钻爆施工的关键基本工作及新技术水压爆破

钻爆施工占整个隧道施工工程量的比重较大，造价占25%～40%，是隧道施工中关键的基本工作。

隧道开挖前，必须先探明隧道工程地质和水文地质情况，方可进行开挖。应合理确定开挖的步骤和循环进尺，保持各开挖工序相互衔接，均衡施工。隧道洞身开挖，必须清理危石。除完整坚硬岩层外，均应做好支撑，不良地质地段应结合地形开挖侧向安全洞。开挖爆破应选用适当的炸药品种和型号，在漏水和涌水地段应采用非电导爆管起爆。岩石隧道的爆破应采用光面爆破或预裂爆破技术，施工中应提高钻眼效率和爆破效果，降低工料消耗。爆破后，对开挖面和未衬砌地段应进行检查，对可能出现的险情，应采取措施及时处理。对有瓦斯溢出的隧道，应根据工点的地质情况、瓦斯溢出程度和设备条件，确定适宜的施工方案。

隧道双向开挖接近贯通时，两端施工应加强联系，统一指挥，并采取浅眼低药量，控制爆破。当两开挖面间的距离剩下15 m时，应改为单向开挖，直到贯通为止。

双洞开挖时，应根据两洞的轴线间距、洞口里程距离、地质条件及其他自然条件，选择适宜的开挖方法，确定好两洞开挖的时间差，并采取措施防止后行洞开挖对先行洞周壁产生不良的影响。

钻爆施工纵向分段循环开挖，每一钻爆循环作业环节为：钻眼→装药→堵塞→起爆。实施光面爆破、提高爆破效果的关键，一是准确地划线布眼，二是平行钻眼，三是采用正确的装药结构和准确的起爆顺序。具体施工要求介绍如下：

1．钻　眼

目前，在隧道开挖爆破过程中，广泛采用的钻孔设备为凿岩机和钻孔台车。为保证达到良好的爆破效果，施钻前应由专门人员根据设计布孔图现场布设，必须标出掏槽眼和周边眼的位置，严格按照炮眼的设计位置、深度、角度和眼径进行钻眼。如出现偏差，由现场施工技术人员确定其取舍，必要时应废弃重钻。

钻眼作业技术要求有：

（1）掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不大于5 cm。

（2）辅助眼：眼口排距、行距误差均不得大于10 cm。

（3）靠近周边眼的内圈辅助眼：与周边眼的排距误差不大于5 cm，当炮眼的深度超过2.5 m时，靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼有相同的倾角。

（4）周边眼：炮眼间距误差不宜大于5 cm，外斜率不应大于5 cm/m，与内圈眼间最小抵抗线误差不应大于10 cm。由于周边眼的打眼精度直接影响爆破效果，经验表明：其间距误差大于10 cm时，爆破效果明显不佳。采用大型液压凿岩台车时，一般采用2°～3° 的外插角，其外斜精度可控制在5 cm/m以内，采用国产支架式凿岩机，其值也可控制在3～5 cm/m以内。

（5）当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。

（6）当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面。如节理发育，炮眼应尽量避开节理，以防卡钻和影响爆破效果。

（7）钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻。

（8）装药前应将炮眼内的泥浆、石粉吹洗干净，检查炮眼达到设计要求后方可装药，装药时应严格按设计药量进行。

2．装　药

装药前应将炮眼内的残渣、积水排除干净，并仔细检查炮眼达到设计要求的位置、深度和方向是否满足设计要求，装药时应严格按照设计的炸药量进行装填。

隧道爆破中，掏槽眼和扩大眼多采用大直径药卷孔底连续装药。周边眼一般采用小直径药卷连续装药结构或普通药卷间隔装药结构，当岩石很软时，也可用导爆索装药结构，即用导爆索取代炸药药卷进行装药。眼深小于2m时，也可采用空气柱装药结构。采用间隔装药时，要使药卷之间的间隔距离不大于其殉爆距离，避免发生被动药卷拒爆，保证完全稳定爆炸。

注意到爆破难度与约束面的关系，将单个炮眼的炸药量按一定的线分布状态（柱状装药）分布于炮眼中。单个炮眼中的炸药的线分布状态应该是：眼底线装药密度较高，眼口线装药密度较低。通常是在眼底加装一定量的炸药，以克服开挖面对眼底部位岩体的约束，保证爆破后达到设计掘进进尺，开挖面平整，且石渣块度均匀、大小适中。

装药过程的各项操作，应严格按照爆破安全规则进行。装药后，所有炮眼均应堵塞炮泥。目前施工中，一般采用砂和黏土混合物作炮泥，堵塞长度不宜小于20 cm。

3．堵塞及起爆

隧道内所用的炮眼堵塞材料一般为砂和黏土混合物，其比例大致为砂50%～40%，黏土50%～60%，堵塞长度视炮眼直径而定。当炮眼直径为φ25 mm和φ50 mm时，堵塞长度不能小于18 cm和45 cm。堵塞长度也和最小抵抗线有关，通常不能小于最小抵抗线。堵塞可采用分层捣实法进行。起爆网络是隧道爆破成败的关键，直接影响爆破效果和爆破质量。起爆网络必须保证每个药卷按设计的起爆顺序和起爆时间起爆。

