隧道施工中的爆破掘进技术优势及影响

（一）爆破材料

隧道工程中使用的爆破材料有炸药、导火索、雷管、导爆索、继爆管及起爆材料等。

隧道工程常用的炸药有以下几类。

1.铵梯炸药

硝酸铵与梯恩梯混合组成。铵梯50/50可以注装，铵梯80/20可以螺旋装，是战时大量使用的代用炸药，可代替梯恩梯装填炮弹、炸弹和地雷等。此类炸药因为含有易于吸潮结块的硝酸铵，在密封不严的情况下不宜长期贮存。

2.浆状炸药

浆状炸药是由可燃剂和（或）敏化剂分散在以硝酸铵为主的氧化剂的水溶液中，经稠化而制成的悬浮状或糊状含水炸药。

3.乳化炸药

乳化炸药是借助乳化剂的作用，使氧化剂盐类水溶液的微滴，均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中，形成一种油包水型的乳胶状炸药，是20世纪70年代发展起来的新型工业炸药。

4.硝化甘油炸药，又称胶质炸药。

以硝化甘油和爆胶（即硝酸纤维素溶解于硝化甘油中而形成的胶体）为原料。加入吸收剂及其他添加炸药，这类炸药爆炸性能较好，起爆感度高，传爆性能好，但由于生产的安全性较差，成本较高等问题，生产量不大，在炸药市场占有率较小，而且几乎都制成50mm以下小直径的规格，在煤矿井下爆破、水下爆破使用。

（二）起爆材料

1.导火索与火雷管

导火索是用来传递火焰给火雷管，并使火雷管在火焰作用下传爆引发爆炸的材料。雷管号数是按其起爆能力的大小分为十个等级（号数）。号数愈大起爆能力愈强。隧道工程中常用的是8号和6号雷管。

2.电雷管

电雷管是在火雷管中加设发电火装置而成。它是用电线传输电流，使装在雷管中的电阻发热而引起雷管爆炸。

（1）雷管分为即发雷管和迟发雷管两种。

（2）迟发电雷管按其延期时间差又分为秒迟发雷管和毫秒迟发雷管系列。

（3）发爆电源可用交、直流照明或动力电源，也可以用各种类型的专用电起爆器。

3.塑料导爆管与非电雷管

塑料导爆管是用来传递微弱爆轰给非电雷管，使之爆炸的传爆材料之一。它不能直接起爆炸药，应与非电毫秒雷管配合使用。

（1）塑料导爆管的优点

抗电、抗火、抗冲击性能好；起爆传爆性能稳定，扭结180°对折、局部断药、管端对接均能正常传爆。在运输和使用过程中抗破坏能力强、使用方便，价格便宜，且可作为非危险品运输等优点。

（2）非电雷管的构造和延期时间

国产非电雷管的延期时间分为毫秒，半秒、秒迟发三个系列。

（三）炮眼布置和周边眼的控制爆破

掘进工作面的炮眼可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼，炮眼布置如图4-4-1所示。

图4-4-1　掌子面炮眼的布置简图

1—掏槽眼；2—辅助眼；3—周边眼

1.掏槽眼布置

作用是将开挖面上某一部位的岩石掏出一个槽，以形成新的临空面，为其他炮眼的爆破创造有利条件。

掏槽眼总的可分成斜眼掏槽和直眼掏槽两大类，掏槽眼的形式如图4-4-2所示。

图4-4-2　掏槽眼的形式

斜眼掏槽：（a）锥形（b）垂直楔形（c）水平楔形（d）爬眼
直眼掏槽：（e）菱形（f）间隔临空

（1）斜眼掏槽

斜眼掏槽的特点是掏槽眼与开挖面斜交，常用的有锥形掏槽，楔形掏槽，单向掏糟。最常用的是竖楔形掏槽。

优点：可以按岩层的实际情况选择掏槽方式和掏槽角度，容易把岩石抛出，而且所需掏槽眼的个数较少。

缺点：眼深受坑道断面尺寸的限制，也不便于多台钻机同时凿岩。

（2）直眼掏槽

直眼掏槽由若干个垂直于开挖面的炮眼所组成，掏槽深度不受围岩软硬和开挖断面大小的限制，可以实现多台钻机同时作业、深眼爆破和钻眼机械化，从而为提高掘进速度提供了有利条件。

2.辅助眼布置

辅助眼的作用是进一步扩大掏槽体积和增大爆破量，并为周边眼创造有利的爆破条件。其布置主要是解决间距和最小抵抗线问题，可由工地经验决定。最小抵抗线约为炮眼间距的60%～80%。

3.周边眼布置

周边眼的作用是爆破后使坑道断面达到设计的形状和规格。周边眼原则上沿着设计轮廓均匀布置，间距和最小抵抗线应比辅助眼的小，以便爆出较为平顺的轮廓。眼口距设计轮廓线约0.1～0.2m，便于钻眼。

4.周边眼的控制爆破

在隧道爆破施工中，首要的要求是炮眼利用率高，开挖轮廓及尺寸准确，对围岩震动小。采用光面爆破与预裂爆破技术，可以控制爆破轮廓，尽量保持围岩的稳定。

（1）光面爆破

光面是指爆破后断面轮廓整齐，超挖和欠挖符合规定要求的爆破。

1）主要标准

①开挖轮廓成型规则，岩面平整；

②岩面上保存50%以上孔痕，并无明显的爆破裂缝；

③爆破后围岩壁上无危石。

2）措施

为获得良好光面爆破效果，可采取以下措施：

①适当加密周边眼；

②合理确定爆破层厚度；

③合理装药；

④采用小直径药卷不偶合装药结构；

⑤保证光面爆破眼同时起爆；

⑥要为周边眼的光面爆破创造临空面。

（2）预裂爆破(www.xing528.com)

