电子数码雷管在楼山隧道试验性爆破介绍

周慧鹏，朱爱山

(浙江省隧道工程集团有限公司，浙江杭州310030)

浙江省台州市楼山隧道爆破开挖采用传统方案已安全完成右洞施工，各项指标控制达到了预期效果。2018年9月17日，工业和信息化部安全生产司和公安部治安管理局在贵州省贵阳市联合召开民爆行业智能制造现场推广会[1]。这次会议的主要任务是全面深入贯彻党的十九大精神，推动民爆行业高质量发展，推进民爆行业智能制造，重点是推进数码电子雷管智能制造的推广应用。各省、区、市电子雷管使用率每年递增不得低于20%，到2022年，基本实现电子雷管全面使用。

为尽快掌握电子数码雷管使用方法、安全管理方法，也期望能充分利用电子数码雷管高精度，良好的抗非法起爆和抗强干扰特性，降低震动，确保安全。通过试验性爆破，收集隧道减震爆破参数，为类似项目积累经验。

1 工程概况

楼山隧道是鄞州至玉环公路椒江洪家至温岭城东段公路工程先行开工段的一部分，为分离式隧道，是通过对既有双向四车道隧道原位四周扩建为双向八车道隧道。本工程为一级公路，交通流量大，要求一洞改建实施爆破作业时，保证另一洞交通通行，两洞相距20～25m。

本次试验爆破计划在图1所示位置。试验段距洞口较远，围岩主要为微风化凝灰岩，节理裂隙发肓，岩石较完整，局部受构造影响较破碎，以块（石）碎（石）状镶嵌结构为主。由于原隧道开挖导致应力松弛，结构面间隙增大，易产生小规模的坍塌，处置不当易产生较大的坍塌，施工时有滴水渗入。综合评定等级为Ⅳ级，开挖和支护正常，条件较好。

2 电子数码雷管简介

数码电子雷管即为采用电子控制模块对起爆过程进行控制的雷管[2-3]。电子控制模块是置于数码电子雷管内部，具备雷管起爆延期时间控制、起爆能量控制功能，内置雷管身份信息码和起爆密码，能对自身功能、性能以及雷管点火元件的电性能进行测试，并能和起爆控制器及其他外部控制设备进行通信的专用电路模块。其作用原理是数码电子雷管专用起爆器对电子控制模块内部的电容进行充电，充电完成后下发起爆指令，电子控制模块内部的电容在接收到起爆器的起爆指令后对电子点火药头的桥丝放电，桥丝发热引燃点火药，点火药产生的火焰冲能引爆基础雷管，最后由基础雷管引爆炸药。

数码电子雷管、导爆管雷管以及工业电雷管在结构上存在很大差异，由于结构的不同，三种雷管在安全性、使用便捷性、使用经济性方面必然会存在差异,其对比详见图2。

图2 常用雷管性能对照表

每一项目按低中高，分别评定分为2分、4分和10分。经十二个方面比较数码电子雷管仅在价格上不占优，其他方面优势明显。

3 试验段Ⅳ级围岩电子数码雷管爆破设计

3.1 爆破参数设计[4-6]原则

（1）根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等编制光面爆破设计方案。

（2）根据围岩特点合理选择周边孔间距及周边孔的最小抵抗线，合理安排起爆顺序。

（3）确保小近距隧道爆破震动速度不大于2㎝/s。

3.2 试验性爆破参数

（1）洞内试验性爆破方案。在洞内原衬砌和岩石各钻10个1.6m深孔，分别装药用电子数码雷管起爆，测定振动速度。孔装药量分别为1.6kg、1.4kg、1.2kg、1.0kg、0.8kg（根据设计可能出现最大同时起爆药量确定），每次同时起爆两孔。

（2）试验洞原衬砌结构监测数据，详见表1。

（3）相邻洞监测数据，详见表2。

通过试爆振动监测数据，临洞振动要不大于2㎝/s，选择则单响装药量不能大于2kg为宜。

表1 试验洞爆破震动监测记录表

表2 相邻洞监测记录表

3.3 六部开挖法装爆破设计

以现爆破方法为基础布孔，孔位、孔深、孔径不变。六部开挖法施工顺序Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ，每步超前量控制在10m。详见图3。

3.3.1 爆破设计

原结构部分厚度600mm，根据前期爆破经验及效果，采用单排炮孔，间距670mm个。辅助孔按间距1000～1200mm设置，光面爆破孔按间距500mm设置，所有孔全部为直眼。第二部分与第一部分前后错开10m。第Ⅲ部分与第Ⅱ部分前后错开10m施工，第Ⅳ部分与第Ⅱ部分前后错开10m施工。每部分爆破参数设计见表3。

