徐行軍，黃樹榕，程玉泉

(1.福建船政交通職業(yè)學院 土木工程學院，福州 350007；2.中交一公局廈門工程有限公司，廈門 361021)

隨著國家公路基礎建設規(guī)模的增大，各種基建中涉及到的深孔、淺孔梯段爆破、隧道爆破和建筑物拆除爆破的要求日益嚴格。比如限制爆破藥量，就得增加分段數，有時最多分段達數百段，這時電爆網路已不能滿足工程設計的要求，只能采用非電起爆網路。非電起爆網路與電爆網路一樣，有準確可靠的起爆時差，在復雜的電、磁場、雷雨天氣環(huán)境，產生誤爆的概率大大減少；同時，在網路布設、安全防護以及起爆方式比較簡便。但是在實際運用中，因非電系統(tǒng)的不可用儀器檢查，網路存在可能拒爆、斷爆、網路被拉斷等現(xiàn)象。必須分析網路各種拒爆隱患產生的原因，提出具體措施和對策，設計科學的起爆網路，最大限度地提高準爆率，減少或避免拒爆事故，提高網路的可靠性，消除拒爆隱患，實現(xiàn)公路隧道控制爆破的安全準爆[1-3]。

1 工程概況

莆炎高速公路福州段永泰梧桐至尤溪中仙段A4合同段尖峰山公路隧道位于尤溪縣嵩口鎮(zhèn)，路線全長6.157 km，雙向6車道。隧道全長3 556 m，左洞全長3 533 m，右洞全長3 579 m，為特長公路隧道，左右洞呈分離式布置，隧道凈寬14.75 m、凈高5 m，隧道單洞內輪廓斷面開挖面積為122.66 m2。隧址區(qū)表層多為第四系殘積坡土，局部可見沖洪積粉質黏土，下伏侏羅系南園組(J3n2)晶屑凝灰熔巖、侏羅系梨山組砂巖(夾泥灰?guī)r透鏡體)及其風化層。

2 新型起爆網路設計與特點

常用的隧道爆破為導爆管雷管毫秒微差捆聯(lián)復式接力網路，對于周邊眼，通常采用光面爆破的形式[4]，由于行業(yè)使用火工品供應習慣、工人操作水平和爆破器材本身質量影響，有時會出現(xiàn)個別孔或成片拒爆，或者輪廓面爆破效果不好，需要補炮，這種做法費時費力，還造成超挖。為此，通過認真分析網路可靠性和可能拒爆的原因，提出一種全新的隧道復式交叉跨越混聯(lián)預裂爆破起爆網路技術(見圖1)。

圖1 復式交叉跨越混聯(lián)預裂爆破起爆網路示意圖

該網路孔內雷管采用捆聯(lián)綁扎，傳爆結點使用雙發(fā)同段；一發(fā)雷管與前一階的傳爆結點連接，另一發(fā)雷管與前階傳爆結點交叉連接[3]，或跨越一個(上跨或下跨)結點與另一階相連接；周邊預裂孔比二圈眼提早起爆，采用雙向導爆索連接方式，孔內導爆索尾部為水滴形雙向傳爆環(huán)，孔外導爆索每隔6～8孔彎成Ω索結，傳爆雷管放在中間，正向綁扎。爆破網路傳爆方式為交叉跨越、雙雷管結點、雙路傳爆[5]。

3 可靠性計算與分析

起爆網路系統(tǒng)可靠性計算,當起爆端的爆轟波通過傳爆結點依次傳爆。爆轟波不斷傳遞，到達最遠端一階結點時，安全準爆的可靠度最小，最小的可靠度就為整個起爆網路的可靠度[6]。

3.1 捆聯(lián)的可靠度分析

2發(fā)或以上同段傳爆雷管捆扎制作每1階傳爆結點，當結點任意一發(fā)雷管引爆，則其結點傳爆雷管引爆所有連接的雷管。只有當所有傳爆雷管均拒爆時，此捆聯(lián)結點才拒爆。假設P0為單發(fā)雷管的準爆率,由此可知，該雷管拒爆概率為(1-P0)，若每個傳爆結點均采用m發(fā)雷管捆聯(lián)，該傳爆結點拒爆概率為(1-P0)m，準爆率P1計算公式為：

