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隧洞开挖光面爆破新技术

更新时间: -8-7 11:45:01

    杨 玉 银
(中国水利水电第五工程局第一分局)
摘  要  对于隧洞开挖光面爆破, 假如采取孔内间隔装药, 按传统方法须采取导爆索引爆, 用雷管引爆, 传爆是件较困难事情。本文结合赵山渡引水工程许岙隧洞开挖成功实践, 简明介绍了一个用雷管引爆光爆孔内间隔装药新方法。
关键词  雷管  间隔装药  传爆  光面爆破
1  问题提出
      现在, 隧洞开挖光面爆破装药结构不管是从现有文件资料上看, 还是在具体工程施工中, 均存在专用光爆药难于购置, 施工工艺复杂或施工成本较高等问题。所以, 光面爆破装药结构及起爆、 传爆方法还有待于深入探索、 研究。笔者经过对炸药爆炸性能及其起爆、 传爆原理认真分析、 研究, 经过两年多时间在具体施工中反复试验, 最终找出了一个用雷管引爆光爆孔内间隔装药新方法。
2  光面爆破装药结构改善思绪及理论依据
2.1  改善思绪    
      光面爆破装药结构改善基础构想是在不采取专用光爆炸药和导爆索前提下进行。利用工地上最常见、 最易于买到φ25mm乳化炸药, 采取孔内间隔装药方法, 将非电毫秒雷管装在靠近孔底炸药内作为起爆药包, 孔底药包起爆后, 相邻两孔间由孔内向外经过殉爆现象依次传爆。
2.2  理论依据
空气间隔装药传爆理论依据, 关键是利用不一样药卷间殉爆现象。其传爆过程可依据文件[1]中非均相炸药爆炸冲击能起爆理论, 即灼热核理论来解释。
3  基础装药结构及施工设计方法
3.1  基础装药结构
基础装药结构见图1。

3.2关键设计参数
图1中L为钻孔深度, L1为孔底连续起爆装药段长度, L2为正常装药段长度, L3为不装药段长度, L4为孔口堵塞段长度, d1为空气间隔长度, d2为间隔装药药卷长度, d为控制装药间隔所用标尺长度, d=d1+d2, D为钻孔直径。为达成良好光爆效果, 必需正确确定上述各参数, 并依据围岩改变情况立刻调整。
3.3装药结构设计方法
  (1)孔径  钻孔直径D=40～43mm。
  (2)孔深  L=2.0～4.2m。
  (3)装药量控制
①孔底起爆药量  对于均质岩体, 可采取φ25mm药卷连续装填, 装药长度L1=0.8～1.2m, 重400～600g; 对于非均质岩体, 可采取φ32mm药卷装填, 装药长度L1=0.60～0.85m, 重600～800g。增大孔底起爆药量, 不只是为了克服孔底岩石夹制作用, 更关键是为了增大起爆能量, 从而加强孔内间隔装药稳定传爆能力。
②正常装药段能量  采取φ25mm药卷间隔装填, 装药长度L2=L-L1-L3-L4, 装药量Q正=q×L2／(d1+d2), q为每只φ25mm炸药重量。
实际操作中, 药卷在孔内定位是由炮棍和标尺长度d来控制, 无须将药卷绑扎于竹片上。
 (4)装药空气间隔  对于均质性很好、 强度较高或f值较大岩体, 可取d1=10～14cm, 依据炸药本身性能及传爆效果与光爆效果好坏, 能够合适增大, 以期在满足光爆要求前提下降低药量, 降低成本; 对非均质岩体, 可取d1=6～10cm, 有条件时, 尽可能选择标准殉爆距离(即炸药产品说明书中殉爆距离)较大炸药, 以期合适加大dl值, 来满足光爆线装药密度要求。
以上数据是在大量试验基础上取得, 试验炸药为浙江利民化工厂生产ML-Ⅰ型乳化炸药和浙江永新化工厂生产HLC型乳化炸药, 两种炸药标准殉爆距离均为≥3cm; 猛度≥12cm; 爆速分别为≥3, 200m/s和3, 000m/s。
(5)孔口非装药段长度  提议取L3=30～60cm, 当孔口部位光爆层较薄, 岩体完整性较差时, 取小值; 反之, 取大值。
(6)孔口封堵段长度  提议取封堵段长度d4=10～15cm, 堵塞材料可选择炸药纸壳箱或炸药内包装纸、 塑料等。
(7)火工材料选择
①炸药  尽可能选择标准殉爆距离大、 猛度小、 密度低、 爆速快防水炸药, 孔底连续装药段药径取25～32mm, 正常装药段药径取25mm;
②雷管  可选择1～14段非电毫秒塑料导爆管雷管中任意一个段位。试验中所用雷管均为14段。
4  装药方法
炮孔内两个药卷之间是由空气间隔开, 中间没有隔离物。其装药间隔是用炮棍来控制。装药方法见图2。先将孔底连续装填起爆药如图2(a)所表示轻推至孔底, 然后用拇指卡住孔口处炮棍位置A; 拉出炮棍, 大拇指向前移动至B位置, 如图2(b)所表示, 移动距离为空气间隔长度L1与单只药卷长度L2之和; 这时, 如图2(c)所表示, 装入一只φ25mm药卷; 再如图2(d)所表示, 将炮棍位置B轻推至孔口处, 药卷就进人了设计位置。

