【摘要】為了能夠使隧洞開挖爆破鉆孔利用率得以提升，并且對開挖的成本進行控制，就需要對使隧洞開挖鉆孔利用率受到影響的因素進行分析。筆者以自己多年的生活經(jīng)驗為根據(jù)，對提升隧洞開挖鉆孔利用率的方法進行了總結(jié)和歸納。利用這些方法能夠使鉆孔利用率偏低的問題得到有效的解決，同時這些方法在各類圍巖隧洞開挖中都比較適用。
【關鍵詞】隧洞；硬巖；鉆孔利用率
在開挖硬質(zhì)巖石隧洞的過程中，因為巖石具有一定的韌性，所以采用爆破的利用率往往比較低。在硬巖開挖中鉆孔利用率偏低的問題非常普遍，其除了使爆破成本得以提升之外，同時還使得施工的進度和空氣受到了嚴重影響。所以必須要認真的分析和研究隧洞開挖爆破鉆孔利用率的提升方法。
1.增加掌子面掏槽面積
掌子面掏槽面積的大小在隧洞開挖爆破設計中在很大程度上決定了鉆孔利用率。如果增大掌子面掏槽面積，也就會相應的增多掏槽孔數(shù)量和掏槽孔排數(shù)，這樣就能夠?qū)⑤^大的掏槽空腔臨空面創(chuàng)造出來。不管是掏槽深度也好，還是掏槽環(huán)向面積都會得以擴大，這樣在周圍崩落孔隨后起爆時就能夠很好的將孔底巖石的夾制作用和環(huán)向作用克服掉。如圖1所示，其中原設計內(nèi)掏槽用1來表示；原設計外掏槽用2來表示；新增掏槽用3來表示；原設計掏槽爆破后底面用4來表示；出現(xiàn)裂隙和松動的巖體用5來表示；新增掏槽爆破后底面用6來表示。在掏槽 1、掏槽 2 這兩排原設計的掏槽孔爆破之后，在高壓氣體和暴風壓力的共同作用下，一定深度內(nèi)的殘留掩體會出現(xiàn)松動和裂隙。相對于常規(guī)崩落孔而言，新增的掏槽孔不管是在排距上，還是在孔距上都要小很多，而且其也具有較大的單孔藥量，因此就產(chǎn)生了遠高于常規(guī)崩落孔的粉碎能力。掏槽孔爆破后殘留的巖體會在新增掏槽孔的高速巖塊撞擊和起爆沖擊壓力發(fā)生脫落，這樣就使得掏槽孔底殘留得以減少，并且使掏槽空腔深度得以加大。周圍的崩落孔由于增大的掏槽空腔深度而產(chǎn)生了更深的臨空面，從而使周圍崩落孔的殘孔得以有效減少，因此，增加掏槽面積就可以使鉆孔利用率得以提升。
2.轉(zhuǎn)換掏槽方式
目前最常用的隧洞開挖施工掏槽方式主要包括兩種，也就是直孔掏槽和楔形掏槽。大量的實踐表明，如果巖石具有較好的韌性、完整、堅硬致密的特點，就算掏槽孔可以達到40到50公分的排距和孔距，而且除了必要的填塞長度外將炸藥全部裝滿，還是無法取得良好的掏槽效果。面對這種情況就可以對掏槽方式進行轉(zhuǎn)換，選擇直孔掏槽的方式，最好是選擇六空孔平行直孔掏槽。周圍空孔間與的中心裝藥孔只具有2―4公分的巖石厚度，各空孔間也具有2―4公分的巖石厚度，采用0.9 的裝藥系數(shù)設置中心裝藥孔就能夠絕對實現(xiàn)掏槽空腔；內(nèi)圈擴槽孔僅僅具有15―18公分的抵抗線，采用0.8的裝藥系數(shù)設置中心裝藥孔就能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)圈擴槽；外圈擴槽孔僅僅具有40―43公分的抵抗線，而中圈擴槽孔僅僅具有20―23公分的抵抗線，采用0.8的裝藥系數(shù)設置中心裝藥孔就能夠絕對粉碎抵抗巖石，從而能夠達到百分百堅硬巖石掏槽的鉆孔利用率[1]。
