中铁十四局集团第二工程有限公司 山东省泰安市 123000
提要：济南市1029工程3#出入口断面小，地下坑地道爆破开挖存在进尺短，爆破效果差，靠近掌子面的开挖轮廓线经常出现欠挖现象。分析该现象产生的原因，并结合现场实际情况重新进行爆破设计。通过实践证明，直眼掏槽技术在小断面坑地道施工中得到了预期的开挖效果，为今后小断面坑地道工程施工积累了经验。
关键词：直眼掏槽 小断面 坑地道 爆破技术
1.工程概述
1.1工程概况
某项目为地下坑道式工程，共设有三个出入口，3#坑地道开挖断面主要为3.4m×4.15m（宽×高）-3.4m×6.15m（宽×高）不等。3#出入口承担施工任务长达773m，因竖井通风道位于3#坑地道，采用反开挖方案施工，因此3#出入口成为该工程施工的关键线路，该通道断面小，坑地道较长，施工难度大。
3#出入口地质剖面图显示，洞口段覆盖层为含碎石的粉质粘土，洞身为中风化石灰岩，灰色，隐晶质结构，中厚层状结构，主要为方解石组成，其次为白云石，围岩级别为IV级。地下水不发育，主要靠大气降水补给，洞身开挖条件较好。
2.爆破方案的初选与优化
2.1楔形掏槽
由于3#出入口开挖断面较小：3.4×6.15m，无法进行多台钻机同时钻孔，洞口段围岩为V类，采用两台阶法施工。前期按坑地道施工原则：小进尺、弱爆破。开挖方案采用上下台阶施工，爆破开挖初选为楔形掏槽的爆破开挖方式，并制定上台阶爆破参数，根据规范不同围岩的装药系数进行计算，并结合现场爆破效果调整爆破参数至最优。上台阶楔形掏槽爆破主要经济技术指标如下，设计钻孔深度1.7m，实际每循环进尺每循环进尺1.4m，炮孔利用率82.3％，开挖量22.20m³，炸药单耗2.39kg。爆破参数如表1所示。
2.2施工过程遇到的问题
开挖进行到A17-22+45以后，掌子面围岩岩性及完整性转好，经过现场五方确认及第三方检测超前地质预报结果确定围岩为IV级，为了保证进度，炮孔深度增加至2.2m，药量相应增加至83.6kg。但爆破效果较差，每循环进尺不足1.6m，炮孔利用率非常低，且临近掌子面的开挖线经常欠挖补炮，增加了每循环进尺的时间，不仅造成了火工品的浪费，且进度缓慢。
表1 楔形掏槽上台阶爆破参数
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针对爆破效果差，炮孔利用率低、超欠挖等不良现象的高频出现等问题，项目部积极组织，邀请爆破公司专家以及施工经验丰富的工班长进行会议讨论。找出爆破存在问题的主要原因：
（1）岩层节理裂隙发育呈层状结构，爆破时炸药聚能效果差。
（2）洞宽较小，当增加炮孔深度后，掏槽孔在眼底距离太近，造成掏槽眼未形成凌空面，辅助眼最小抵抗线过大且不均匀，不能按预期爆出。
（3）工人钻孔过程较随意，小断面布眼须精确，工人未能严格按交底开眼、定位角度要求施工。
（4）钻孔深度加深后，施工辅助眼时风枪向两侧倾斜严重，由于空间不足造成工人相互干扰，影响钻孔的质量。
经过多方讨论得出，造成进尺不足的主要原因在于掏槽形成的临空面深度不足，造成炮孔利用率低；断面开挖宽度小，掏槽形成后，造成辅助眼的最小抵抗线不均匀，轮廓线超欠挖不可控。现场踏勘，查阅相关小断面开挖技术资料，综合现场围岩情况最终制定了九孔梅花中空直眼掏槽的爆破方案。
2.3直眼掏槽钻爆作业
直眼掏槽就是一组掏槽眼均垂直于掘进面，其中存在一个或多个不装药的空眼，空眼起释放岩石应力及储存岩石的作用。它的主要优点是，尽管断面小，也能实现深孔作业，所有炮眼都平行，钻眼方便，爆破时抛掷距离短。主要施工工艺如下：
（1）钻孔前准备
测量放线根据技术交底进行测量放样，准确定位炮孔位置，尤其是掏槽眼相对位置，误差不得大于1cm，用红色喷漆喷点，使得钻工有明确的开眼位置。采用简易台架进行钻孔作业，相比楔形掏槽炮孔数量多，相应增加钻孔人数，分配并固定作业区域，对工人进行详细的交底。因掏槽眼开孔位置及钻孔角度等精度要求非常高，中间掏槽孔选择经验丰富，技术水平高的司钻工。钻孔过程中严格盯控，力争钻孔的位置及角度满足钻爆设计要求。
（2）钻孔要求
按测量放线的炮孔布置开孔，当受节理裂隙影响时，可对开孔位置稍作移动，其中周边眼不得超出开挖轮廓线，辅助眼尽量上下移动，以减少对最小抵抗线的改变，中心直眼掏槽部分不得做任何改变，当空孔出现窜孔现象，则该孔装药。
所有炮眼之间要相互平行，且须垂直掌子面，周边眼及辅助眼深度控制在垂直于坑地道轴线的同一平面上，掏槽眼略深于辅助眼15cm左右。
（3）装药爆破