5  影响光爆孔内间隔装药传爆原因分析及处理方法
大量试验证实: 对于图l所表示装药结构, 下述原因对光爆孔内间隔装药传爆有很大影响。
5.1  岩体性质
自然界岩体大多为非均质体, 岩体均质与非均质对光面爆破孔内间隔装药传爆影响有很大区分。均质岩体关键以岩石本身物理力学性质去影响孔内间隔装药传爆, 而非均质岩体则以岩石弱性部位(即裂隙、 节理等)来影响孔内间隔装药传爆。为研究方便, 笔者将受结构作用和风化作用影响不大火成岩和厚层完整沉积岩、 变质岩视为均质岩体。
(1)均质岩体影响  关键以岩体完整性、 强度或f值影响光爆孔内间隔装药传爆。完整性越好, 强度越高或f越大, 就越利于间隔装药传爆, 装药间隔能够合适增大。
(2)非均质岩体影响  关键以节理、 层理影响为主, 对于节理面、 层理面, 裂隙多张开且层间夹有薄层泥质物, 其对光爆孔内间隔装药传爆影响尤为显著。因为当冲击波传到这种张开夹泥节理、 层理面时, 往往被截断或减弱, 影响殉爆下一节间隔装药传爆能力; 或者因为前面炸药爆炸后首先从张开节理、 层理处开裂, 造成爆轰能量泄出, 而影响冲击波引爆下一节间隔装药, 造成间隔装药传爆中止。而闭合节理、 层理面, 对传爆影响就小部分。
(3)处理方法  对于节理、 层剪发育非均质岩体, 为了降低其对传爆影响, 能够合适减小装药空气间隔, 增大孔底起爆药量或者选择殉爆距离较大炸药品种。
5.2  炸药性能
光爆孔内间隔装药关键是利用炸药在孔内殉爆距离。炸药本身殉爆距离大小, 在一定程度上反应了炸药对爆炸冲击波敏感度。标准殉爆距离越大炸药, 越利于光爆孔内间隔装药传爆, 其在孔内殉爆距离也越大。所以, 在条件许可情况下, 应尽可能选择殉爆距离大一点炸药。
5.3装药空气间隔
常见细药卷, 其孔外标准殉爆距离通常为3～5cm, 而在孔内则可达成8cm以上, 且伴随岩体均质性和强度提升而提升, 最大可达成14cm以上, 所以装药空气间隔大小, 除满足光爆线装药密度要求外, 还应视炸药本身性能和岩体性质进行合适调整。间隔过小, 难以取得很好光爆效果; 间隔过大, 可能影响间隔装药传爆。当采取较小空气间隔才能确保稳定传爆, 但光爆效果不佳时, 应考虑选择标准殉爆距离较大炸药, 以合适增大装药空气间隔, 减小线装药密度。
5.4 孔底起爆药量、 药径
实践证实: 伴随孔底起爆药量和药径加大, 孔内主发药包冲击波强度大大提升, 这对克服非均质岩体中较为发育节理、 层理对孔内间隔装药传爆影响是非常有效, 这一点已被大量工程试验所证实。
5.5  吹孔
 在隧洞爆破中, 应常规在钻完孔后, 装药前均要吹孔。因为假如不吹孔, 每节炸药在由孔口向孔内推进过程中, 其朝向孔底一端肯定积有石渣(岩粉、 碎石), 这些石渣使沿孔内传来冲击波减弱, 造成传爆中止。所以, 不管岩石均质性好是否, 都应坚持对钻孔吹孔。未吹孔对爆破冲击波影响如图3所表示。

5.6  孔口封堵
对光爆孔内间隔装药, 孔口封堵段不宜太长、 太密实, 因为若封堵太长、 太密实, 孔底起爆药包起爆后, 冲击波快速抵达堵塞段, 肯定发生反射, 而且堵塞越长、 越密实, 反射波越强。反射波快速返回, 与正在传输中爆炸冲击波相遇, 从而减弱了爆炸冲击波冲击能量, 造成传爆中止, 产生拒爆。光面爆破装药结构和参数见表1。

6经济效益分析
采取改善后光面爆破装药技术, 简化了光爆药串加工工序, 省掉了药包加工费用及材料费如胶布、 竹片、 导爆索等。表2中将改善后装药方法与传统竹片、 导爆索法进行了经济效益对比(以孔深4.2m非均质岩体为例)。从表中不难看出: 改善法与传统法相比, 每个光爆孔可节省人民币6.4元, 降低成本28.6％。可见, 这一光爆技术改善, 含相关键经济价值。

7  存在问题及适用范围
7.1  存在问题
现在, 这一技术才刚刚开始试用, 在应用方面还存在很大不足。
(1)在装药工序方面较为繁琐, 需要两个人共同配合进行;
(2)这一技术还只限于小孔径水平钻孔光面爆破, 在其它方面还有待于继续探索。
7.2  适用范围
依据现在所取得试验结果来看, 使用这一技术, 须同时含有下列两个条件:
(1)围岩坚固系数f≥6且岩体完整性很好Ⅲ类以上围岩;
(2)钻孔直径≤φ45mm, 孔深2.3～4.2m水平光爆孔。

参考文件:
[1]龙维棋等．爆破工程[M]．北京: 冶金工业出版社．1992
[2]赖世骧.水利水电工程施工技术[M].北京: 中国水利水电出版社．1996
[3]刘殿中．工程爆破实用手册[M].北京: 冶金工业出版社．1999
[4]水利电力部水利水电建设总局.水利水电施工组织设计手册.(第二卷)[M]．北京: 水利电力出版社.1990
本文在《工程爆破文集---工程爆破学术会议论文集第七辑》中发表(P302-P307), 9月第1次印刷。