公路隧道 ２０１１年第３期（总第７５期） 光面爆破及泡泥堵塞技术在五道岭隧道 钻爆法开挖中的应用 天尔锋 吴东锋 （中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄樊４４１４００） 摘 要钻爆法作为一种传统的隧道开挖方法存在着可控性差、成本高的缺点，工程界提倡推广应用光面爆破技 术和炮泥堵塞爆破技术，但实际应用情况并不理想。文章结合五道岭隧道，对这两项技术在钻爆法施工中应用情 况予以阐述，指出通过改进管理模式，让工人得到实实在在的好处才是推行这两项技术的关键所在。 关键词隧道钻爆法光面爆破炮泥堵塞 我国隧道开挖的方法主要有钻爆法、新奥法和 盾构法等，其中钻爆法是最为传统的一种施工方法， ２光面爆破技术在钻爆法施工中的 它以其经济、实用、简单、灵活的优点在我国隧道开 应用 挖市场上占据着绝对优势，目前我国绝大部分公路 ２．１ 光面爆破机理分析 及铁路隧道的施工均采用这种方法。但是在多年的 光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题， 工程应用中，钻爆法也暴露出诸多方面的不足，其中 目前仍在探索之中。尽管在理论上还不甚成熟，但 最主要的有两个：钻爆法的可控性差、易出现超欠挖 在定性分析方面已有共识。光面爆破是周边眼同时 现象；其二是炸药单耗量大、成本得不到有效控制。 起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮 针对以上两个问题，工程界提倡推广应用光面爆破 眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉 技术和炮泥堵塞爆破技术，但实际应用情况并不理 力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点， 想。本文结合五道岭隧道为例，对这两项技术在钻 当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉 爆法施工中应用情况予以阐述，从中找出问题的根 裂，在炮眼中心连线上形成裂缝。随后，爆炸气的膨 源和解决办法，供大家参考。 胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。 １ 工程概况 ２．２光面爆破应用中存在的问题 上世纪５Ｏ年代初期，瑞典工程界最早进行了光 五道岭隧道是承唐高速公路重点工程之一，全 面爆破，由于主要是控制周边炮眼亦称周边爆破。 长２２８８ｍ，净宽１Ｉｍ，设计时速１２０ｋｍ／ｈ。采用双 以后在美国作了进一步发展，使爆破技术更为完善， 洞单向行车双车道隧道（上下行分离），左洞起止桩 效果也更好。我国从１９６５年开始采用光面爆破技 号为ＺＫ６＋０８０～ＺＫ８－Ｆ ３６８；右洞起止桩号为 ＹＫ６＋０６５～ＹＫ８＋３５３，隧道平均埋深约１３０ｍ。 术，但直到今天光面爆破技术在我国隧道开挖中的 隧道地质复杂，以灰岩为主，夹白云岩、页岩，属Ⅲ、 应用并不理想，究其原因是施工队伍乃至我们很多 Ⅳ、Ｖ级围岩。该隧道由中铁十一局一公司承建， 工程单位意识不到光面爆破带来的经济效益，一味 ２００８年３月开工，２００９年３月贯通，历时１年，开挖 地排斥阻挠所致。就拿五道岭隧道来说，给施工队 提前工期２９４ｄ。隧道采用全断面开挖，非电毫秒雷 领导讲做好光面爆破可以得到的好处，他们都懂，可 管起爆，为了控制好隧道施工超欠挖、节约开挖和初 是要让这项技术推广着实困难。你问工人师傅，他 喷成本、加快施工进展、保证施工设备和人员安全， 们都知道，不就是把炮眼打密一点，让爆破后的轮廓 本隧道施工采取光面爆破技术。另外，本工程使用 光溜溜的。可是这炮眼打得多，费工费时，还要用 由中铁西南科学研究院研制的炮泥制作专用设 “红线”（导爆索），装药麻烦，接线也麻烦，还会发生 备一一ＰＮＪ一１型炮泥机制取炮泥进行炮孔堵塞，在 哑炮，补炮更麻烦，太花钱了，倒不如超挖后做点手 控制炸药单耗量上取得了比较明显的效果。 