丁汉堃，石磊，季青，贾景兴
(北京中科力爆炸技术工程有限公司，北京 101318)
随着铁路、公路、地铁建设需要，隧道工程也日益增多。作为隧道施工第一步的隧洞开凿，虽然有各种方法，但其中人工爆破施工法仍在广泛应用。爆破法与其他方法比较有其明显特点。爆破法适用于各种地质条件、各种断面形式以及各种开挖方法。
人工爆破施工是隧道工程中最复杂、最重要的一道工序。爆破效果直接影响工程质量与进度。因此，爆破全过程的规范操作尤显重要。
由于隧道工程所处环境艰苦，工期长且每天的工序重复且繁琐，作业人员难免在施工过程中产生烦躁情绪，以致发生粗化程序、忽略细节等不规范操作的情况。本文以“安全统技术、技术保安全、双赢出效果”为主线，针对隧道爆破人工作业时遇到的技术问题进行分析，从原理到措施为一线作业施工提供了具有可操作性的解决方案。
1.1 炸药雷管禁止同车运输
炸药雷管绝对不能同车运送，既使是一条炸药、一发雷管也不行。爆破事故的发生大多数与不同爆炸物品同车运输有关。此条禁令虽然在“爆破安全规程”中有明确规定，但在实际爆破作业现场仍有发生。炸药雷管同车运输会酿成重大爆破安全事故，应严格禁止雷管炸药同车运输，若现场存在该错误行为的工作人员应受到严厉惩罚。
1.2 电焊机和抽水机
爆破作业上道工序立拱架用的电焊机放在台车上，在爆炸物品进入掌子面前应仔细检查电焊机电源开关是否关闭，电源线是否与配电箱断开并缠绕整齐。
遇到隧道地下水流出，爆炸物品进场前一定要将作业面附近的抽水机断电撤离。电焊机和抽水机的电压电流足可以引爆雷管，坚决不可以粗心大意。
1.3 炮棍
施工过程中常用塑料管充当炮棍，炮棍在使用过程中前端极易破裂，继续使用时，头部裂缝极易夹住导爆管，雷管从炸药中拉出，随着炮棍反复捣击摩擦，雷管存在可能爆炸的极大隐患。因此，装药前对炮棍要认真检查，将炮棍端头破损处去掉，用绝缘胶布缠好，避免因炮棍捣击引发意外。
1.4 渣土堆
掌子面的情况通常是爆后检查的重点，往往忽略对渣土堆的检查。越是不注意的地方就越可能出现差错。在渣土堆上时常能发现压扁不成形的炸药、断续的导爆索和导爆管等，如被无关人员捡去可能造成麻烦。因此，要经常派人对渣土堆进行仔细检查，收集残留物并及时处理。
1.5 掌子面塌方征兆
塌方一般发生在掌子面打孔或装药区域，前上方尚未支拱衬砌，塌方落石迅速，人员躲闪不及，极易造成伤害。对掌子面部位是否发生塌方的可能性与规律进行分析判断，是防止塌方、保证施工安全的重要措施。
（1）岩层情况。沉积岩层呈软硬夹层状，层薄且裂缝多，并与洞中轴线呈垂直状态。掌子面岩体呈碎石堆积状。掌子面由岩石和土质混合组成。
（2）爆破前后情况。掌子面未设置超前管架，且顶部超挖严重，时有落石。岩质松散，打孔时易发生卡钻现象，孔径自行扩大，装药时易发生卡孔、断接和无底洞等现象。边孔爆破不留孔壁痕迹或是严重的凹凸不齐。
（3）掌子面及其附近现象。开挖后顶部未支护部位围岩掉块不断。掌子面突然涌水，或涌水压力增大。岩石张开裂隙明显增大（肉眼可见增大）。掌子面及其附近岩石出现岩粉，突现尘土飞扬。拱脚下沉显著增大，承载力不足，预兆可能塌方。
实践表明，爆破施工中钻孔质量是关键。对作业面狭窄的隧道爆破施工的钻孔作业更显重要。在施工中力求做到炮孔布局合理，倾角准确，深度到位的技术要求。
