底装药，再装入水袋，到孔口时装入炮泥。

（2）水袋的长度根据周边眼单孔药量和装药长度、药卷长度、装药节段提前计算，然后加工，水袋一般加工成直径∅25～30mm,长度20～35cm。

（3）装药时要确保导爆索和顺直，每段炸药都要和导爆索接触良好。对软弱围岩实施光面爆破时，周边眼药量计算时要考虑导爆索的药量。

4 结束语

隧道光面爆破周边眼采用水袋间隔装药结构，用水袋进行装药间隔，实现了标准药卷很简便的周边眼间隔装药形式，用导爆索连接的把炸药药卷均匀地分布在周边眼炮孔内，装药位置准确，可以提高光面爆破周边眼的炮眼痕迹保留率，提高隧道光面爆破效果。该装药结构施工工艺简单，所用辅助材料少，现场可操作性强，爆破工不用额外增加作业时间，结合当前隧道水压爆破技术，是最实用的一种光面爆破周边眼装药结构，具有广阔的应用前景。