3.對掌子面形狀進行調(diào)整
在傳統(tǒng)的隧洞開挖觀念中，一般都要求平齊的掌子面，而且還要盡可能的在同一垂直平面內(nèi)布置鉆孔孔底，這樣就會對鉆孔施工作業(yè)非常有利。但是如果巖石具有較好的韌性、完整、堅硬致密的特點，這時候不管選擇任何鉆爆方式都無法保證實現(xiàn)100%的鉆孔利用率。某工程在開挖隧洞的工作實踐中將傳統(tǒng)的觀念打破，采用對掌子面形狀進行調(diào)整的方式，將一種“水平 V 形掌子面”的概念提了出來，從而使這一技術(shù)難題得到了有效的解決。選擇平 V形掌子面的形式就算有一些殘孔在前排炮孔爆破后仍然存在，也不會使后排控的爆破效果受到影響。其主要的原理就是相對于后排炮孔孔底而言，前排炮孔爆破之后產(chǎn)生的臨空面深度遠遠要大，因此能夠有效地降低后排孔的鉆孔利用率，這樣就能夠達到百分百堅硬巖石掏槽的鉆孔利用率[2]。
4.選擇合適和炸藥
在進行堅硬巖石的爆破時，盡量選擇爆速高、密度大的炸藥。炸藥的爆轟波速度和密度的乘積就是炸藥的波阻抗，因此在選擇炸藥時要考慮炸藥的波阻抗與巖石的波阻抗是否匹配。如果二者能夠匹配，那么在同等的條件下炸藥就能夠傳遞給巖石更多的能量，從而引起更大的巖石應變，起到更大的巖石粉碎破壞作用。然而由于堅硬的巖石具有很高的波阻抗，因此炸藥的波阻抗要與堅硬巖石的波阻抗完全匹配是很難做到的，在實踐中炸藥的波阻抗往往小于堅硬巖石的波阻抗，因此在選擇炸藥品種時盡量選擇與堅硬巖石的波阻抗相近的炸藥品種。例如西安-安康線在建設的過程中需要挖掘秦嶺隧道，施工時遇到了深埋秦嶺地下的特硬巖，其強度超過了250MPa，波阻抗更是高達15×106kg/（m2・s）。為了完成爆破任務，特意使用了專用的水膠炸藥，該炸藥的密度達到了1.26g/cm3，爆速超過了4500m/s，爆破速度良好，掘進速度快。
5.合理的增加藥卷直徑
如果必須對堅硬的巖石進行爆破，可以合理地增加掏槽孔的藥卷直徑，并使用耦合裝藥的方式來使孔壁藥卷之間的間隙減小，使炮孔孔壁直接受到爆炸沖擊的荷載，從而能夠使孔壁上受到的爆破沖擊波作用的峰值壓力增大，從而提高掏槽的效果。一般情況下三臂鑿巖臺車使用的鉆孔直徑為50毫米，藥卷直徑應為38-44毫米；YT28手風鉆鉆孔直徑為42毫米，藥卷直徑應為35-38毫米[3]。
6.對爆破參數(shù)進行調(diào)整
如果使用楔形掏槽，要以爆破的效果為依據(jù)，及時對掏槽孔的排距和孔距進行減小，并將單孔的藥量增大，從而對掏槽的質(zhì)量進行改善，使掏槽鉆孔的利用率得以提高。
7.結(jié)語
在隧道開挖爆破鉆孔的過程中，要采取合理的措施，提高鉆孔的利用率，使開挖成本得以降低。本文提出了一系列的提高隧洞開挖端口利用率的方法，并經(jīng)過了相應的工程實踐檢驗，希望可以改善當前隧道開挖爆破鉆孔過程中鉆孔利用率不高的問題。
參考文獻：
[1] 謝經(jīng)鵬，明世祥，梁新民. 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的中深孔爆破參數(shù)優(yōu)選[J]. 現(xiàn)代礦業(yè). 2015（03）
[2] 樓曉明，周文海，陳鵬輝. 露天礦臨近高陡邊坡控制爆破技術(shù)選擇與評價[J]. 有色金屬（礦山部分）. 2015（02）
