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摘要：隧道爆破开挖要达到理想效果关键在掏槽爆破成功与否，文章以半山隧道为例,详细介绍了大空孔螺旋掏槽爆破参数选取、合理装药参数。大空孔螺旋掏槽爆破围岩以大空孔为第二自由面开裂、破碎实现掏槽，炮孔利用率大大提高，对隧道掘进循环进尺、降低爆破成本、控制爆破震动等有着决定性的影响。
关键词：大空孔；螺旋掏槽爆破；应用
Abstract: The tunnel blasting excavation to achieve the desired effect lies in the cut blasting success, the mid tunnel, for example, described in detail the parameters of a big empty hole spiral cut blasting parameter selection, reasonable loaded drug. Big empty hole spiral cutting blasting rock big empty hole of the second free surface cracking, crushing undercutting, greatly improving the utilization of blast holes, the tunneling cycle footage, reducing the cost of blasting, controlled blasting vibration has a decisive influence.Keywords: big empty hole; spiral cut blasting; application
中圖分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
一、工程概况
杭州秋石快速路二期半山隧道呈南北走向，穿越半山、老虎山，是杭州“二绕三纵五横”的重要组成部分，左线隧道长2200m，右线隧道长2191m，设计为上下行分离式双向六车道。单洞断面净宽15.25m，净高8m，最大开挖断面169m2。围岩主要为微风化泥盆系西湖组石英砂岩、含砾砂岩夹粉砂质泥岩，等级为Ⅲ级，整体性较好，裂隙稍发育。同时半山隧道成27°下穿既有输油管线隧道，最小净距为26m，输油管线隧道未进行任何支护。
二、隧道开挖方法
隧道开挖断面面积较大，坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，同时为满足工程“安全、快速、经济”的目标，经方案必选，采用CD法进行开挖，每开挖一循环进尺控制在3.0m以内，且左右线错开爆破，严禁同时起爆。
三、掏槽方式选取
隧道掏槽爆破不仅要考虑尽量减小爆破震动，而且要达到掏槽效果，为后续炮孔的爆破提供较好的自由面，所以掏槽爆破成功与否是隧道爆破施工的关键。为了能较好实现本工程掏槽爆破，根据现场的钻孔设备，经方案必选，决定采用不受隧道断面限制、可进行较深炮孔爆破、增加循环进尺、掏槽效果较好的大空孔螺旋掏槽。掏槽中的大空孔不仅起到爆破定向作用，同时为掏槽孔提供第二自由面，为围岩破碎提供补偿空间。
四、掏槽孔设计
1．爆破器材选取
爆破器材选用2#岩石乳化炸药，药卷直径φ=32mm,药卷长度 200mm,重量 200g；雷管采用高精度的非电毫秒雷管（1～8段）。
2.孔径、孔深选取
掏槽孔直径为：d=42mm，孔深3.5m；掏槽区中心位置空孔直径为：D=120mm，孔深3.8m。
3.孔参数选择
3.1掏槽孔与大空孔间距确定
考虑爆破后的石碴能完全抛掷出，从而为下一步周边孔爆破提供较好的临空面，根据兰格福斯公式计算首爆孔与空孔距离:
式中：E1——掏槽孔与大空孔间距，mm；
D——大空孔直径，取D=120mm；
d——掏槽孔直径，取d=42mm；
K——岩石膨胀系数，取1.6；
Ø——炮孔装药系数，取0.8。
上述公式经过计算得：
根据兰格福斯公式计算首爆孔最优抵抗线：
兰格福斯理论，首爆孔自由面宽度即为空孔半径R，为60mm。
确定首爆孔与空孔距离和自由面宽度后，如图1所示，则第二炮孔自由面宽度即为首爆孔到空孔距离。
根据根据兰格福斯公式计算其他掏槽孔最小抵抗线（见表1）。
式中：W——炮孔最小抵抗线，m；
E——炮孔自由面宽度，m；
K——岩石膨胀系数，取1.6；
ɳ——爆破补偿系数，两个自由面时取0.83 。
图1 大空孔螺旋掏槽孔布置及起爆顺序图
表1 掏槽孔参数表
3.2 装药集中度计算
