武利春

（山西路橋第三工程有限公司,山西 忻州 034000）

0 引言

相較于周邊孔采用常規(guī)裝藥爆破，在周邊孔采用切縫聚能裝藥爆破時(shí)能夠明顯地降低周邊孔單孔裝藥量，拉大周邊孔間距?；谀乘淼谰蜻M(jìn)采用的聚能水壓新型光面爆破施工技術(shù)，該項(xiàng)目歷經(jīng)理論研究、應(yīng)用試驗(yàn)、示范工程、實(shí)際應(yīng)用四個(gè)階段取得了較好的成果，起到了有效的示范指導(dǎo)作用。

1 聚能切縫光面爆破實(shí)驗(yàn)方案分析

某隧道采用非仰拱全斷面開挖，周邊孔同斷面光面爆破實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如表1。

表1 同斷面周邊孔切縫聚能藥包光面爆破的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表

1.1 切縫聚能藥包輔材的設(shè)計(jì)與制備

爆破輔材主要包括藥卷、炮泥、導(dǎo)爆索、數(shù)碼電子雷管等。表2 所示為32 mm 直徑的巖石乳化炸藥和直徑25 mm 的巖石乳化炸藥。導(dǎo)爆索參數(shù)見表3。

表2 巖石乳化炸藥相關(guān)參數(shù)

表3 導(dǎo)爆索參數(shù)

1.2 切縫藥包的設(shè)計(jì)與制備方案分析

1.2.1 方案一

方案一周邊孔采用藥卷直徑25 mm，單孔裝藥量900 g，切縫管設(shè)計(jì)參數(shù)如表4 所示。

1.2.2 方案二

方案二周邊孔采用的藥卷直徑32 mm，單孔裝藥量900 g，周邊孔光爆實(shí)驗(yàn)選用的切縫藥包裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)見表5。

表5 方案二的切縫管參數(shù)

1.2.3 方案三

方案三周邊孔藥卷直徑32 mm，單孔裝藥量900 g，采用拼接式的切縫管管材（便攜），切縫管外徑38 mm，炮孔直徑43 mm，徑向不耦合系數(shù)1.13。切縫管的設(shè)計(jì)參數(shù)見表6。

表6 方案三的切縫管參數(shù)

2 切縫聚能藥包光面爆破實(shí)驗(yàn)效果的對(duì)比分析

2.1 切縫藥包裝藥與常規(guī)裝藥光面爆破對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.1.1 方案一爆破后的效果分析

方案一爆破后的效果圖如圖1 所示。在圍巖破碎的情況下，實(shí)驗(yàn)孔部分能清晰地看到存在9 條半孔痕，半孔率達(dá)到90.0%以上，形成的圍巖壁面的平整度較好，無(wú)超挖。實(shí)驗(yàn)孔部分切縫聚能裝藥徑向不耦合系數(shù)K=1.54，相較于K=1.13 時(shí)，半孔痕條數(shù)增多，壁面開挖的平整度更高，在切縫方向即開挖輪廓線方向，能量更加集中，切縫藥包聚能爆破效應(yīng)更明顯，同時(shí)在非切縫方向即被保護(hù)巖體面受到的能量作用小，壁面保留完整，巖體損傷小，相較于常規(guī)光面爆破，光面爆破效果得到極大提高[1]。

圖1 方案一的光面爆破效果圖

2.1.2 方案二爆破后的效果分析

方案二爆破后效果如圖2 所示，實(shí)驗(yàn)孔部分能清晰地看到存在2 條半孔痕，形成的巷道壁面的平整度較好，相反在圖2 中右側(cè)壁面超挖嚴(yán)重，壁面平整度低[2]。

圖2 方案二的光面爆破效果圖

通過(guò)圖2 可以看出在實(shí)驗(yàn)孔部分留下兩條半孔痕，壁面的開挖平整度高，相反在對(duì)比孔部分，超挖嚴(yán)重，圍巖受到的損傷大，光面爆破效果差。實(shí)驗(yàn)孔、對(duì)比孔的徑向不耦合系數(shù)分別為K實(shí)=1.07、K對(duì)=1.31，前者的徑向不耦合系數(shù)較小，但仍然存在半孔痕，說(shuō)明切縫管的存在，能在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的聚能定向斷裂爆破效果，加強(qiáng)在切縫方向?qū)r體的致裂作用，同時(shí)削弱炸藥能量對(duì)被保留巖體的損傷。在圍巖性質(zhì)較弱的情況下，實(shí)驗(yàn)孔的切縫聚能光面爆破效果相對(duì)常規(guī)光面爆破效果好，說(shuō)明切縫聚能光面爆破技術(shù)在軟弱圍巖中應(yīng)用的效果較好。

2.1.3 方案三爆破后的效果分析

方案三爆破后的效果圖如圖3 所示，在爆破后的30 min 進(jìn)入隧道，在圖3 中左側(cè)實(shí)驗(yàn)孔部分能清晰地看到存在4 條半孔痕，同時(shí)形成的巷道壁面的平整度較好，相對(duì)于使用切縫管輔材的巷隧道頂拱左部分，右壁面平整度較低。實(shí)驗(yàn)孔的徑向不耦合系數(shù)K=1.13 時(shí)，實(shí)驗(yàn)孔爆后留有4 條半孔痕，壁面開挖平整度提高，相較于第一次徑向不耦合系數(shù)值增大，半孔率提高，說(shuō)明在采用切縫聚能光面爆破時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾訌较虿获詈舷禂?shù)可以得到較好的光面爆破效果。同樣，在不使用切縫藥包聚能光面爆破時(shí)，周邊孔的超挖嚴(yán)重，圍巖損傷嚴(yán)重，圍巖穩(wěn)定性降低[3]。

