谈谈深埋隧道开挖过程中的控制爆破

[摘要]：目前山岭隧道的开挖主要以爆破为掘进手段，本文通过如何确定炸药相关数据，如何设计爆破参数，来谈谈控制爆破在深埋隧道掘进中的运用。

[关键词]：隧道埋深;炸药;控制爆破

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

山岭隧道的开挖往往采用钻爆法施工，目前最常用的施工方法为新奥法，爆破则是该隧道工程基本作业中的主要工序，其中新奥法以控制爆破为主要的掘进手段，它严格设计爆破参数、控制爆炸能量和爆炸规模，使爆炸的破坏区域包括对围岩的扰动和破碎物的散落范围都在规定的限度以内，分为光面爆破和预裂爆破两类。

1.隧道的埋深及其爆破方法

隧道顶部覆盖层的厚度称为隧道的埋深。对于任何一条隧道来说，隧道的埋深不是一个定值，有的地段埋深比较大而有的地段埋深比较小，一般情况下以隧道开挖对地表的影响结合围岩的硬度和稳定性、综合考虑隧道施工条件把隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。工程上以2～2.5倍塌方平均高度作为深埋隧道和浅埋隧道的分界值，塌方平均高度根据隧道顶部的等效荷载高度确定，取塌方平均高度，其中，s表示围岩的级别，表示隧道的宽度影响系数，取，B为隧道净宽度，i以米为基准，B每增减1米时的围岩压力减率，当时，取0.2，当时，取0.1。当隧道覆盖层厚度时，该地段为深埋地段，否则为浅埋地段。

隧道洞口地段坡度较缓、处于漫坡进洞或者隧道洞口在较长的一段距离都处于天然台地之下时，此部分为浅埋隧道。由于浅埋隧道的开挖面接近地表，隧道开挖容易使整个覆盖层松动，造成地表下陷等现象。在开挖的过程中，此部分宜采用预裂爆破。

对于深埋隧道来说，覆盖层厚度较大，钻爆的条件较浅埋隧道好，宜采用光面爆破的方式掘进。光面爆破对围岩的扰动较小，可以较大程度地减轻振动保护围岩从而保存其原有的自承能力，达到保证衬砌结构的受力性能，减少围岩的应力集中现象，它是深埋隧道掘进过程中较为有效的开挖方法。

2.炸药相关参数的确定

2.1炸药品种如何选择

工程上通常选用的炸药为硝酸铵类炸药，包括铵梯、铵油、浆状、乳化油等炸药。

在隧道开挖的过程中，必须遵循一个“功—抗匹配”的原则，也就是说开挖每一进尺时炸药爆炸所做的功与岩体的抵抗能力相匹配，倘若炸药威力过大，势必会造成超挖，而威力过小，则造成欠挖，这样又必须进行二次开挖，从而增加不少工程量。同时得注意的是，由于不同部位的炮眼作用不同，要求爆破程度不同，因此其用于不同部位的炸药其性能也有所不同，例如隧道中心部位，掏槽眼需形成粉碎的破碎区做到此部分岩体完全抛掷，所以必须选用爆速高、猛度大的炸药。而周边眼只需要形成贯通裂缝使内圈的岩体裂解掉，所以选用威力较小的的炸药即可。辅助眼用于传递掏槽眼和周边眼之间的能量，为后续周边眼的爆破形成更多的临空面，其选用的炸药性能则应位于以上两者之间。据京广铁路南岭隧道浅埋段开挖掘进爆破资料显示，其破碎泥质页岩条件下周边眼炸药爆破威力不足掏槽眼炸药威力的一半。

炸药的组成成份一般都有C、H、O、N，爆炸后出现零氧平衡的可能性不大，会产生很多对人体有害的气体，如CO、NO等。因此也要注意炸药爆炸后残留物毒性的大小、对隧道施工人员的身体危害有多大、对环境污染的程度有多大，隧道开挖过程中应尽量选择毒性较小的炸药。

2.2炸药用量如何计算

如前所述，每开挖一定体积的岩体所需要的炸药量应根据“功—抗匹配”的原则来确定。理论上来讲，达到预定爆破效果时，爆炸功与岩体阻抗相等。隧道的爆破设计常用以下公式来计算所需的炸药量Q。

其中，L表示单循环爆破掘进进尺，S表示单循环开挖断面面积，k表示爆破单位体积岩体的炸药平均消耗值，简称炸药单耗量。

炸药的单耗量受炸药的爆破性能与岩体的抗爆性能影响，与爆破作用条件、炸药品种和岩体等级直接相关。一般情况下，炮眼布置不科学、掏槽效果不显著、临空面较少或者断面进尺比（）较小时，k值会很大，岩体坚硬程度越大、岩体的稳定系数越高，k值也会越大。

