【摘要】为了能够使隧洞开挖爆破钻孔利用率得以提升，并且对开挖的成本进行控制，就需要对使隧洞开挖钻孔利用率受到影响的因素进行分析。笔者以自己多年的生活经验为根据，对提升隧洞开挖钻孔利用率的方法进行了总结和归纳。利用这些方法能够使钻孔利用率偏低的问题得到有效的解决，同时这些方法在各类围岩隧洞开挖中都比较适用。
【关键词】隧洞；硬岩；钻孔利用率
在开挖硬质岩石隧洞的过程中，因为岩石具有一定的韧性，所以采用爆破的利用率往往比较低。在硬岩开挖中钻孔利用率偏低的问题非常普遍，其除了使爆破成本得以提升之外，同时还使得施工的进度和空气受到了严重影响。所以必须要认真的分析和研究隧洞开挖爆破钻孔利用率的提升方法。
1.增加掌子面掏槽面积
掌子面掏槽面积的大小在隧洞开挖爆破设计中在很大程度上决定了钻孔利用率。如果增大掌子面掏槽面积，也就会相应的增多掏槽孔数量和掏槽孔排数，这样就能够将较大的掏槽空腔临空面创造出来。不管是掏槽深度也好，还是掏槽环向面积都会得以扩大，这样在周围崩落孔随后起爆时就能够很好的将孔底岩石的夹制作用和环向作用克服掉。如图1所示，其中原设计内掏槽用1来表示；原设计外掏槽用2来表示；新增掏槽用3来表示；原设计掏槽爆破后底面用4来表示；出现裂隙和松动的岩体用5来表示；新增掏槽爆破后底面用6来表示。在掏槽 1、掏槽 2 这两排原设计的掏槽孔爆破之后，在高压气体和暴风压力的共同作用下，一定深度内的残留掩体会出现松动和裂隙。相对于常规崩落孔而言，新增的掏槽孔不管是在排距上，还是在孔距上都要小很多，而且其也具有较大的单孔药量，因此就产生了远高于常规崩落孔的粉碎能力。掏槽孔爆破后残留的岩体会在新增掏槽孔的高速岩块撞击和起爆冲击压力发生脱落，这样就使得掏槽孔底残留得以减少，并且使掏槽空腔深度得以加大。周围的崩落孔由于增大的掏槽空腔深度而产生了更深的临空面，从而使周围崩落孔的残孔得以有效减少，因此，增加掏槽面积就可以使钻孔利用率得以提升。
2.转换掏槽方式
目前最常用的隧洞开挖施工掏槽方式主要包括两种，也就是直孔掏槽和楔形掏槽。大量的实践表明，如果岩石具有较好的韧性、完整、坚硬致密的特点，就算掏槽孔可以达到40到50公分的排距和孔距，而且除了必要的填塞长度外将炸药全部装满，还是无法取得良好的掏槽效果。面对这种情况就可以对掏槽方式进行转换，选择直孔掏槽的方式，最好是选择六空孔平行直孔掏槽。周围空孔间与的中心装药孔只具有2―4公分的岩石厚度，各空孔间也具有2―4公分的岩石厚度，采用0.9 的装药系数设置中心装药孔就能够绝对实现掏槽空腔；内圈扩槽孔仅仅具有15―18公分的抵抗线，采用0.8的装药系数设置中心装药孔就能够实现内圈扩槽；外圈扩槽孔仅仅具有40―43公分的抵抗线，而中圈扩槽孔仅仅具有20―23公分的抵抗线，采用0.8的装药系数设置中心装药孔就能够绝对粉碎抵抗岩石，从而能够达到百分百坚硬岩石掏槽的钻孔利用率[1]。
3.对掌子面形状进行调整
在传统的隧洞开挖观念中，一般都要求平齐的掌子面，而且还要尽可能的在同一垂直平面内布置钻孔孔底，这样就会对钻孔施工作业非常有利。但是如果岩石具有较好的韧性、完整、坚硬致密的特点，这时候不管选择任何钻爆方式都无法保证实现100%的钻孔利用率。某工程在开挖隧洞的工作实践中将传统的观念打破，采用对掌子面形状进行调整的方式，将一种“水平 V 形掌子面”的概念提了出来，从而使这一技术难题得到了有效的解决。选择平 V形掌子面的形式就算有一些残孔在前排炮孔爆破后仍然存在，也不会使后排控的爆破效果受到影响。其主要的原理就是相对于后排炮孔孔底而言，前排炮孔爆破之后产生的临空面深度远远要大，因此能够有效地降低后排孔的钻孔利用率，这样就能够达到百分百坚硬岩石掏槽的钻孔利用率[2]。
4.选择合适和炸药