隧道爆破采用多级复式楔形掏槽技术，其具有夹制小易成槽，利用率高进尺大，布局简洁打孔易掌握等特点，该技术被广泛应用于隧道开凿施工。
2.1 掏槽孔参数
掏槽孔参数如图1 所示。图1 中，H为循环进尺，m；
α为掏槽孔与工作面夹角，（°）；
l为孔深，m；
B为孔口距离，m；
b为孔底距离，m；
l1为堵塞长度，m；
l2为装药长度，m。
图1 掏槽孔参数
2.2 钻孔施工
掏槽孔与掌子面夹角为α，造成其后的辅助孔具有不均匀抵抗线现象。因此钻孔时要将掏槽孔的孔底和孔口水平差值0.5B（）融到各排辅助孔的间隔中，使得每一侧的各排炮孔倾斜角由α逐渐过渡到90°，做到各排炮孔的孔口和孔底的抵抗线都合理。避免局部炸不开或留坎。
钻孔的施工是利用全等三角形原理，如图2 所示。选择钻杆长度l=H/sinα。以进尺H设计预定线。掏槽孔钻杆钻头端定位在布孔点，另一端与预定线相较于A点，以此开始掏槽孔作业。辅助孔从A点以孔间距a向左量度与预定线相交于B点，钻杆端由B点向右移a1距离至C点，即为辅助孔钻孔起点。同理进行其余辅助孔钻孔，使增量合理分配到各排间隔中，a1，a2，…，0，一直到打成垂直孔。
图2 钻孔施工
3.1 二架装药
二架装药主要问题是药包装后随手将导爆管下落到地面，与地面导爆管混在一起，尤其是在泥浆中，极易被踩踏，导致导爆管受损变形产生拒爆现象。因此强调在二架装药作业时，一定要将导爆管在二架上捋顺，待连线时一并放到地面。
3.2 底角孔
底角孔是指周边孔最下端左右对称的两个边角孔。底角孔的位置是支拱架的基点位置，非常重要。由于底角孔位于严重夹制区域，容易造成爆破不彻底，以致花费大量时间进行二次爆破或者机械锤击处理，大大延误了拱架作业。因此在装底角孔时要格外精心。一是要保证装药量充足，孔口留20～30 cm 进行炮泥堵塞；
二是装两发雷管，确保底角孔爆破充分；
三是与底角孔相邻的周边孔、辅助孔和底孔也应如上装药，为其开创顺畅的临空面。
3.3 雷管方向
药包装到炮孔中，雷管聚能穴朝向孔底则称顺孔安装，雷管聚能穴朝向孔口则称反向安装。两种安装方式各有其特点。岩石碎裂成孔困难的炮孔易发生卡孔，宜采取顺管装药，在处理卡孔时雷管容易取出。在制做顺管药包时尽量将雷管从条药的一端深入到另一端，在后续装药时随即压实，以免连线时将雷管拉出。
3.4 药包位置
炮孔底部有时会出现残留炸药，发生这种情况要从3 个方面考虑产生原因。
（1）炸药的爆轰长度受到小药卷直径的限制，依据参考文献[1]显示，药卷直径为32 mm 的岩石硝铵炸药，一发雷管只能引爆6～7 根药卷，最大传爆长度为1.5～2 m。
（2）管道效应。小直径水平孔用小药卷形成的径向不耦合装药结构，容易发生管道效应，影响了炸药爆轰传播距离。
文献[3]显示，塑料管和钢管里乳化炸药爆炸，测得管道效应的传爆长度见表1。
表1 管道效应传爆长度
（3）钝化作用。由于炮孔位置、地质构造和岩性影响，先爆孔挤压后爆孔，光面炮孔有时被前段辅助孔爆破后挤压，易造成孔内炸药钝化出现拒爆现象。
依据以上炸药残留原因分析，改进了施工操作方法，使得炸药残留现象大为改善。
（1）在目前一个炮孔装一发雷管的前提下。将雷管装在装药长度中间偏底的位置。若孔内可以装两发雷管更好。