P1=1-(1-P0)m。

(1)

若單串聯(lián)網路中，1個結點由m個同段雷管捆聯(lián)而成，傳爆線路上共有n個結點，則該網路的準爆率，用Pn表示，因最后1個傳爆結點被引爆可能性最低，故視為該結點的準爆率即為全網路的準爆率，則：

Pn=P1n=[1-(1-P0)m]n。

(2)

假設為P0=97.5%，經計算，捆串聯(lián)網路準爆率見表1。計算結果證明捆聯(lián)網路具有明顯提高網路準爆率作用[7]。

表1 捆串聯(lián)網路準爆率

3.2 跨越式捆串聯(lián)網路

捆串聯(lián)網路如果出現(xiàn)其中任意一傳爆結點拒爆,則此傳爆結點后的所有傳爆結點隨之拒爆，造成整片拒爆，這也是隧道爆破中容易出現(xiàn)的一個現(xiàn)象[8]。為了避免這種現(xiàn)象，將網路改為跨越式捆串聯(lián)網路，即1發(fā)雷管跨越1個傳爆結點與(上跨或下跨)傳爆結點相連接。只有上兩階傳爆結點雷管均拒爆時,下一階的傳爆結點雷管才會拒爆,最終使這種網路準爆率得到改善[7]。

用B1，B2，B3，…，Bn表示傳爆結點，B11，B12，B21，B22，…，Bn1，Bn2表示雷管起爆。另假定起爆端的第1發(fā)雷管準爆率為1，其他后續(xù)傳爆雷管的準爆率均為P0=97.5%，則跨越式雙捆串聯(lián)網路的準爆率為：

(3)

按式(3)計算，結果見表2，說明跨越式網路具有進一步明顯提高網路準爆率的作用。

表2 跨越式網路與雙捆串聯(lián)網路準爆率對比

3.3 復式交叉起爆網路

設起爆網路第i階傳爆結點起爆的可靠度為Pi，第i+1階為Pi+1，孔內使用單發(fā)雷管，令Pj·P0=Pd，則

Ps=Pn·(Pj·P0)=[2(Pn-1·Pd)-(Pn-1·Pd)2]·Pd，(n≥2)。

(5)

式中：Ps為起爆網路的準爆率，即設計可靠度；P0為導爆管雷管的準爆率；Pj為傳爆結點的可靠度；n為起爆網路最后一階傳爆結點的階數。

計算表明：從1階將爆轟波傳至第n階結點，共有2n-1條傳爆路徑。只要有1條順暢的傳爆路徑，將爆轟波傳遞至第n階結點，即可確保該結點連接的孔內雷管被引爆。當Pj、P0為定值時，隨傳爆結點階數的增加，起爆網路的安全傳爆的可靠度保持不變,即Ps=常數，傳爆性能非常穩(wěn)定[3，9]。

3.4 雙向傳爆導爆索預裂爆破起爆網路

隧道周邊孔為預裂爆破孔，為了加強導爆索網路的可靠性，同時提高輪廓面爆破效果，采用雙向傳爆導爆索網路，周邊預裂孔比二圈眼提早起爆，孔內導爆索尾部為水滴形雙向傳爆環(huán)[8]，確保任何正反向傳遞來的爆轟波均能引爆孔內炸藥，孔外導爆索每隔6～8孔的兩孔之間彎成一個Ω索結，1發(fā)傳爆雷管放在中間，正向綁扎，導爆管接到主網路中，同時，兩側地腳部位連接的起爆雷管導爆管拉至起爆端傳爆雷管，其他部位的導爆索Ω索結上傳爆雷管，可以直接捆聯(lián)在附近的傳爆結點上，確保任意一發(fā)雷管拒爆時均能確保整個導爆索起爆。

綜上所述，隧道復式交叉跨越混聯(lián)預裂爆破起爆網路結合了導爆管雷管捆聯(lián)起爆網路、跨越式起爆網路、復式交叉網路[9]，以及雙向傳爆導爆索預裂爆破起爆網路綜合優(yōu)勢，能有效保證隧道爆破安全準爆。

