隧道台阶法开挖的电子雷管爆破网络施工关键技术

李红英

(中铁十八局集团第一工程有限公司 河北涿州 072750)

台阶法是目前隧道工程施工中常用的施工方法，可有效降低对隧道围岩造成的扰动，保证施工的安全性。但在隧道台阶开挖中，经常会遇到坚硬的岩体，进行开挖难度大，成本高，此时通常会采取爆破技术[1]。每种爆破技术都有其特点和应用范围，在选择爆破方法时，需要结合围岩的特点以及开挖的需求进行合理选择，电子雷管爆破网路施工技术，是一种爆破精度比较高的爆破施工技术，在隧道工程、矿山工程、地铁工程、水利工程等项目施工中经常会用到。因此，研究隧道台阶法开挖的电子雷管爆破网络施工关键技术意义重大。一些学者对电子雷管爆破网络施工关键技术已开展相关研究工作。韩翔宇[2]研究隧道扩挖对既有隧道结构的响应规律，得到既有隧道的最大振速在迎爆侧边墙。汪鑫[3]研究爆破产生的振动荷载对邻近隧道的影响，得出黄草隧道的爆破振动规律。李秀地等[4]研究得到爆破施工对既有隧道迎爆侧影响较大，主要集中在隧道的拱角和墙角等部位。周俊汝等[5]研究了爆破整个过程中地震波频率的衰减情况，得到了其一定的变化规律。谢烽[6]研究隧道周围岩体的振动规律，得出波形叠加模型对爆破区的周围分析均适用。管晓明[7]研究了电子雷管延期时间设置对隧道减振效果的影响。上述研究证明了电子雷管爆破网络施工的实际应用价值，但当前施工方面并未有效把控施工要点，不利于提升电子雷管爆破网络施工技术应用效果。基于此，文章以黑白面将军山隧道为背景，针对电子雷管爆破网络施工的要点，分析了施工中需要注意的关键问题及应对措施。研究成果在提升施工效率、施工安全等方面有一定的应用价值。

1 工程概述

1.1 工程概况

珠海黑白将军山隧道工程，位于珠海市南湾城区，北起珠海大道，穿越黑白面将军山，南至南琴路，施工交通比较便利。黑白面将军山隧道双向六车道，左线长3645m，右线长3735m，属于长大隧道。右线南口为220m大跨段，双向八车道，断面宽23.11m，高13.91m，V级围岩段，拟采取矿山法进行施工，爆破工程计划工期为24个月。根据分工，隧道爆破施工分南口工区和北口工区，其中南口工区，隧道施工长左线长度为1865m(ZK3+150～ZK4+835)，有线长1605m(YK3+310～YK4+915)，合计全长为3290m，爆破石方量约50万m3。

1.2 工程施工难点

该工程周边环境较为复杂，隧道附近区域有高压电塔、村庄以及供水隧道，因此在爆破施工中需要通过人工挖孔桩的方式构建挡墙及隔离桩。此外还采用降振效果明显、安全性高的电子雷管爆破技术，以控制爆破及局部静态爆破的方式，选用低爆速炸药，并严格执行爆破参数，振速控制为2cm/s。爆破施工时，附近周围群众暂时疏散，高压线路暂停供电。

2 电子雷管爆破网络施工的要点

2.1 合理布设起爆网络

在黑白将军山隧道工程台阶法开挖中，考虑到周边环境的复杂，为避免对周边区域造成影响，决定采用电子雷管爆破网络。和其他爆破技术相比，电子雷管爆破网络技术具有安全性高、延时精度高、可自定义等特点，具有良好的降振效果，而且非常利于安全管理[8]。具体的电子雷管爆破网络设计方法为：结合爆破区域环境情况，在每个爆破孔中安装1发电子雷管，相互之间采取并联的方法联接成一个整体(见图1)，采取和电子雷管同生产厂家的专用爆破器进行起爆，在浅孔中安装雷管时孔间延迟时间为17ms，前后排延时时间为42ms。而进行深孔中安装雷管时延时时间为25ms，前后排的延时时间为40ms(见图2)。