（2）用塑料药卷装药时，将药卷扎一小孔，孔内压实，流出炸药充实管道空隙，消除管道效应，纸质药卷容易装成耦合结构。
（3）控制调整炮孔间距，尤其是孔底位置间距过大或者过小。
4.1 导爆管检查
对雷管底部导爆管的检查非常重要，检查过程中时常发现导爆管内有气孔、结节或者折损等存在，阻断了爆轰波正常传播造成哑炮，遇到这种情况应剪掉或销毁处理。
4.2 遗漏雷管连接
在连接雷管时，偶尔有遗漏雷管未连接，这时要将已连接成“把”的导爆管束彻底解开，将遗漏的雷管脚线并入其中重新缠绕胶布。不能未彻底解开“把”就隔着胶布将遗漏导爆管缠绕胶布。这种操作在外观上很难发现，完全是凭作业人员的责任心。在解胶布用刀挑割时，千万注意不能割伤导爆管。
4.3 上道和下道
上道和下道同次作业时，在分段连线时严格遵守上道掌子面先起爆，下道后起爆的原则，否则下道爆破振动飞石以及可能引发的上道落石将爆破网路砸断，上道炮孔多，网路复杂处理困难。
5.1 光面孔抵抗线
爆后检查有时发现存在光面孔零散破坏，导爆索垂落，炸药未爆现象。分析上述原因，是因为光爆孔被前段辅助孔爆破拉坏所致，一是采取了增加光爆孔和辅助孔距离改进措施，也就是以W光=（1.2～1.5）a光调整光爆孔的抵抗线W光。第二个改进措施就是光爆孔和前排辅助孔同段起爆。改进措施实施后改善了上述不良现象。
5.2 导爆索接法
光面爆破另一个问题是导爆索有间断未爆现象，这和导爆索接法有关，隧道爆破常用的3 种导爆索接法介绍如下。
（1）搭接。导爆索主线和各孔支线以进炮孔一个方向顺势连接，雷管以聚能穴朝孔的方向即正向与导爆索连接，在实际操作时要避免以下错误连接。如图3 所示。图3（a）为正确连接方式，图3（b）～（e）为错误连接方式。
图3 导爆索搭接方式
（2）“一把抓”连接。将孔口导爆索若干条组成“把”再接上雷管，扭紧成辫，不能松散；
尾部在单条导爆索上接正向雷管。如果在“把”的中间位置安装雷管，则不易贴实，影响传爆，如图4所示。
图4 导爆索“大把抓”连接方式
（3）打结连接。主线导爆索与各孔支线导爆索打结相连，并在若干炮孔内放置起爆药包，孔内雷管做常规连接，如图5 所示。
图5 导爆索打结连接方式
数码电子雷管除具有其他雷管性能外，还独特具有以下两个特性。对起爆周密的受控性和对延期时间选择设定的灵活性。为爆破安全，优化爆破设计，精准爆破参数以及开拓爆破新技术等提供了有利的技术支持。
数码电子雷管在爆破施工中，采用两种方法操作实施，即“先入孔后分段”和“先分段后入孔”。隧道爆破掌子面炮孔繁多，雷管段位繁多且每一循环布局不尽相同。采取“先分段后入孔”操作更能适应掌子面爆破网路这些特点。在各平台作业人员相对固定，对其分段的炮孔相对熟悉，对已经分段的雷管入孔操作更为顺手。实践证明，这种方法具有分段简明，装孔准确，程序操作快速等特点。
本文以“细节决定成败”的理念出发，从安全、钻孔、装药、连线以及光面爆破方面，对隧道人工爆破施工出现的细节问题进行了综合分析，阐述了其中道理并制定了改进措施，既保证了爆破安全又改善了爆破质量。研究成果对爆破开凿隧道提供参考依据。
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