依据以往工程经验，隧道工程实际爆破炸药单耗量的统值一般在0.7～2.5之间。例如，只有一个开挖面、隧道单循环进尺在3米左右、断面面积7～9米的坑道钻爆开挖的炸药单耗量如下表所示。

同时，经验表明，炸药单耗量在一定程度上也与隧道的开挖断面面积有关系，断面面积越大，炸药单耗量k值越小。

3. 爆破参数的设计

目前隧道控制爆破的效果很大程度上取决于经验公式或经验做法。实际情况表明，控制爆破的效果与装药的分散程度是有直接的关联的。装药的分散程度是指将单个炮眼的炸药量按一定的线分布状态分布于炮眼当中。在隧道掘进的方向上，离炮眼眼口临空面越近的岩体越容易爆破，离临空面越远的岩体受到的约束越多，所以爆破越困难。由此可以知道，眼底的装药较密，而眼口的装药较分散，通常情况工程上采用在眼底多加一定量的炸药以克服这些约束，从而达到设计进尺。

炮眼密度、炮眼个数、炮眼深度与炮眼直径是控制爆破四个比较重要的参数。炮眼提供的装药空间（体积）应该能装入全部的炸药，密度是指开挖面上单位面积岩体上钻眼的个数，密度越大，说明单位面积的岩体炮眼的个数越多。炮眼密度越大，说明炸药在岩体中的分散程度越好，这样爆破的效果越好，设计时应根据岩体的坚硬程度、完整程度等来确定炮眼的密度，坚硬、完整的岩体应取较大的密度值，一般情况下炮眼的密度在2～6个/平方米。

炮眼深度的钻取尤为重要，炮眼过浅，则掘进速度过慢，影响进度；炮眼过深，则周围岩石的挟制作用过大，对结构不利。通常采用每一掘进循环的进尺数及实际的炮眼利用率来确定炮眼的深度，即炮眼深度L=每循环的计划进尺数炮眼的利用率，其中要求不低于0.85。同时炮眼的深度还应与后续的机械装渣运输能力相适应，不能造成爆破作业组窝工。一般炮眼深度取断面宽度或高度的0.5～0.7倍。

当炮眼的深度确定时，由于炸药的单耗量是确定了的（见前文），这样一个循环爆破所需要的炮眼个数就不难确定了。炮眼的直径一般为32～50mm，但需综合考虑岩体的岩性、凿岩设备和工具、炸药性能等来确定合理的孔径。

4.爆破需采取的技术措施

爆破钻孔的直径与炸药药卷直径比值一般为1.2～1.4，这个比值被称为不耦合系数，控制爆破若能保证不耦合系数大于2，给炸药爆炸足够的空间，保证稳定传爆，会取得较好的爆破效果。如果不耦合系数过小，则会造成因管道效应而导致的药卷拒爆。当装药结构采用间隔装药时，每个相邻的炮眼所用的药卷尽可能地将位置错开，也就是药卷在炮眼里的深度不要相同，从而达到充分利用炸药效能的效果。

控制爆破同时还需考虑围岩的稳定性和开挖面的支承成拱作用。支承成拱作用是指在地层中开挖一定宽度、深度和高度的岩体后，围岩依然保持不坍塌、相对稳定的穹窿形空间。一般而言开挖面的支承作用在隧道开挖方向上可以达到开挖洞径的2倍左右长度范围，这是对结构十分有利不可忽略的。若超出了这个长度范围，开挖面的支承成拱作用就几乎没有了（见图解）。因为开挖面上即将被挖除的这一部分岩体对已挖除部分岩体的围岩有一定的约束作用，并且这一部分围岩本身也是具有一定的稳定性的。

5.结束语

我国幅员辽阔、地形复杂，如今现代化城市建设的步伐正在加快，这对隧道工程领域也提出了更高的要求，隧道控制爆破在我国尚处于初级阶段，我们应积极总结经验，参考国内外相关工程的数据，从而确定出更加科学、更加合理、更加精确的爆破参数，以期达到更好的爆破效果。

参考文献:

[1]陈小雄.隧道施工技术[M].人民交通出版社,2011年6月第一版.

[2]孙立功,刘杰.隧道工程（第二版）[M].西南交通大学出版社,2009年7月.

[3]韩鸿彬.光面爆破参数与爆破效果分析[J].现代矿业,2009年7月第7期.