目前，钻爆施工有一种新技术，即往炮眼中的一定位置放入一定量的水袋，然后用炮泥回填堵塞，这种技术称为水压爆破。它可以提高循环进尺，提高光面爆破效果，提高炸药利用率，减少洞渣大块率，减少对周边围岩的扰动，粉尘含量降低，保护作业人员健康。

4．起爆系统和起爆顺序

（1）保证起爆顺序不颠倒（不串段）。

除预裂爆破的分区起爆顺序是周边眼—掏槽眼—扩大眼—底板眼外，一般爆破和光面爆破的分区起爆顺序均是：掏槽眼—辅助眼—周边眼—底板眼。在一个开挖断面上，同圈（层）炮眼同时起爆，不同圈（层）的炮眼则“由内向外逐层起爆”，即内圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆。底板眼最后起爆，并可适当加大底板眼的装药量，以克服石渣的压制，保证坑道底部的爆破效果。

应特别注意的是，内圈炮眼先起爆，外圈炮眼后起爆，这个顺序不能颠倒，否则爆破效果大受影响，甚至完全失败。

（2）采用微差爆破。

内、外圈炮眼按顺序先后起爆的“时差”，可以利用迟发雷管的延时特性来实现。在不同部位不同圈（层）的炮眼中安装不同段数的雷管，以实现时差控制，见光面爆破的设计实例。试验和研究表明，各圈（或层）炮眼之间的起爆时差越小，爆破效果越好。常采用的时差为40～200 ms，称为“微差爆破”。

工厂生产的毫秒系列雷管的延期时间之差较小，实际应用时，为了保证内、外圈炮眼先后起爆的顺序不至于颠倒，宜跳段选用毫秒雷管，以消除雷管延期时间制造误差的影响。

在循环掘进进尺较大时，采用微差爆破还应注意将掏槽炮与扩大炮之间的时差稍加大，以保证掏槽炮在此时差内（有足够的时间）将石渣抛出槽口，避免石渣淤塞槽口，为后续扩大爆破提供有效的临空面。

（3）保证同圈炮眼同时起爆。

同圈眼必须同时起爆，尤其是掏槽眼和周边眼，以保证同圈眼的共同作用效果。这个要求对于需要保证一次掏槽成功的掏槽眼和需要保证开挖轮廓成形规则的周边眼尤其重要。

据爆破试验测定，若同圈相邻炮眼的起爆时差超过0.1 s，就等同于各个炮眼单独爆破，而不能形成贯通裂缝。因此，要求周边眼必须采用同段雷管同时起爆，并尽可能减少同段雷管的延期时间差（雷管的制造误差）。可采用高精度系列迟发雷管或使用导爆索作为孔内传爆。

（4）孔内控制与孔外控制。

延期时间可以由孔内控制或孔外控制。孔内控制是将迟发雷管装入孔内的药卷中来实现微差爆破。目前，由于非电毫秒雷管的段数较多和延期时间制造精度提高，且在导爆管上系挂段数标签，可以避免装药差错，故隧道工程爆破中较多采用孔内控制。但其装药要求严格，一旦出差错就会影响爆破效果。

也可以将控制起爆时差的雷管装在孔外，而在孔内药卷中装入即发雷管，这称为孔外控制。孔外控制便于装药后进行起爆系统的段数检查，但先爆雷管可能会炸断其他管线，造成瞎炮，影响爆破效果，因此较少采用。

由于毫秒雷管段数较多和延期时间精度提高，现多采用孔内控制微差爆破，而较少采用孔外控制。此外，若一次爆破孔眼数量较多，雷管段数不够应用时，可采用孔内、孔外“混合控制”及串联、并联混合网络。

（5）爆破网络的连接方式。

目前，隧道工程中采用的导爆管-非电雷管起爆系统是最常用的爆破网络（图8-2-13）。这种爆破网络可以采用分匝集束捆扎雷管连接，也可以使用专用的塑料连通器连接，形成并联网络、串联网络或串并联混合爆破网络，见图8-3-15～图8-3-18。

图8-3-15　并联网络

图8-3-16　串联网络

图8-3-17　并串联网络

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图8-3-18　复式并串联网络

按以上方法确定的各项参数是否合理，应以爆破效果是否符合要求作为最终判断和评价标准，并根据爆破条件的变化，对以上各项参数进行调整，直至达到最佳爆破效果。

5．盲炮的预防和处理

放炮时，炮眼内预期发生爆炸的炸药因故未发生爆炸的现象称为盲炮，俗称瞎炮。炸药、雷管或其他火工品不能被引爆的现象称为拒爆。

（1）盲炮的预防。

盲炮产生的原因很多，其预防可从以下方面着手：

① 爆破器材要妥善保管，严格检查，禁止使用技术性能不符合要求的爆破器材。

② 同一串联支路上使用的电雷管，其电阻差不应大于0.8 Ω，重要工程不超过0.3 Ω。

③ 不同燃速的导火索应分批使用。

④ 提高爆破设计质量。设计内容包括炮孔布置、起爆方式、延期时间、网络敷设、起爆电流、网络检查等。对于重要爆破，必要时须进行网络模拟试验。

⑤ 改善爆破操作技术，保证施工质量。火雷管起爆要保证导火索与雷管紧密连接，雷管与药包不能脱离；电力起爆要防止漏接、错接和折断脚线，网络接地电阻不得小于0.1 MΩ，并要经常检查开关和线路接头是否处于良好状态。

