[科普中国]-钻孔爆破法

钻孔爆破法指通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，简称钻爆法。钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低，尤其适合岩石坚硬的洞室施工。

钻孔爆破法概述这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。

钻孔爆破法一直是地下建筑物岩石开挖的主要施工方法。这种方法对岩层地质条件适应性强、开挖成本低，尤其适合岩石坚硬的洞室施工。钻孔爆破法开挖地下建筑物，应根据设计要求、地质情况、爆破材料及钻孔设备等条件作好爆破设计。

钻爆设计的主要任务是：①确定开挖断面的炮孔布置，包括各类炮孔的位置、深度及方向；②确定各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式；③确定各类炮孑L的起爆方法和起爆顺序。

露天开挖爆破比较，地下洞室岩石开挖爆破施工有如下主要特点：

(1)因照明、通风、噪声及渗水等影响，钻爆作业条件差；钻爆工作与支护、出渣运输等工序交叉进行，施工场面受到限制，增加了施工难度。

(2)爆破自由面少，岩石的夹制作用大，增大了破碎岩石的难度，使岩石爆破的单位耗药量提高。

(3)爆破质量要求高。对洞室断面的轮廓形成一般均有严格的标准，控制超挖、不允许欠挖；必须防止飞石、空气冲击波对洞室内有关设施及结构的损坏；应尽量控制爆破对围岩及附近支护结构的扰动与质量影响，确保洞室的安全稳定。1

掘进方式1、全断面掘进法，整个开挖断面一次钻孔爆破，开挖成型，全面推进。在隧洞高度较大时，也可分为上下两部分，形成台阶，同步爆破，并行掘进。在地质条件和施工条件许可时，优先采用全断面掘进法。

2、导洞法，先开挖断面的一部分作为导洞，再逐次扩大开挖隧洞的整个断面。这是在隧洞断面较大,由于地质条件或施工条件,采用全断面开挖有困难时,以中小型机械为主的一种施工方法。导洞断面不宜过大，以能适应装碴机械装碴、出碴车辆运输、风水管路安装和施工安全为度。导洞可增加开挖爆破时的自由面，有利于探明隧洞的地质和水文地质情况，并为洞内通风和排水创造条件。根据地质条件、地下水情况、隧洞长度和施工条件，确定采用下导洞、上导洞或中心导洞等。导洞开挖后，扩挖可以在导洞全长挖完之后进行，也可以和导洞开挖平行作业。

3、分部开挖法，在围岩稳定性较差，一般需要支护的情况下，开挖大断面的隧洞时，可先开挖一部分断面，及时做好支护，然后再逐次扩大开挖。用钻爆法开挖隧洞，通常从第一序钻孔开始，经过装药、爆破、通风散烟、出碴等工序，到开始第二序钻孔，作为一个隧洞开挖作业循环。尽量设法压缩作业循环时间，以加快掘进速度。20世纪80年代，一些国家采用钻爆法在中硬岩中开挖断面面积为100㎡左右的隧洞,掘进速度平均每月约为200m。中国鲁布革水电站工程，开挖直径8.8m的引水隧洞,单工作面平均月进尺达231m,最高月进尺达373.7m。

运用实例勘察信息位于下游干流上某水电站是一座低水头径流式电站，厂房为河床式，设计装机容量 3×1.8 万 KW，汛期电站存在大坝溢流问题， 运行表明，厂房尾水位高于设计原尾水位， 严重影响机组出力和发电效益，经分析论证，拟进行尾水渠疏挖改造。

工程项目和工作范围：本次疏挖工程由两部分组成：拆除尾水渠右侧部分砼导墙，该 导墙长约 45m，墙顶高程▽52.0 m，厚 1.5 m，分上下两段，每段长约 22.5m，拆除伸缩缝 下游侧的一段，拆至高程▽45.0m；疏挖导墙内渠底和导墙下游约 100 m 范围内的河床，从 上至下疏挖宽度为 45～70 m，疏挖后底高程约为▽43.0～▽42.5 m，但不高于▽43.0 m。该 段疏挖河床大部为板岩，部分为砂卵石。