[3] 李光華. 中深孔爆破地表網(wǎng)絡及毫秒延時標準化技術(shù)研究[J]. 本鋼技術(shù). 2014（05）
【關鍵詞】隧洞；硬巖；鉆孔利用率
在開挖硬質(zhì)巖石隧洞的過程中，因為巖石具有一定的韌性，所以采用爆破的利用率往往比較低。在硬巖開挖中鉆孔利用率偏低的問題非常普遍，其除了使爆破成本得以提升之外，同時還使得施工的進度和空氣受到了嚴重影響。所以必須要認真的分析和研究隧洞開挖爆破鉆孔利用率的提升方法。
1.增加掌子面掏槽面積
掌子面掏槽面積的大小在隧洞開挖爆破設計中在很大程度上決定了鉆孔利用率。如果增大掌子面掏槽面積，也就會相應的增多掏槽孔數(shù)量和掏槽孔排數(shù)，這樣就能夠?qū)⑤^大的掏槽空腔臨空面創(chuàng)造出來。不管是掏槽深度也好，還是掏槽環(huán)向面積都會得以擴大，這樣在周圍崩落孔隨后起爆時就能夠很好的將孔底巖石的夾制作用和環(huán)向作用克服掉。如圖1所示，其中原設計內(nèi)掏槽用1來表示；原設計外掏槽用2來表示；新增掏槽用3來表示；原設計掏槽爆破后底面用4來表示；出現(xiàn)裂隙和松動的巖體用5來表示；新增掏槽爆破后底面用6來表示。在掏槽 1、掏槽 2 這兩排原設計的掏槽孔爆破之后，在高壓氣體和暴風壓力的共同作用下，一定深度內(nèi)的殘留掩體會出現(xiàn)松動和裂隙。相對于常規(guī)崩落孔而言，新增的掏槽孔不管是在排距上，還是在孔距上都要小很多，而且其也具有較大的單孔藥量，因此就產(chǎn)生了遠高于常規(guī)崩落孔的粉碎能力。掏槽孔爆破后殘留的巖體會在新增掏槽孔的高速巖塊撞擊和起爆沖擊壓力發(fā)生脫落，這樣就使得掏槽孔底殘留得以減少，并且使掏槽空腔深度得以加大。周圍的崩落孔由于增大的掏槽空腔深度而產(chǎn)生了更深的臨空面，從而使周圍崩落孔的殘孔得以有效減少，因此，增加掏槽面積就可以使鉆孔利用率得以提升。
2.轉(zhuǎn)換掏槽方式
目前最常用的隧洞開挖施工掏槽方式主要包括兩種，也就是直孔掏槽和楔形掏槽。大量的實踐表明，如果巖石具有較好的韌性、完整、堅硬致密的特點，就算掏槽孔可以達到40到50公分的排距和孔距，而且除了必要的填塞長度外將炸藥全部裝滿，還是無法取得良好的掏槽效果。面對這種情況就可以對掏槽方式進行轉(zhuǎn)換，選擇直孔掏槽的方式，最好是選擇六空孔平行直孔掏槽。周圍空孔間與的中心裝藥孔只具有2―4公分的巖石厚度，各空孔間也具有2―4公分的巖石厚度，采用0.9 的裝藥系數(shù)設置中心裝藥孔就能夠絕對實現(xiàn)掏槽空腔；內(nèi)圈擴槽孔僅僅具有15―18公分的抵抗線，采用0.8的裝藥系數(shù)設置中心裝藥孔就能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)圈擴槽；外圈擴槽孔僅僅具有40―43公分的抵抗線，而中圈擴槽孔僅僅具有20―23公分的抵抗線，采用0.8的裝藥系數(shù)設置中心裝藥孔就能夠絕對粉碎抵抗巖石，從而能夠達到百分百堅硬巖石掏槽的鉆孔利用率[1]。
3.對掌子面形狀進行調(diào)整