清孔后，由爆破技术人员对现场进行钻孔质量检查，并签发炸药。装药过程由爆破员全程跟踪，严格按照爆破技术人员制定的装药结构及装药量进行装药（掏槽眼留中心空孔，周围八孔隔孔装药），严禁随意改变段位及药量。装药完成后由爆破员进行雷管段位的复检，并做好记录方可进行连线起爆。
2.4爆破参数的确定
根据楔形掏槽经验，确定围岩炸药单耗 2.3kg/m³。根据施工方案交底，确定循环进尺2.2m，那么炮孔深度2.3m，掏槽眼深度2.4m。采用等直径空眼时，眼间距为眼直径的2倍~4倍，除中空孔不装药外，周围八孔隔孔装满。并结合本工程围岩实际确定掏槽眼间距15cm，中空眼直径5cm，其他炮眼直径采用4.2cm。根据规范不同围岩的装药系数进行计算，并结合现场爆破效果调整爆破参数至最优。爆破参数、炮孔布置如下：
图1炮孔布置图（图中序号为雷管段别）
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表2 直眼掏槽爆破参数
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表2为九孔梅花中空掏槽爆破参数，设计炮孔深度2.4m，每循环进尺2.2m，炮孔利用率91.6％，开挖量34.89m³，炸药单耗2.12kg。
3.优缺点分析
（1）优点：直眼掏槽的特点是掏槽眼都垂直于开挖面上，各炮眼之间保持平行，有利于钻眼施工；炮孔利用率高，岩块均匀，爆堆抛掷距离短，不易损坏周围的机械设备；炮眼深度不受断面的限制，便于钻孔、深孔爆破施工作业，对围岩较好的地段可大大增加单循环开挖进尺；因最小抵抗线的分配相对均匀，能够大大提升光面爆破效果，减少超欠挖现象。
（2）缺点：要形成中间桶状临空面，须增加炮孔数量；掏槽眼间距小，且炮孔之间要保持平行，并且要垂直于掌子面，对钻孔的技术要求高；一旦掏槽失败，整个断面全部不能爆出，受掏槽眼起爆效果影响较大。
4.施工注意事项
（1）空眼和装药眼之间的距离不宜超过爆破破碎圈的范围。
（2）为保证掏槽效果，一般掏槽眼应略大于辅助孔10-20cm，且掏槽孔设置在掌子面的最佳位置，即掌子面的中心。
（3）增加中心掏槽的空眼数目，能够提供较好的掏槽效果，现场应根据不同的围岩状况确定空眼数目，一般情况岩石硬度越大，相应增加空眼数目。
（4）掏槽眼间距较小，极易出现钻孔偏差，测量放样要精确，必须安排经验丰富且水平高的司钻工。
（5）为了提高掏槽效果，采取反向装药结构，使得掏槽破碎残渣抛出。
（6）直眼掏槽线性装药密度为1，即装满炸药，且采用两只同段位雷管起爆，避免盲炮现象。
（7）掏槽孔的起爆与否，直接关系到凌空面的产生，十分关键，装药孔必须满装药，且增加两个雷管，防止因掏槽出现盲炮而造成功亏一篑。
5.效果分析
在采用九孔梅花中空直掏爆破技术方案后，整体爆破效果显著提高，提高了工程进度，增加了经济效益。
（1）坑地道断面小，楔形掏槽空间不足，工人钻孔互相影响。直眼掏槽利用增加中空眼数量来形成临空面，保证了小断面隧道爆破进尺，同时“欠挖超挖”现象也得到了改善。经过反复的实践探索，使得直眼掏槽顺利应用于现场，加快了施工进度。
（2）针对小断面的施工难点和不同的进尺要求配套不同的爆破掏槽方式方式，尽管每循环的钻孔工作量增加，加大了钻孔的时间，但爆破的炮孔利用率从原来的82.3％提高到了91.6％，并且降低了炸药的单耗，总体效益明显。
（3）爆堆抛掷距离短，大块率较楔形掏槽低，爆后的破碎效果较楔形掏槽有了很大的提高，从而提高了出渣的施工效率和清运速度，缩短了循环时间，从机械设备保养和提高进度两方面有明显成效。
6.结束语
因爆破作业的灵活性，经济性，目前仍作为坑地道开挖施工的普遍方法。针对项目坑地道特点采用九孔梅花中空直孔掏槽爆破技术，尽管钻孔水平要求较高，也存在着一些问题，但大部分问题都能通过加强管理和合理化改良得到解决。技术人员通过不断地进行施工、总结，从炮孔利用率、爆堆大块率、超欠挖控制等方面取得了丰富的经验。项目根据工期紧任务重的形势，综合考虑围岩等级，利用直眼掏槽爆破开挖技术有效提高循环进尺，保证了工期增加了经济效益，收到了业主和监理的一致认可。
参考文献：
[1]王俊义.金属矿山井巷工程中直眼掏槽技术应用研究中文科技期刊，2016
[2]刘超.大直径直眼掏槽钻爆施工技术的应用 科技视界，2013
[3]石回春.直眼掏槽中深孔爆破技术在掘进中的应用 能源与环境，2009
[4]陈寿如.直眼掏槽爆破参数设计讨论 采矿技术，2005