图1 电子雷管起爆网络图(注：1为电雷管起爆器，2为电雷管，3地表为延迟雷管，4为孔内延迟雷管)

图2 电子雷管爆破网络爆破孔延时时间布设图

2.2 连续装药结构

在案例工程爆破施工中，为提升爆破效果，在装药结构中采取了连续装药的方式，通过连续装药的方式使工序更加紧凑、有序，爆破块度更加均匀适中，减少杂质的混入，提高炸药的利用率。具体的操作方式采取1发非电雷管和乳化药卷紧密连接形成一个完成的起爆网络[9]。详见图3。

图3 爆破装药结构图

2.3 选择合适的起爆顺序

电子雷管爆破网络施工中，对起爆顺序有严格要求，合理的起爆顺序，既能很好的保证施工安全，而且还能提升台阶法开挖效果，降低对隧道围岩造成的扰动。该工程爆破施工中，采取的爆破顺序为掏槽孔、辅助孔、周边孔的先后起爆顺序，这种顺序的目的是为了先炸出临空面，辅助孔就是为周边孔提供临空面，进而才能炸出更加完整的爆破面。先后顺序由孔内雷管段位进行控制，为更好的保证隧道开挖轮廓线的平整性、光滑度，周边孔最后可用光面爆破的方法进行起爆。

图4 隧道掘进光面爆破导爆索连接起爆网络图(注：1为引爆雷管，2为主线，3为由孔内药串引出的导爆索)

3 施工关键问题及解决措施

虽然电子雷管爆破网络施工技术，在安全性、控制精度、岩石效果等方面有显著优势，但在黑白将军山的施工中，依然有一些问题，需要在施工中高度重视，否则会引起严重的安全隐患，尤其是对周边供电塔、村庄及供水管线的影响，主要包括以下问题：

3.1 爆破孔问题

在电子雷管爆破网络施工中爆破孔布设位置是否合理、钻孔指标是否有效、验孔是否全面，对控制爆破的应用效果有很大影响，也是周边环境复杂的本工程所要考虑的重点。为保证爆破孔符合设计要求，在案例工程施工中采取了如下控制措施：

在爆破孔布孔时，按照开挖方法和每次所需施爆破的范围，根据电子雷管爆破网络施工的设计方案，及台阶法掘进的要求，对每个掏槽眼、周边眼、辅助眼、底板眼的具体位置明确标出。如果对某一个或者某几个孔在孔位、孔深、倾斜角等方面有特殊要求，要进行说明，且每个布孔点需要标识清楚。

在爆破孔钻孔时，需要结合台阶法开挖的方式，以及布孔的具体位置，选择合适的钻孔设备，并根据设计方案，调整对应的参数。钻孔前，先检查工作面确定其安全，然后再进行钻孔，否则不能进行钻孔操作。该工程在钻孔中采取了湿式凿岩机进行钻孔，不能在残眼中进行钻眼，钻孔台车进入隧道的道路、临时台架等都需要进行全面检查，保证安全后才能钻眼。

在爆破孔验孔中，需要对钻孔的深度、孔径、清洁等进行全面检查，如果钻孔存在岩粉，或者各项参数不达标，需要进行清孔和补救处理，以便为电子雷管爆破网络施工营造一个良好的爆破孔，以保证最终的爆破效果能够达到设计要求。

在爆破孔的网络连接方面，隧道掘进起爆采用的是逐排连接的电子雷管，具体的延迟时间要根据隧道的布孔以及药量来确定，工程掘进爆破不同段的延迟时间设置为25ms，如果同一段的药量没有满足最大响药的校核要求，那么就在组内再次分段网络细化，分段的间隔时间可以适当降低，最低为15ms。隧道掘进起爆采用簇联网络，分片连接，通过脉冲起爆器引爆。每束导雷管的数量不能超过15根，掘进起爆网络如图5所示。