⑥ 在有水的工作面或水下爆破时，应采取可靠的防水措施，避免爆破器材受潮。

（2）浅眼爆破盲炮的处理。

① 经检查确认炮孔的起爆线路完好时，可重新起爆。

② 打平行眼装药爆破。平行眼距盲炮孔口不得小于0.3 m。为确定平行眼的方向，允许从盲炮口取出长度小于20 cm的填塞物。

③ 用木制、竹制或其他不产生火星的材料制成的工具，轻轻地将炮眼内大部分填塞物掏出，用聚能药包诱爆。

④ 在安全距离外用远距离操纵的风水管吹出盲炮填塞物及炸药，但必须采取措施，回收雷管。

⑤ 盲炮应在当班处理。当班不能处理或未处理完毕，应将盲炮情况（盲炮数量、炮眼方向、装药数量和起爆药包位置、处理方法和处理意见）在现场交接清楚，由下一班继续处理。

（3）深孔爆破盲炮处理。

① 爆破网络未受破坏且最小抵抗线无变化者，可重新连线起爆；最小抵抗线有变化者，应验算安全距离，并加大警戒范围后连线起爆。

② 在距盲炮口不小于10倍炮孔直径处另打平行孔装药起爆。爆破参数由爆破工作领导人确定。

③ 所用炸药为非抗水硝铵类炸药且孔壁完好者，可取出部分填塞物，向孔内灌水使之失效，然后进一步处理。

6．爆破安全

爆破安全是实施隧道爆破的一项重要内容，它贯穿于隧道爆破设计、施工的全过程。爆破效果的好坏要以安全为前提。因此，设计和施工人员在思想上要高度重视爆破设计和施工，不能有丝毫麻痹。有关隧道爆破安全技术要求，应遵照爆破安全规程执行，这里不作详细介绍。

7．超欠挖问题

（1）隧道允许超欠挖值。

隧道的允许超欠挖值应符合表8-3-13的规定。

表8-3-13　隧道允许超欠挖值

隧道不应欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许围岩个别突出部分（每1 m2不大于0.1 m2）侵入衬砌。对整体式衬砌，侵入值应小于1/3，并小于10 cm；对喷锚衬砌不应大于5 cm；拱脚和墙脚以上1 m范围内严禁欠挖。

（2）超欠挖的原因。

① 地质条件：岩性（主要包括岩石物理、力学特性等）、岩石结构（主要包括岩石成因演变过程特性，如节理裂隙等）。如果隧道方向垂直于岩层走向，则破裂是整体的，超挖一般较少；但当隧道方向平行于岩层走向时，则超挖较多。如遇软弱围岩或完整性差的地质情况，则更易产生超挖。

② 钻孔设备：大型钻机钻臂外插角构造及设备自动化程度。凿岩台车外插角大和钻孔深必然超挖量大，凿岩设备自动化程度低也会影响凿岩定位及钻进深度，从而产生向外或向上的超挖偏差。

③ 炸药品种及装药结构：炸药与岩石声抗阻不相匹配（即炸药猛度过大对炮孔壁产生过量破坏），装药结构（或线装药密度）不合理也常常会造成对炮孔壁底局部或整体超爆破坏。

④ 爆破设计不当：周边眼布置及周边眼间距设计不当。

⑤ 施工操作：不放轮廓线、不准确放轮廓线、错误布置轮廓线和钻孔位置；施钻人员技术不精，钻孔定位或钻进角度偏差控制不好，少打眼以及试图争取缩短钻眼时间，擅自减少钻孔深度，采用过多装药量；手持风钻施钻时工作平台高度不够从而使钻孔向上偏斜过大；等。

（3）防止或减少超欠挖的措施。

针对上述产生超欠挖的原因，实际中可采取以下技术和管理措施：

① 优化每循环进尺，尽可能将钻孔深度设计在4 m以内。

② 选择与岩石声阻抗相匹配的炸药品种。

③ 利用空孔导向，或在有条件时采用异型钻头钻凿有翼形缺口的炮孔。

④ 利用不耦合装药或相应的间隔装药方式。

⑤ 提高施工人员素质，加强岗位责任制。

8．隧道爆破质量检验标准

隧道爆破质量直接影响隧道施工的安全、掘进速度以及经济效益。爆破时，围岩的破坏范围过大，将威胁到施工安全；石渣块度过大，将会影响装运速度；眼底不平，炮眼利用率不高，会影响掘进速度；光爆效果不好，超挖过大，则是造成经济效益不好的直接原因。根据长期总结的经验，并考虑到隧道施工的现状，一般采用表8-3-14所示的质量检验标准。

表8-3-14　隧道爆破质量检验标准