预裂爆破实质上也是光面爆破的一种形式，其爆破原理与光面爆破原理相同。只是在爆破的顺序上，光面爆破是先引爆掏槽眼，接着引爆辅助眼，最后才引爆周边眼；而预裂爆破则是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面，后爆的掏槽眼和辅助眼。

5.炮眼参数

炮眼参数包括炮眼直径、炮眼数目和炮眼长度。

（1）炮眼直径

炮眼直径对凿岩生产率、炮眼数目、单位炸药消耗量和平整度均有影响。

（2）炮眼数目

根据各炮眼平均分配炸药量的原则来计算炮眼数目N，公式为

此处N不包括未装药的空眼数。

式中：q——单位炸药消耗量由经验决定，一般取q=1.2～24kg/m3；

s——开挖断面积m2；

α——装药系数，指装药深度与炮眼长度的比值，可参考表4-4-1。

γ——每米药卷的炸药重量kg/m，2号岩石硝胺炸药的每米药卷重量见表4-4-2。

表4-4-1　装药系数α值

表4-4-2　2号岩石炸药每米重量γ值

（3）炮眼长度

炮眼长度，决定着每一掘进循环的钻眼工作量、出碴工作量、循环时间和次数以及施工组织。它对掘进速度的影响很大，对围岩的稳定性和断面超欠挖也有重大影响。

炮眼长度一般根据下列因素确定：

1）考虑围岩的稳定性，并避免过大的超欠挖；

2）考虑凿岩机的允许钻眼长度、操作技术条件和钻眼技术水平；

3）考虑掘进循环安排，保证充分利用作业时间。

根据围岩性质，所拥有的掘进设备的能力，结合以往的实践经验，便可初步做出掘进循环安排，进而确定合理的炮眼长度一般为导坑宽度或高度的0.5倍～0.85倍。

（四）装药及起爆

1.装药要求

装药前要检查炮眼位置和长度是否符合设计要求，并进行清渣排水。

装药时要严格按照炮眼的设计装药量装填，可以按设计要求连续装药或间隔装药或不偶合装药，总的装药长度不宜超过炮眼深的2/3。

靠炮眼口的剩余长度用炮泥堵塞好。

2.装药结构方式（图4-4-3）

第一种方式是起爆药卷放在靠近眼口的第二个药卷位置，雷管聚能穴朝向眼底，称为正向起爆装药；

第二种方式是起爆药卷放在靠近眼底的第二个药卷位置，雷管聚能穴朝向眼口，称为反向起爆装药；

第三种方式为起爆药卷放在炮眼装药中部，称为双向起爆装药。

图4-4-3　装药结构方式

a—正向装药；b—反向装药
1—引线；2—炮泥；3、6—引爆药卷；4、5—普通药卷

间隔装药：在药卷之间留出一定的空隙，使药量分散以使爆力沿孔长分布均匀不偶合装药：药卷置于炮眼孔的中央，药卷与孔壁间留有空气间隙。

3.起爆

通用的起爆方法大致可分为两种：非电起爆法和电起爆法。非电起爆法又可分为火雷管起爆、导爆索和导爆管起爆；电起爆法是应用电雷管起爆。

（1）非电起爆

火雷管起爆是把火雷管和导火索结合在一起的一种起爆方法。用导火索的火花首先引爆火雷管，利用火雷管的爆炸能量使引爆药卷爆炸，进而使全部装药爆炸。

使用导火索起爆，器材较简单，操作容易；但不能使多个炮眼同时起爆，也不能进行准确的延期起爆，只宜用于炮眼不多的场合。

导爆索起爆是不需要采用引爆炸药的雷管，而可直接引爆炸药的一种方法，故亦称为“无雷管起爆法”。导爆索的一端直接插入孔底炸药中，另一端用火雷管引爆导爆索本身，从而传爆至炮眼引爆炸药。

塑料导爆管起爆法问世以来，已迅速取代导火索火雷管起爆法。

（2）电起爆

电雷管起爆的可靠程度与导线、电雷管、电源本身的质量以及电爆网络连接是否正确有关。

1）导线

要求电阻系数小，导电率高；绝缘耐压250V或500V；有一定强度和韧性，不易断裂等。母线断面应不小于0.75mm2，开挖面附近的连接线直径应不小于0.6mm。

2）检测仪表

为了保证起爆线路的质量，电雷管在使用前必须经过一定的检查，包括电阻检验，安全电流试验，延期秒量试验，雷管串联试验等项。还要用线路电桥测量整个网络的总电阻是否与计算数值相符，如检测值小于计算值时，或大于计算值的10%时，应找出原因，消除故障。

3）起爆电源

电起爆的电源，可根据网络所需准爆电流的大小，选用放炮器、干电池、蓄电池、移动式发电站、照明电力线、电力动力线等。移动式发电站、照明电力线、电力动力线是电起爆中最可靠的电源；但使用时不能将母线直接接到电力线上，必须设置爆破开关站。

4.瞎炮的处理

在爆破过程中，炮眼装药未能起爆，称为拒爆，亦即瞎炮。预先防止瞎炮的发生有如下措施：

（1）选用合格的炸药和雷管以及其他起爆材料；

（2）清理好炮眼中积水和残渣；

（3）在装药、堵塞、网络联结等各项操作中，严格按照有关操作细则进行；

（4）瞎炮产生后，应封锁现场，查明原因，采取相应处理措施。一般可以采用二次爆破法、炸毁法及冲洗法等三种方法。