图5 簇联隧道掘进爆破网路图

3.2 装药问题

装药问题是电子雷管爆破网络施工中必须高度重视的问题，如果装药剂量控制不好，比如装药量过大，导致增加了爆破能力，就可能会对周边的村庄、供水线路、供电塔等造成影响。在案例工程电子雷管爆破网络装药中，对掏槽眼、底板眼、辅助眼采用连续装药方式，周边眼采用间隔装药方式，通过导爆脚线将各电子雷管连接成一个整体，实现连续爆破，导爆索的孔外连接采取了三角形连接发。

为保证装药施工的质量，按照孔位、爆破介质体积、单耗等，选择合适的雷管和装药数量，先制作好起爆药包，再用木质炮棍进行装药。在插入雷管之前，要通过木质炮棍，在药卷一端插一个小孔中，确保插入的雷管适合，禁止拧插。在装入起爆药包时，务必控制好力度，不得对折，刮破，以免降低传爆效果。装药需由上到下，以免落石砸断。

电子雷管爆破网络需要做好逐排连接，延时时间设置需要按照相应的隧道布孔和药量分配表进行有序安装，不同段别之间，需要至少间隔25ms，如果同段药量不能满足最大单响药量校核的要求时，可采取组内再分段进行网络细化，但需要保证间隔时间不超过15ms，具体的电子雷管爆破网络连接示意图如图6所示。

图6 电子雷管爆破网络连接图

3.3 堵塞问题

堵塞也是电子雷管爆破网络施工的关键问题，如果堵塞深度不足，或者是堵塞材料不合理，就会影响对爆破的控制效果，使洞口附近的建筑造成爆破伤害，该工程中高压供电塔和村庄距离右线洞口非常近(如图7)。保证每个炮孔都有堵塞物进行堵塞，绝不可采取无堵塞，直接起爆的方法。该工程在炮孔堵塞中采取砂粘土和黄泥混合物，但在具体堵塞中需要控制好力度，不能破坏起爆网络，堵塞长度不能小于40cm，为了保证爆破施工的安全，均采用的是φ32mm筒装乳化炸药。在具体施工中可采取向炮孔桩装入水袋的堵塞方法，这是一种比较先进的堵塞技术，主要是通过水的不可压缩性，形成水楔效应来提升岩石破碎程度，而且水物化之后，才能控制粉尘，尽快散去灰尘，提升台阶开挖的效率。

图7 黑白将军山隧道洞口及洞口周边环境情况

3.4 爆破安全问题

无论何种爆破方式，在起爆的瞬间会形成巨大的爆破力，从而威胁安全性，这就需要在电子雷管爆破网络施工中，必须充分考虑爆破力问题，将爆破力控制在一个合理的范围，才会保证本隧道周边区域的安全。就案例工程而言，主要的爆破安全问题是爆破振动安全设计[10]。在《爆破安全规程》(GB6722-2014)中有明确规定，按照爆破振动速度，同响起爆允许的最大装药量和爆破中心到测点的距离之间可用下公式(1)来表示：

Qm=[R(V/K)1/α]3

(1)

式(1)中，Qm：微差爆破时同段最大装药量(kg)；R：爆破中心至建筑物的距离(m)；V：建筑物允许的安全振速(cm/s)；K和α表示和爆破点至计算保护对象之间地形、地质条件有关的系数和衰减系数，就案例工程而言，在电子雷管爆破网络施工中，K取值为180，α取值为1.6[11]。

隧道掘进振动安全允许振速按照混凝土龄期进行考虑，在1～3d内，允许的振速为2cm/s～3cm/s，3～7d为4cm/s～7cm/s，建成隧道为12cm/s～20cm/s，而未衬砌的隧道则需要按照7cm/s进行考虑。

4 结语

结合工程实例，文章分析了隧道台阶法开挖的电子雷管爆破网络施工要点，分析结果表明，在进行隧道台阶法开挖中，采取电子雷管爆破网络施工时虽然可以加快施工进度，但同时对施工全过程的质量控制有非常严格的要求。需要结合隧道工程的特点，严格控制好各结构要点，同时还要对一些容易发生问题的环节进行有效控制，如爆破孔、装药、堵塞、安全等，都需要采取有效的控制措施和方法，以最大限度上发挥出电子雷管爆破网络施工的优势，更好的保证隧道施工质量。