在傳統(tǒng)的隧洞開挖觀念中，一般都要求平齊的掌子面，而且還要盡可能的在同一垂直平面內(nèi)布置鉆孔孔底，這樣就會對鉆孔施工作業(yè)非常有利。但是如果巖石具有較好的韌性、完整、堅硬致密的特點，這時候不管選擇任何鉆爆方式都無法保證實現(xiàn)100%的鉆孔利用率。某工程在開挖隧洞的工作實踐中將傳統(tǒng)的觀念打破，采用對掌子面形狀進行調(diào)整的方式，將一種“水平 V 形掌子面”的概念提了出來，從而使這一技術(shù)難題得到了有效的解決。選擇平 V形掌子面的形式就算有一些殘孔在前排炮孔爆破后仍然存在，也不會使后排控的爆破效果受到影響。其主要的原理就是相對于后排炮孔孔底而言，前排炮孔爆破之后產(chǎn)生的臨空面深度遠遠要大，因此能夠有效地降低后排孔的鉆孔利用率，這樣就能夠達到百分百堅硬巖石掏槽的鉆孔利用率[2]。
4.選擇合適和炸藥
在進行堅硬巖石的爆破時，盡量選擇爆速高、密度大的炸藥。炸藥的爆轟波速度和密度的乘積就是炸藥的波阻抗，因此在選擇炸藥時要考慮炸藥的波阻抗與巖石的波阻抗是否匹配。如果二者能夠匹配，那么在同等的條件下炸藥就能夠傳遞給巖石更多的能量，從而引起更大的巖石應變，起到更大的巖石粉碎破壞作用。然而由于堅硬的巖石具有很高的波阻抗，因此炸藥的波阻抗要與堅硬巖石的波阻抗完全匹配是很難做到的，在實踐中炸藥的波阻抗往往小于堅硬巖石的波阻抗，因此在選擇炸藥品種時盡量選擇與堅硬巖石的波阻抗相近的炸藥品種。例如西安-安康線在建設的過程中需要挖掘秦嶺隧道，施工時遇到了深埋秦嶺地下的特硬巖，其強度超過了250MPa，波阻抗更是高達15×106kg/（m2・s）。為了完成爆破任務，特意使用了專用的水膠炸藥，該炸藥的密度達到了1.26g/cm3，爆速超過了4500m/s，爆破速度良好，掘進速度快。
5.合理的增加藥卷直徑
如果必須對堅硬的巖石進行爆破，可以合理地增加掏槽孔的藥卷直徑，并使用耦合裝藥的方式來使孔壁藥卷之間的間隙減小，使炮孔孔壁直接受到爆炸沖擊的荷載，從而能夠使孔壁上受到的爆破沖擊波作用的峰值壓力增大，從而提高掏槽的效果。一般情況下三臂鑿巖臺車使用的鉆孔直徑為50毫米，藥卷直徑應為38-44毫米；YT28手風鉆鉆孔直徑為42毫米，藥卷直徑應為35-38毫米[3]。
6.對爆破參數(shù)進行調(diào)整
如果使用楔形掏槽，要以爆破的效果為依據(jù)，及時對掏槽孔的排距和孔距進行減小，并將單孔的藥量增大，從而對掏槽的質(zhì)量進行改善，使掏槽鉆孔的利用率得以提高。
7.結(jié)語
在隧道開挖爆破鉆孔的過程中，要采取合理的措施，提高鉆孔的利用率，使開挖成本得以降低。本文提出了一系列的提高隧洞開挖端口利用率的方法，并經(jīng)過了相應的工程實踐檢驗，希望可以改善當前隧道開挖爆破鉆孔過程中鉆孔利用率不高的問題。
參考文獻：
[1] 謝經(jīng)鵬，明世祥，梁新民. 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的中深孔爆破參數(shù)優(yōu)選[J]. 現(xiàn)代礦業(yè). 2015（03）
[2] 樓曉明，周文海，陳鵬輝. 露天礦臨近高陡邊坡控制爆破技術(shù)選擇與評價[J]. 有色金屬（礦山部分）. 2015（02）
[3] 李光華. 中深孔爆破地表網(wǎng)絡及毫秒延時標準化技術(shù)研究[J]. 本鋼技術(shù). 2014（05）