脚蒙混过关。由此可见，这项技术要在工人师傅们 ￣ｆｆＪＬ推广还确实是一件难事，因为光面爆破做好了， 对他们又有什么“好处”。 ・ ５８ ・ 吴东锋光面爆破及泡泥堵塞技术在五道岭隧道钻爆法开挖中的应用 问题的关键出在承包管理模式上。目前很多隧 道掘进施工的爆破工班都采用包工包料的承包模式 （开挖每方按包火工品与人工的形式承包）。欠挖肯 定得补炮，超挖又与他们无关，后面用喷射混凝土回 填，增加钢筋支撑就行了。可是后面发生的费用与 爆破工班省下来的钱比较是十几倍乃至二十几倍， 省下来的钱对于施工队来讲微不足道，可见只有把 “光面爆破”做好才是对施工队最大的好处。可是爆 破工班的“好处”又到哪里要，工班为省钱也会找窍 门，炸药不好省，药装少了，炸不出方量来，花费就 影响，在五道岭隧道施工中，左洞采用一般的包工包 料模式，右洞采用包工不包料的承包模式，并引入爆 破专家系统。通过对揭露的不同围岩作出不同的设 计后对爆破工班进行技术交底，按设计施工，凭实施 效果的好坏来确定不同围岩的承包工费。结果，右 洞工班为做好光爆，确保准爆与轮廓成形，做了“双 保险”，在周边眼中既装了“红线”又装了同段位的非 电雷管；而左洞很少使用“红线”，只在孔底连续装几 节药卷后插入一枚同段位的非电雷管。实际爆破效 果显示右洞光爆比左洞好很多，掘进工效比左洞高， 高，省打几个眼可以省人工还可省雷管，不做或少做 工人拿的钱多了，使用光面爆破的积极性也提高了。 光爆就可以省掉装“红线”，而雷管和“红线”都很贵， 省下来的就是钱。可见，要让爆破工人杜绝这种丢 西瓜捡芝麻的事就得彻底改变承包模式，实行包工 不包料效果考核的模式。 ２．３ 改变承包管理模式是光面爆破得以推广的 关键 当然这种承包模式也会存在一定的弊端，由于包工 不包料，工班若没有专业爆破工程技术人员现场指 导，工人在使用火工品时就会有过度的趋势。我们 也将两种模式下使用火工品的数量进行统计对比分 析，其指标表如表１。 为进一步说明承包模式对光面爆破推广应用的 表１左右洞火工品数量统计表 项目 开挖方量 （ｍ３） ４．０万 ４．５万 用药量 （ｔ） ３０．０５ ３７．３１１ 用药单耗 （ｋｇ／ｍ。） ０．７５ ０．８３ 雷管数量 （枚） ２１８０５ ２３８５９ 雷管单耗 （枚／ｍ０） Ｏ．５４ ０．５３ 导爆索数量 （ｍ） ２０００ １４３２０ 导爆索单耗 （ｍ／ｍ３） ０．０５ ０．３１８ 左洞 右洞 右洞的用药单耗比左洞高出０．０８ｋｇ／ｍ。，超 ｌＯ ９／６以上，导爆索的用量是左洞的７倍多，雷管单耗 差别甚微。由此可见，要使光面爆破很好地推广应 破岩能力。因此，炮泥堵塞的目的是更加充分地发 挥占爆破总能量一半以上的气体膨胀能量的破岩作 用。从理论上分析，炮泥堵塞的作用主要由以下几 个方面得以实现： （１）炮泥因具有一定的质量，炸药爆炸后产生的 用，改变目前的承包模式是关键，单包工模式能够提 高工人应用光面爆破的积极性，但是如果监管不力 又会导致火工品数量失控的局面。这就需要项目管 气体在瞬间将加速到很高的速度，气体想要冲出炮 孔口，必须克服炮泥的惯性阻力及炮泥与炮孔岩壁 理人员加强监控力度，制定切实可行的收发料制度， 从而实现在材料不浪费的情况下推行光面爆破的效 之间的粘结力和摩擦阻力。正是由于上述阻力的存 益最大化。 在，使得炮孔内爆炸产生的高压气体作用时间相对 延长，从而破岩效果得到改善。 （２）由于炮泥阻力使炮孔内高温高压状态的维 持时间相对延长，增加了炸药化学反应的完全程度， 从而得到更充分的爆炸能；同时爆生气体中的有毒 气体成分减少，缩短了隧道通风时问。 ３炮泥堵塞爆破技术在钻爆法施工中 的应用 ３．１ 炮孔堵塞的重要性 爆炸破岩能量主要分两部分，即应力波能和气 体膨胀能。爆破专家们曾测试过条形装药爆破的分 配比例为：冲击波（包括应力波）能占４３．７％，气体 膨胀能占５６．３ 。以往的试验研究证明：不堵塞炮 （３）由于炮泥阻力延长了孔内高压气体的作用 时间，使得先前由应力波作用生成的裂隙在受到高 压气体的楔裂作用后加速发展，高压气体向裂隙中 楔人，不仅提高了破岩效果，而且减小了岩石的抛掷 距离，同时降低空气冲击波强度，对隧道爆破而言， 这正是兴利除害。 ・ 孔的爆破将有５０ 的气体能量从孔口消失，而起不 到应有的破岩作用；爆炸冲击应力波也因没有充分 的堵塞，不能形成反射波的叠加作用而丧失其部分 ５９ ・ 公路隧道 ３．２炮孔堵塞技术在应用中存在的问题 在隧道开挖爆破中关于炮孔堵塞炮泥问题一直 ２０１１年第３期（总第７５期） 能炸出２．７ｍ到２．８ｍ，现在残眼只剩ｌＯｃｍ左右（残 眼尺寸减少，提高了炮眼利用率，也就是提高了掘进 工效），再看从隧道里运出的石渣，以前一车总有那 么多大块石头，现在可好整车都是碎碎的（采用炮泥 存在着一个误区，特别是在铁路隧道的爆破施工中， 几乎没有认真堵塞炮泥的工点。大部分人认为“堵 塞炮泥麻烦、费工，不堵塞炮泥也能取得较好的爆破 效果”。这种错误的指导思想导致爆炸能量利用率 大大降低，爆破成本增大。就拿五道岭隧道施工来 说，刚开始工人觉得堵塞与不堵塞效果没什么两样， 堵塞还背工，增加工序，多一事不如少一事；加工炮 泥也麻烦，费工费时增加成本，更何况现场连泥巴都 找不到，干吗非要堵炮泥；再说，在炮眼里加点泥巴， 就真的那么神奇。他们只知道凭力气挣钱，不信这 办法能为他们省钱，所以花样百出地阻挠实施。问 题的根源找到了：要在施工中推行一套新技术，必须 首先让使用的工人们意识到它带来的经济效益。 ３．３接受炮孔堵塞技术是最根本的出路 五道岭隧道施工伊始，项目部就组织相关人员 对施工队工人进行培训学习，先从思想认识上着手， “投其所好”让他们意识到采用炮孔堵塞技术的好 处；进而结合实际实施教育培训，把复杂的问题“简 单化、傻瓜化、显性化、示范化”。为把这项简单有用 的技术推广实施，项目部可谓煞费苦心：专门买来炮 泥机，设立杂工班，专ｆ－ｊ制作炮泥无偿给施工队供 应，并动用行政手段不用炮泥就不发给炸药的做法。 用了之后还真有效果：以前洞口周围的工棚，炮声没 响棚子先晃（由于炮眼不堵塞，爆破时爆轰气体产物 形成大量的冲击波先于声波与地震波对房屋形成冲 击破坏影响），用了之后就颠倒过来了，先听到炮声 然后棚子微微一抖，而且响声比以前小很多（采用炮 泥堵塞爆破，大量的爆轰气体产物产生的能量用于 岩石破碎与抛掷，冲击波的影响降到了最低，伴随产 生声波传波与随爆源距离增大逐渐衰减的地震波）； 到掌子面检查爆破效果的炮工不流泪了，也没以前 那么呛鼻（炮眼不堵塞，爆破不充分生成的有毒气体 与炮烟对工人的身体损伤严重），这些都是工人们能 感觉与体会得到的。再量一下残眼，以前打３．２ｍ ・ ６Ｏ ・ 堵塞爆破，提高了能量的有效利用率，气体产物的持 续作用时间长，加强了破碎与抛掷作用）。看来还可 以将装药量再减一减，通过两个月的持续摸索改进， 统计对比分析，炸药单耗足足比以前不堵塞爆破下 降了２０ ９／６。 通过经济分析测算，五道岭隧道利用炮泥堵塞 爆破技术节约资金３６０余万元，而为此投入仅２３万 元，给工人添加麻烦也就是多了短短的ｌＯｍｉｎ（堵塞 炮泥占每循环所用时间ｌＯｍｉｎ，可忽略不计）。以前 为推广这项技术还要用“行政手段”，现在，工人师傅 主动要炮泥。这项技术的推广关键是将制作炮泥的 工序进行了剥离，不占用爆破工班的时间与资源，使 “堵塞”这一工序简单又好操作，为工班切实带来了 好处。 ４ 结 语 为了有效克服钻爆法施工可控性差、成本高的 缺点，必须推广使用光面爆破技术和炮泥堵塞爆破 技术。这两项技术在我国隧道施工中已经提倡多 年，在工艺上已经比较成熟，但通过调查发现这两项 技术在施工中的应用并不理想，究其原因是在管理 模式上存在着一定的问题。通过改进管理模式，能 让工人得到实实在在的好处才是推行这两项技术的 关键所在。 参考文献 ［１］彭泽权．高速公路隧道光面爆破技术［Ｊ］．山西建筑， ２００９，（１２）：３２１－３２２． ［２］ 向松，刘军．公路隧道光面爆破技术探讨［Ｊ］．公路 交通技术，２００７，（６）９２—９５． Ｅ３］涂文轩，高菊如，严杰．炮泥制作设备应用的技术经 济性分析［Ｊ］．现代隧道技术，２００４，（３）：２７—３０．