圖3 方案三的光面爆破效果圖

2.2 全斷面周邊孔切縫藥包光面爆破對(duì)比實(shí)驗(yàn)

（1）基于常規(guī)裝藥與切縫藥包裝藥光面爆破對(duì)比實(shí)驗(yàn)，方案一的徑向不耦合系數(shù)為1.51 時(shí)切縫藥包取得的光面爆破效果最佳。故開展周邊孔徑向不耦合系數(shù)為1.54的切縫聚能光面爆破和常規(guī)裝藥光面爆破。

（2）周邊孔全斷面切縫聚能藥包光面爆破實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在隧道加寬段，斷面周長(zhǎng)增大，周邊孔35 個(gè)，孔距增大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量周邊孔孔距由之前的550~650 mm 增大到700~1 000 mm。每個(gè)實(shí)驗(yàn)孔裝6 卷小直徑1 號(hào)巖石乳化炸藥，孔底兩卷，單卷重0.25 kg，采用單發(fā)數(shù)碼電子雷管孔底起爆，導(dǎo)爆索傳爆，炮泥填塞。

（3）周邊孔在使用切縫聚能光面爆破爆破時(shí)，實(shí)驗(yàn)孔部分整體壁面的開挖效果好，前期進(jìn)行周邊孔三種不同徑向不耦合系數(shù)切縫聚能裝藥結(jié)構(gòu)的同斷面光面爆破實(shí)驗(yàn)，在周邊孔切縫聚能裝藥結(jié)構(gòu)徑向不耦合系數(shù)為1.54時(shí)，光面爆破效果最佳。對(duì)比分析在此徑向不耦合系數(shù)條件下使用切縫藥包聚能光面爆破和常規(guī)裝藥爆破下的超欠挖量、每延米噴漿量對(duì)比，同時(shí)通過(guò)上述的全斷面周邊孔爆破對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析切縫聚能藥包定向斷裂控制爆破技術(shù)，相較于常規(guī)爆破技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)及其在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可行性。

（4）周邊孔全斷面爆破效果分析。見表7～8。

表8 爆破效果的統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)表7～8可得出在周邊孔中使用常規(guī)裝藥爆破時(shí)，平均爆破循環(huán)進(jìn)尺3.3 m，平均炮孔利用率82.5%，平均炸藥單耗0.72 kg/m3，頂拱部分平均半孔率基本為0，平均超挖693 mm，一個(gè)循環(huán)平均噴漿量52.76 m3需耗時(shí)150 min；當(dāng)周邊孔中使用切縫藥包聚能控制爆破時(shí)，平均爆破循環(huán)進(jìn)尺3.7 m，平均炮孔利用率92.5%，炸藥單耗0.61 kg/m3，頂拱部分平均半孔率93%，平均超挖84 mm，一個(gè)循環(huán)噴漿量41.36 m3耗時(shí)115 min。與周邊孔常規(guī)裝藥爆破相比，當(dāng)周邊孔采用切縫聚能藥包控制爆破時(shí)，平均爆破循環(huán)進(jìn)尺提高0.4 m，平均炮孔利用率提高12%，平均炸藥單耗降低0.1 kg/m3，平均超挖降低80.7%，一個(gè)循環(huán)噴漿量降低21.6%，一個(gè)循環(huán)噴漿時(shí)間縮短35 min，周邊孔孔距拉大21.5%~35%。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上述，該文開展了切縫聚能藥包光面爆破的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，首先進(jìn)行了同斷面周邊孔不同徑向不耦合系數(shù)的切縫聚能光面爆破實(shí)驗(yàn)，基于爆破效果的比較，選擇周邊孔切縫聚能裝藥結(jié)構(gòu)的徑向不耦合系數(shù)K=1.54，進(jìn)行全斷面周邊孔切縫聚能光面爆破對(duì)比實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，對(duì)比分析了全斷面常規(guī)裝藥光面爆破和切縫聚能光面爆破的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果如下：

（1）與周邊孔采用常規(guī)裝藥光面爆破相比，當(dāng)周邊孔采用切縫聚能光面爆破時(shí)，隧道的一次爆破循環(huán)由3.3 m 提高到3.7 m，進(jìn)尺提高0.4 m，炮孔利用率提高12%。

（2）當(dāng)采用切縫聚能藥包光面爆破時(shí)，光面爆破效果明顯提高，半孔痕由0 條增加到19 條，頂拱半孔率由0 增加到93%，平均超挖由693 mm 降低到134 mm，降低80.7%。

（3）當(dāng)周邊孔采用切縫聚能光面爆破時(shí)，與周邊孔采用常規(guī)裝藥光面爆破相比時(shí)，周邊孔單孔藥量由1 200 g 降低至900 g，一次循環(huán)炸藥單耗由0.72 kg/m3降低至0.61 kg/m3，降低0.1 kg/m3；周邊孔孔距由55~65 cm拉大到70~100 cm，拉大21.5%~35%，在降低周邊孔單孔裝藥的同時(shí)，拉大周邊孔孔距，切縫聚能藥包光面爆破效果具有明顯提高，表明切縫聚能藥包爆破提高了炸藥爆炸能量在切縫方向的利用率，加強(qiáng)了炸藥爆炸能量在隧道輪廓線方向?qū)r體的致裂作用。

（4）當(dāng)采用切縫聚能藥包光面爆破時(shí)，一個(gè)循環(huán)噴漿量由52.76 m3/m 降低到41.36 m3，降低21.6%，噴漿時(shí)間縮短35 min。