钻眼爆破法在隧道工程中的应用

(成都理工大学 四川 成都 610059)

钻爆法也称钻孔爆破法，是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法。最原始的岩石破碎是先用锤击岩石，然后根据热胀冷缩的原理，用木材烧热岩石，随后再用冷水浇淋，造成岩石碎裂。随着黑火药在军事上的发展使用，1627年Kasper Weinde首先在匈牙利使用黑火药进行了矿山岩石巷道的爆破，爆破法第1次应用于隧道工程施工[1]。1863年意大利Sommineller发明了风动凿岩机，使隧道钻爆技术产生了巨大的突破。经过100多年的发展，钻爆法的施工方法得到了迅猛发展，先后出现了喷锚支护、控制爆破、新奥法等技术，使得隧洞施工迈向全断面、大断面、机械化、高效率的发展方向。

一、钻眼爆破法作业

(一)钻眼爆破的要求。炮眼利用率要高，炸药和雷管的消耗量要低；断面形状尺寸符合设计要求；岩石块度大小适中，便于装岩；掘进速度快，钻眼工作量小；爆破效果好，表面平整，超欠挖符合要求，对围岩的震动破坏小。

(二)钻眼机具。钻头和钎杆是凿岩的基本工具，其作用是传递冲击功和破碎岩石。在岩石上钻眼时，常采用冲击式凿岩；在煤层上钻眼时，常采用旋转式凿岩。凿岩机是用于开挖地下工程的钻眼设备，凿岩台车是将一台或多台液压凿岩机连同推进装置安装在钻臂导轨上，并配以行走机构，使凿岩作业实现机械化的施工设备。

(三)掏槽爆破技术

1、炮眼的种类及作用。掘进工作面的炮眼，按用途和位置的不同分为掏槽眼，周边眼，辅助眼。掏槽眼是将工作面上某一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上崩出第二个自由面，为其他炮眼爆破创造有利的条件。辅助眼是大量崩落岩石和进一步扩大掏槽的炮眼，又称崩落眼。周边眼是爆破巷道周边岩石，形成巷道设计轮廓断面的炮眼。

2、炮眼布置原则。(1)先选择掏槽方式和确定掏槽眼位置，然后布置周边眼，最后布置崩落眼。(2)掏槽眼通常布置在工作面的中央偏下，同时应考虑崩落眼的布置和减少崩坏支护结构或施工设施的可能。掏槽眼的深度应比其他炮眼深10%～20%。(3)周边眼布置在巷道断面的轮廓线上，且通常向外(或向上)偏斜一定角度。周边眼的深度不应大于崩落眼。(4)崩落眼应分层均匀布置在掏槽眼和周边眼之间。

3、掏槽方式。目前常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。斜眼掏槽是巷道掘进中最常见的掏槽方式，其特点是炮眼与工作面斜交，常用的斜眼掏槽方式有单向、多向(楔形)、多向(锥形)。直眼掏槽是指所有掏槽眼都垂直于工作面，且互相平行，炮眼间距小，并留有不装药的空眼。在断面较大、岩石较硬的巷道掘进爆破中，为确保掏槽效果，加大槽腔深度和体积，可采用混合掏槽。

4、钻眼爆破参数。钻眼爆破参数包括炸药消耗量、炮眼数目、炮眼深度、炮眼直径与装药直径等。炸药消耗量包括单位消耗量和总消耗量，是影响爆破效果好坏的重要因素；炮眼数目应当保证有较高的爆破效率，即炮眼利用率在90%以上，爆下的岩块和爆破后的巷道轮廓，均能符合施工和设计要求；炮眼深度是指炮眼眼底至临空面的垂直距离，合理的炮眼深度应能保证每班完成整循环和实现正规循环作业；炮眼直径与装药直径一般根据钻头直径和药卷直径确定。

二、光面爆破技术

(一)光面爆破技术理论。光面爆破是通过正确确定周边眼的爆破参数和施工方法，先爆除主体开挖部位的岩体，再起爆布置在设计轮廓线上的周边眼，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种爆破技术。光面爆破通过沿隧道设计轮廓线布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，采用不耦合装药，同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，使爆破面沿周边眼崩落出来，达到周边光滑的效果。

(二)光面爆破技术的应用优势。光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之一。其显著优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，充分发挥围岩的自承作用，更有利于施工人员进行安全施工，确保施工安全，同时又能减少超、欠挖，提高工程质量和效率，节约成本。

(三)光面爆破施工原则。首先，要合理布置隧道中的炮眼；其次，为了提高隧道爆破的效果，工作人员应适当优化爆破参数；再次，在爆破过程中，工作人员要加强对开挖轮廓的控制；最后，施工人员要保证施工过程中自身的安全，然后在此基础上加快施工速度，保证施工任务按时按质完成。

(四)光面爆破参数的确定。光面爆破成功与否主要取决于周边眼的爆破参数的确定，主要包括周边眼间距、最小抵抗线、炮眼密集系数和装药量等。不同的因素对隧道爆破效果有不同的影响，如设计人员对于炮眼直径的选择直接影响着隧道的施工速度及施工造价。因此，在确定爆破参数时，设计人员应结合隧道的岩层情况来选择恰当的数值[2]。

(五)光面爆破技术措施及质量控制。为了获得良好的光面爆破效果，可采取以下技术措施：(1)使用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药。(2)采用不偶合装药结构。(3)严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面。周边眼应尽量做到同时起爆。(4)采取一些特殊的措施和新技术。

质量要求一般应达到三条标准：爆破开挖轮廓线上，岩石上留下具有均匀眼痕的周边眼数应不少于周边眼总数的50%；超挖尺寸不得大于150mm，欠挖不得超过质量标准规定；岩石上不应有明显的炮震裂缝。

三、爆破安全注意事项

爆破施工由于所使用的材料都是危险品，容易爆炸，这些材料在爆破时具有很大的破坏力，施工的地点往往又是悬崖陡壁，因此思想上稍有麻痹大意，很容易发生伤亡事故，所以在爆破作业中，必须充分重视安全工作，要加强对作业人员的思想教育和技术安全教育，建立一定的制度，做到人人思想重视，个个注意安全，反对麻痹大意，克服怕麻烦的思想，避免事故的发生。发现盲炮应及时处理，处理方法要确保安全，力求简单有效。处理盲炮时，严禁其他人员在附近做其它工作。在有自爆可能性的情况下，应划定危险区，盲炮处理完后，要检查和清理残余未爆的爆炸材料，确认安全后，方可进行作业。

四、结语

隧道爆破技术的显著进步，极大地促进了隧道施工能力和综合效益的提高[3]。大规模地下工程的建设也必将对隧道修建技术提出新的更高要求。对于钻爆法隧道施工，还应不断加强地质勘探工作，充分利用超前预报技术及时准确的获得更多资料，保证施工安全顺利进行；加快隧道施工机械化，建立以钻孔台车为先导的几条机械化作业线，使钻爆法适应性更强；将光面爆破技术应用于隧道施工中，必须结合围岩的实际情况，随时调整爆破参数，合理优化施工结构，合理控制光面爆破的顺序，从而减少对周围岩石的破坏，有效控制施工量，保证施工进度。