每个掏槽孔药包爆破能量为抵抗线范围内的围岩破碎的能量。根据兰格福斯掏槽孔装药集中度计算经验公式计算首爆孔装药集中度la和其他掏槽孔装药集中度lb:
式中:la,lb——掏槽孔装药集中度，kg/m
E1——掏槽首爆孔与空孔距离，m；
D——大空孔直径，m；
Ɵ——空孔角的一半，°，即掏槽首爆孔和空孔中心连线与切线夹角，经绘图计算为21°。
将有关数据代入上述公式，计算出掏槽孔首爆装药集中度见表2。
3.3 堵塞长度确定
填塞炮泥的长度和质量及材料会直接影响爆炸应力波参数，进而影响围岩破碎过程和炸药能量的有效利用，根据以往经验掏槽孔堵塞长度确定为30cm。
3.4装药量计算
单孔装药量：
式中：L——掏槽孔孔深，m；
l——堵塞长度，m。
总装药量：Q=q1+q2+……q8=16.1kg。
装药结构根据计算出的每个掏槽孔装药集中度确定，采用间隔装药、连续装药结构装药，见表2。
表2掏槽孔装药集中度及装药结构
4.爆破震动安全验算
本工程因保护输油管线隧道，防止输油管线隧道被震坍、输油管被震裂，允许最大爆破震动安全速度2.0 cm/s。根据萨道夫斯基公式，最大段装药量为：
V = K（Q 1/3/R）α
式中：R——爆破安全距离，26m；
Q——最大一段装药量，2.6kg；
K——与地质、地形件因素有关的系数，取150；
α——震动波衰减指数，取1.5。
经过计算，V =1.8 cm/s<2.0 cm/s，满足要求。
5．爆破微差时间间隔及雷管布置
合理的设计起爆时差，即避免相邻段位雷管起爆时产生爆破震动波叠加效应，降低爆破震动，达到控制目的，结合国内外经验及现场爆破试验，选取△t=25ms，各掏槽孔雷管采用非电毫秒雷管，1～8段，布置与孔序号相同。
五、结论与分析
半山隧道爆破施工采用大空孔螺旋掏槽爆破技术，取得了较好的掏槽效果，炮孔利用率达到90%，解决了以往掏槽爆破随意装填药量问题，通过理论计算与实际结合，得出合理装药量，降低了爆破成本，取得了较好的掏槽效果，加快了隧道开挖进度，同时爆破震动得到控制，通过监测，爆破震动最大速度为1.8cm/s,未超过允许最大值2.0 cm/s，降低爆破风险。在实际施工过程中，视掏槽情况适当在空孔底部装填0.5—1.0kg药包，以克服底部围岩夹子制作用过大问题。本工程掏槽爆破参数选用方法可作为以后类似工程的参考。
参考文献：
[1]杨军，陈鹏万，胡刚 。《现代爆破技术》（北京理工大学出版社），2005年。
[2]张艳涛，金焰。大直径螺旋掏槽爆破施工技术应用，重庆建筑，2010（9）。
[3]李萍。渐进式大直径空孔螺旋掏槽爆破参数的研究，武汉理工大学，2010年。
关键词：大空孔；螺旋掏槽爆破；应用
Abstract: The tunnel blasting excavation to achieve the desired effect lies in the cut blasting success, the mid tunnel, for example, described in detail the parameters of a big empty hole spiral cut blasting parameter selection, reasonable loaded drug. Big empty hole spiral cutting blasting rock big empty hole of the second free surface cracking, crushing undercutting, greatly improving the utilization of blast holes, the tunneling cycle footage, reducing the cost of blasting, controlled blasting vibration has a decisive influence.Keywords: big empty hole; spiral cut blasting; application
中圖分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
一、工程概况
杭州秋石快速路二期半山隧道呈南北走向，穿越半山、老虎山，是杭州“二绕三纵五横”的重要组成部分，左线隧道长2200m，右线隧道长2191m，设计为上下行分离式双向六车道。单洞断面净宽15.25m，净高8m，最大开挖断面169m2。围岩主要为微风化泥盆系西湖组石英砂岩、含砾砂岩夹粉砂质泥岩，等级为Ⅲ级，整体性较好，裂隙稍发育。同时半山隧道成27°下穿既有输油管线隧道，最小净距为26m，输油管线隧道未进行任何支护。
二、隧道开挖方法