3.3.2 装药结构

下压拆除原结构和光爆孔除之外采用径向及环向不偶合装药结构，详见图4，以延长爆轰气体的作用时间，降低爆轰波的冲击强度，周边眼的径向不偶合系数应大于2，但应不致使药卷直径小于炸药的临界直径，导致炸药不稳定的爆轰。本隧道周边眼孔径为42mm，故选用∅25mm×200mm小直径药卷。除下压外的拆除孔、辅助眼和底部采用连续装药结构，详见图5。孔口炮泥堵塞长度大于20cm。

图3 隧道原位四周扩建六部开挖法

图4 光爆孔装药结构示意图

4 爆破安全性校核

4.1 爆破振速、齐发药量、距离三者关系计算式

根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定：建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地地质点峰值振动速度和主振频率两个指标。

表3 六部开挖法爆破参数设计表

图5 连续装药结构示意图

振动速度为：

式中：中硬岩K=200，α=1.7；试验药量控制Q=2.0kg；保护对象距离R=20m。

经计算，爆破振动速度1.819cm/s低于设计要求的既有隧道安全振动速度2.0cm/s，所以，本次爆破方案中，爆破振动对所有保护对象均是安全的。

4.2 爆破振动控制措施

（1）采用电子雷管起爆网络，除光爆孔外，均采用毫秒延时逐孔起爆，将单响药量减少到最低。

（2）开创良好的爆破自由面，设计合理的起爆网络，合理控制超深。

5 爆破振动实测与分析

5.1 检测内容和对象

本工程周边环境复杂，主要有两点：一是右洞爆破施工需保持左洞正常通行，而两洞最近距离仅20m；二是爆破不破坏未爆破部分隧道衬砌混凝土结构，爆破作业产生的震动和飞石不能影响原隧道结构安全。故确定本工程震动监测对象为左洞和原隧道衬砌。

其它构筑物和建筑物因距离较远，仅做理论分析和数据测算，推算结果符合要求。

5.2 UBOX-5016工程爆破智能监测仪简介

（1）性能指标：最高采样率：可同时达到50KSps/CH（带浮点放大）；200KSps/CH（不带浮点放大）；输入通道：3通道/台，BNC单端电压信号输入,多台可并行扩展；量程：±10V（测振范围±300mm/s）；测量精度误差：≤0.3%，各通道均可与传感器互换，具备通道自检、自校准动能，存储的采集数据、设置参数掉电不丢失。

（2）数据处理分析系统。最高振速：当测试数据导入进软件时，软件自动计算出振动信号的最大值。最高加速度：软件对采集的振动数据进行微分处理，自动计算出振动加速度的最大值。主振频率：软件对采集的振动数据进行FFT幅度分析，找出振幅最大点的频率值。V-p图：根据萨道夫斯基公式，在前期数据结果的基础上得到的振速与装药量和距离比值之间的线性关系度，此图越接近直线说明测试的数据越准确。振速预测：根据萨道夫斯基公式，在前期数据结果的基础上以图形形式预测在不同的装药量和距离下，爆破冲击产生的振动速。安全距离预测：根据萨道斯基公式，在前期数据结果的基础上一图形的形式预测在确定的安全振速下不同的装药量要求的安全距离。装药量预测：根据萨道斯基公式，在前期数据结果的基础上一图形的形式预测在确定的安全振速和距离下的最大装药量。

5.3 测点布置和埋设

临近小净距隧道：布置在同一橫断面上，三个通道，其中墙部衬砌布两个点，底板布一个点。

5.4 数据分析与结论

试验性爆破振动数据分析对比见表4。

实测数据小于规定值，也小于试验性爆破时的振动速度，证明数码雷管起爆破时间选择合理，具有干扰减震作用。

表4 爆破振动安全允许标准比对表

数码电子雷管在楼山隧道既有支撑拆除及爆破开挖中，试验实测与项目成果对比分析表明，既有隧道的最大爆破速度为1.782cm/s，洞内支护及洞外仰坡未见开裂、渗漏水或较大变形情况出现。每排炮进尺和周边轮廓尺寸符合设计要求，既有隧道衬砌的质点震动速度控制要求范围内，对既有隧道运营基本没有造成任何破坏，满足工程需要。

6 结语

（1）楼山隧道采用数码电子雷管后，增大了起爆段别、降低了炸药起爆药量，同时选择合适的起爆时间，振动互相干扰，起到了干扰减震效果。经实测，既有隧道衬砌的质点震动速度控制也在要求范围内，而且隧道岩土体整体性较好，不平整度以及平均超欠挖量在允许范围以内，岩面上用肉眼看不见明显裂缝，爆破后的岩石块体及衬砌大小适中，爆破效果达到施工预期要求，可以推广应用。

（2）现场监测条件限制导致监测结果准确性有待提高。由于既有隧道交通开放，没有足够的操作空间，爆破测振仪无法准确安放在隧道拱脚及拱顶位置，这就导致监测位置离监测关键点有一定距离，无法获取足够多关键点准确监测结果。