爆破和疏挖工程施工要求：本工程施工过程中，由于正直电厂 2#机组大修，机组流道 中没有充水，因此，设计中应考虑水下爆破施工可能对机组检修闸门造成的影响。施工中提 高爆破效率，降低爆破震动和飞石对附近建筑物的破坏影响，是影响工程施工进度和安全的关键所在。

水下爆破施工根据信息论的观点，根据以往类似工程经验和投入工程水下钻爆机械设备力量综合考 虑，对水下爆破选用钻孔爆破法施工。其施工工艺流程如下：爆破设计→锚定钻孔作业平台→移机就位→确定孔深→套管护孔→钻孔→成孔冲洗→ 测量验孔→装药→连线→平台撤离→起爆信号→起爆、震动监测→爆破效果检查→解除警戒。

施工中的几项主要技术措施分述如下： 钻孔作业平台设计制作浮箱式简易起升钻爆作业平台船(16 m×6 m)。作业平台采用钢体浮箱结构，两浮 箱间距 5 m。浮箱内径 Φ1 100 mm，单长 12 m，扣除浮箱、平台钢结构自重，浮力约为15t。通过槽钢、工字钢将两浮箱焊接为承载钻机及附属设备的船体[2]。潜孔钻钻机由脚手 架钢管铰接固定在平台上，组成钻机作业平台。浮箱两侧各向外伸出 0.5 m，另外焊接两个 小平台，可供 4 台 KQ-100 型潜孔钻机工作之用。为加快钻机就位速度，钻机平台可沿槽钢轨道滑动移位。测量定位后，采用 8 只铁锚及 100 m以上的锚绳，由机动小驳船牵引到达爆破区域后，依靠船上人工收缩锚绳配合准确就位。利用 5t手拉葫芦人工控制将 4 根立柱(Φ240mm)沉入河底，使钻孔平台升起基本脱离 水面，此时整个钻孔平台上的荷载完全支承在 4 根钢管立柱上。钻孔施工时，不会受到波浪 起伏的影响，保证成孔质量。钻孔平台移位时，先收回立柱，使钻孔平台浮在水面上，此时 通过拉动锚绳将平台移到下一钻孔位置施工。

钻孔设备及爆破器材的选择

（1）钻孔设备的选型

由于水下钻孔爆破，加之水面上的限制，选用 KQ-100 潜孔钻机钻孔，孔径 Φ90 mm。

（2）钻孔附属机构

水下爆破条件采用垂直钻孔作业。钻孔机具选用 KQ -100 型潜孔钻，，药卷为 Φ70 mm， 炸药选用抗水性能良好的乳化炸药。为保证钻孔后的装药和清孔，在钻孔之前，先将 1 根下 端带有环形(钻径 Φ117 mm)的中空套管钻透覆盖层(淤泥层)，并钻入基岩一定深度，然后 在套管中下钻杆，在基岩中进行钻孔。为确保开挖达到设计深度，钻孔应有一定的超钻深度， 超钻深度取 1. 0～1.5 m，即实际钻孔深度为 1.5 m～4.5 m。

（3）爆破器材的品种选取。

选用具有防水性能良好的乳化炸药，装入 Φ80mmPVC 管中。非电雷管用“双高”雷管。 起爆网络采用孔内高段位、孔外低段位毫秒微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。为确 保安全，用粗砂将炮孔堵满，防止冲炮。在每只爆孔孔口用砂袋封口覆盖，砂袋系一浮球露 出水面，其作用:①作为爆破孔位标记，便于集中装药；②装药后便于连接导爆管脚线没， 形成起爆网络。

（4）导爆管的放置。 在水中放置浮胎，使其固定地飘浮在水面上，将“每船同排”的导爆管按绑在一只轮胎上，按照“从后到前的顺序”将轮胎上的导爆管用“同段”非电雷管连接起来，为了不使传爆雷管将 其他导爆管炸断造成拒爆现象，连接时应将雷管置于浮胎上面，并用泡沫盒包住扎紧，不能浮在水面随波漂移。

安全校核水下爆破所产生的危害表现为爆破地震效应、水中冲击波效应、空气冲击波效应和水面波浪效应。

爆破效果爆破后，岩石破碎块度理想，水下清渣顺利，经检验，对闸门及周围建筑物无影响。

本词条内容贡献者为:

杨明 - 副教授 - 西南大学