隧道开挖断面面积较大，坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，同时为满足工程“安全、快速、经济”的目标，经方案必选，采用CD法进行开挖，每开挖一循环进尺控制在3.0m以内，且左右线错开爆破，严禁同时起爆。
三、掏槽方式选取
隧道掏槽爆破不仅要考虑尽量减小爆破震动，而且要达到掏槽效果，为后续炮孔的爆破提供较好的自由面，所以掏槽爆破成功与否是隧道爆破施工的关键。为了能较好实现本工程掏槽爆破，根据现场的钻孔设备，经方案必选，决定采用不受隧道断面限制、可进行较深炮孔爆破、增加循环进尺、掏槽效果较好的大空孔螺旋掏槽。掏槽中的大空孔不仅起到爆破定向作用，同时为掏槽孔提供第二自由面，为围岩破碎提供补偿空间。
四、掏槽孔设计
1．爆破器材选取
爆破器材选用2#岩石乳化炸药，药卷直径φ=32mm,药卷长度 200mm,重量 200g；雷管采用高精度的非电毫秒雷管（1～8段）。
2.孔径、孔深选取
掏槽孔直径为：d=42mm，孔深3.5m；掏槽区中心位置空孔直径为：D=120mm，孔深3.8m。
3.孔参数选择
3.1掏槽孔与大空孔间距确定
考虑爆破后的石碴能完全抛掷出，从而为下一步周边孔爆破提供较好的临空面，根据兰格福斯公式计算首爆孔与空孔距离:
式中：E1——掏槽孔与大空孔间距，mm；
D——大空孔直径，取D=120mm；
d——掏槽孔直径，取d=42mm；
K——岩石膨胀系数，取1.6；
Ø——炮孔装药系数，取0.8。
上述公式经过计算得：
根据兰格福斯公式计算首爆孔最优抵抗线：
兰格福斯理论，首爆孔自由面宽度即为空孔半径R，为60mm。
确定首爆孔与空孔距离和自由面宽度后，如图1所示，则第二炮孔自由面宽度即为首爆孔到空孔距离。
根据根据兰格福斯公式计算其他掏槽孔最小抵抗线（见表1）。
式中：W——炮孔最小抵抗线，m；
E——炮孔自由面宽度，m；
K——岩石膨胀系数，取1.6；
ɳ——爆破补偿系数，两个自由面时取0.83 。
图1 大空孔螺旋掏槽孔布置及起爆顺序图
表1 掏槽孔参数表
3.2 装药集中度计算
每个掏槽孔药包爆破能量为抵抗线范围内的围岩破碎的能量。根据兰格福斯掏槽孔装药集中度计算经验公式计算首爆孔装药集中度la和其他掏槽孔装药集中度lb:
式中:la,lb——掏槽孔装药集中度，kg/m
E1——掏槽首爆孔与空孔距离，m；
D——大空孔直径，m；
Ɵ——空孔角的一半，°，即掏槽首爆孔和空孔中心连线与切线夹角，经绘图计算为21°。
将有关数据代入上述公式，计算出掏槽孔首爆装药集中度见表2。
3.3 堵塞长度确定
填塞炮泥的长度和质量及材料会直接影响爆炸应力波参数，进而影响围岩破碎过程和炸药能量的有效利用，根据以往经验掏槽孔堵塞长度确定为30cm。
3.4装药量计算
单孔装药量：
式中：L——掏槽孔孔深，m；
l——堵塞长度，m。
总装药量：Q=q1+q2+……q8=16.1kg。
装药结构根据计算出的每个掏槽孔装药集中度确定，采用间隔装药、连续装药结构装药，见表2。
表2掏槽孔装药集中度及装药结构
4.爆破震动安全验算
本工程因保护输油管线隧道，防止输油管线隧道被震坍、输油管被震裂，允许最大爆破震动安全速度2.0 cm/s。根据萨道夫斯基公式，最大段装药量为：
V = K（Q 1/3/R）α
式中：R——爆破安全距离，26m；
Q——最大一段装药量，2.6kg；
K——与地质、地形件因素有关的系数，取150；
α——震动波衰减指数，取1.5。
经过计算，V =1.8 cm/s<2.0 cm/s，满足要求。
5．爆破微差时间间隔及雷管布置
合理的设计起爆时差，即避免相邻段位雷管起爆时产生爆破震动波叠加效应，降低爆破震动，达到控制目的，结合国内外经验及现场爆破试验，选取△t=25ms，各掏槽孔雷管采用非电毫秒雷管，1～8段，布置与孔序号相同。
五、结论与分析
半山隧道爆破施工采用大空孔螺旋掏槽爆破技术，取得了较好的掏槽效果，炮孔利用率达到90%，解决了以往掏槽爆破随意装填药量问题，通过理论计算与实际结合，得出合理装药量，降低了爆破成本，取得了较好的掏槽效果，加快了隧道开挖进度，同时爆破震动得到控制，通过监测，爆破震动最大速度为1.8cm/s,未超过允许最大值2.0 cm/s，降低爆破风险。在实际施工过程中，视掏槽情况适当在空孔底部装填0.5—1.0kg药包，以克服底部围岩夹子制作用过大问题。本工程掏槽爆破参数选用方法可作为以后类似工程的参考。
参考文献：
[1]杨军，陈鹏万，胡刚 。《现代爆破技术》（北京理工大学出版社），2005年。
[2]张艳涛，金焰。大直径螺旋掏槽爆破施工技术应用，重庆建筑，2010（9）。
[3]李萍。渐进式大直径空孔螺旋掏槽爆破参数的研究，武汉理工大学，2010年。