4 預裂爆破網路可靠度保證措施

實際上，由于行業(yè)使用火工品供應習慣，生產供應的導爆管毫秒延期雷管經常為奇數段。根據國內生產的第一系列導爆管毫秒延期雷管可以知道，8段以后，段與段之間的毫秒延期間隔變大，且毫秒延期的誤差也越來越大，如果采用周邊眼與二圈眼跳段使用的光面爆破，二圈眼起爆時，過長的毫秒間隔，勢必導致二圈眼圍巖鼓包破裂產生飛石，或拉斷導爆管或者導爆索造成拒爆，這是拱頂周邊眼使用導爆索出現(xiàn)拒爆的主要原因。即使不拒爆，輪廓面也會產生齒狀撕裂現(xiàn)象，嚴重影響輪廓面控制爆破效果。

為了使得二圈眼爆破不破壞周邊孔網路造成拒爆，同時實現(xiàn)預裂爆破的效果，在山嶺隧道，運用周邊孔與二圈眼同段，同時使用如圖1所示的雙向導爆索傳爆網路，當周邊孔與二圈眼使用同段時，假設出現(xiàn)同段雷管延期上、下限值的機率相等，二圈眼和周邊眼都有一發(fā)雷管先響，二圈眼只有一個任意孔先響，其他剩余的孔均后響。但周邊眼采用的是高爆速的導爆索(約6 000 m/s)[10]，28 m的輪廓線長度的導爆索，不到5 ms均已經完成引爆孔內導爆索，實現(xiàn)了二圈眼爆破的鼓包破裂產生飛石不會對周邊孔的導爆索和導爆管造成拉斷拒爆的影響，且因周邊眼左右底角部位導爆索的兩發(fā)傳爆雷管直接1階接入起爆端傳爆結點，拱腰、拱頂起爆雷管接入就近的傳爆結點，在總網路上連接上實現(xiàn)復式、雙向、跨越和交叉，確保網路可靠起爆的同時，實現(xiàn)周邊眼相對二圈眼為預裂爆破的效果，加上切縫聚能預裂爆破技術的運用，能很好地實現(xiàn)周邊孔輪廓劈裂面的平整[10]。

5 效果分析

從整體網路分析，要讓網路任意結點后的導爆管雷管拒爆，至少要前面連接的2～4個結點完全拒爆，該結點才會拒爆，復式交叉和跨越式結合，實現(xiàn)結點階次錯開，空間錯開，不論哪個傳爆結點哪根傳爆雷管的導爆管被切斷，均不會影響該結點安全準爆[11]。也就是說，排除人為網路連接質量和雷管質量的前提下，想讓網路的雷管不爆的可能性接近為零。從多次爆破情況看，復式交叉跨越混聯(lián)預裂爆破起爆網路技術及相關措施的應用，有效保證了網路安全準爆，極少補炮，對輪廓面的平整度爆破效果也有很大程度的改善。兩孔之間是劈裂的平整面，大大減少了初支二襯砼的使用，同時隧道大塊有所減少；爆堆松散度也有所改善；最重要的是，可以避免因不當網路可靠度低、延期精度低而導致的拒爆，減少拒爆事故發(fā)生，提高工效。

6 結論

1)復式交叉跨越混聯(lián)預裂爆破起爆網路，結合了導爆管雷管捆聯(lián)起爆網路、跨越式起爆網路、復式交叉網路，以及雙向傳爆導爆索預裂爆破起爆網路綜合優(yōu)勢，能有效保證隧道爆破安全準爆。

2)金屬雷管聚能穴金屬射流及飛片拒爆控制措施，有效防止了射流和飛片擊傷或切斷附近未傳爆的導爆管造成的拒爆。

3)雙向導爆索傳爆預裂爆破網路能可靠保證周邊眼預裂爆破效果形成，減少拒爆。

綜上所述，隧道復式交叉跨越混聯(lián)預裂爆破網路技術方法科學、技術可靠、多重保證、網路安全準爆可靠度高、操作簡單、易學易會，能減少補炮、提高工效、減少超欠挖及費用，對公路隧道類似隧道工程設計與施工，具有良好的借鑒意義。