在进行坚硬岩石的爆破时，尽量选择爆速高、密度大的炸药。炸药的爆轰波速度和密度的乘积就是炸药的波阻抗，因此在选择炸药时要考虑炸药的波阻抗与岩石的波阻抗是否匹配。如果二者能够匹配，那么在同等的条件下炸药就能够传递给岩石更多的能量，从而引起更大的岩石应变，起到更大的岩石粉碎破坏作用。然而由于坚硬的岩石具有很高的波阻抗，因此炸药的波阻抗要与坚硬岩石的波阻抗完全匹配是很难做到的，在实践中炸药的波阻抗往往小于坚硬岩石的波阻抗，因此在选择炸药品种时尽量选择与坚硬岩石的波阻抗相近的炸药品种。例如西安-安康线在建设的过程中需要挖掘秦岭隧道，施工时遇到了深埋秦岭地下的特硬岩，其强度超过了250MPa，波阻抗更是高达15×106kg/（m2・s）。为了完成爆破任务，特意使用了专用的水胶炸药，该炸药的密度达到了1.26g/cm3，爆速超过了4500m/s，爆破速度良好，掘进速度快。
5.合理的增加药卷直径
如果必须对坚硬的岩石进行爆破，可以合理地增加掏槽孔的药卷直径，并使用耦合装药的方式来使孔壁药卷之间的间隙减小，使炮孔孔壁直接受到爆炸冲击的荷载，从而能够使孔壁上受到的爆破冲击波作用的峰值压力增大，从而提高掏槽的效果。一般情况下三臂凿岩台车使用的钻孔直径为50毫米，药卷直径应为38-44毫米；YT28手风钻钻孔直径为42毫米，药卷直径应为35-38毫米[3]。
6.对爆破参数进行调整
如果使用楔形掏槽，要以爆破的效果为依据，及时对掏槽孔的排距和孔距进行减小，并将单孔的药量增大，从而对掏槽的质量进行改善，使掏槽钻孔的利用率得以提高。
7.结语
在隧道开挖爆破钻孔的过程中，要采取合理的措施，提高钻孔的利用率，使开挖成本得以降低。本文提出了一系列的提高隧洞开挖端口利用率的方法，并经过了相应的工程实践检验，希望可以改善当前隧道开挖爆破钻孔过程中钻孔利用率不高的问题。
参考文献：
[1] 谢经鹏，明世祥，梁新民. 基于人工神经网络的中深孔爆破参数优选[J]. 现代矿业. 2015（03）
[2] 楼晓明，周文海，陈鹏辉. 露天矿临近高陡边坡控制爆破技术选择与评价[J]. 有色金属（矿山部分）. 2015（02）
[3] 李光华. 中深孔爆破地表网络及毫秒延时标准化技术研究[J]. 本钢技术. 2014（05）
【关键词】隧洞；硬岩；钻孔利用率
在开挖硬质岩石隧洞的过程中，因为岩石具有一定的韧性，所以采用爆破的利用率往往比较低。在硬岩开挖中钻孔利用率偏低的问题非常普遍，其除了使爆破成本得以提升之外，同时还使得施工的进度和空气受到了严重影响。所以必须要认真的分析和研究隧洞开挖爆破钻孔利用率的提升方法。
1.增加掌子面掏槽面积
掌子面掏槽面积的大小在隧洞开挖爆破设计中在很大程度上决定了钻孔利用率。如果增大掌子面掏槽面积，也就会相应的增多掏槽孔数量和掏槽孔排数，这样就能够将较大的掏槽空腔临空面创造出来。不管是掏槽深度也好，还是掏槽环向面积都会得以扩大，这样在周围崩落孔随后起爆时就能够很好的将孔底岩石的夹制作用和环向作用克服掉。如图1所示，其中原设计内掏槽用1来表示；原设计外掏槽用2来表示；新增掏槽用3来表示；原设计掏槽爆破后底面用4来表示；出现裂隙和松动的岩体用5来表示；新增掏槽爆破后底面用6来表示。在掏槽 1、掏槽 2 这两排原设计的掏槽孔爆破之后，在高压气体和暴风压力的共同作用下，一定深度内的残留掩体会出现松动和裂隙。相对于常规崩落孔而言，新增的掏槽孔不管是在排距上，还是在孔距上都要小很多，而且其也具有较大的单孔药量，因此就产生了远高于常规崩落孔的粉碎能力。掏槽孔爆破后残留的岩体会在新增掏槽孔的高速岩块撞击和起爆冲击压力发生脱落，这样就使得掏槽孔底残留得以减少，并且使掏槽空腔深度得以加大。周围的崩落孔由于增大的掏槽空腔深度而产生了更深的临空面，从而使周围崩落孔的残孔得以有效减少，因此，增加掏槽面积就可以使钻孔利用率得以提升。
2.转换掏槽方式
目前最常用的隧洞开挖施工掏槽方式主要包括两种，也就是直孔掏槽和楔形掏槽。大量的实践表明，如果岩石具有较好的韧性、完整、坚硬致密的特点，就算掏槽孔可以达到40到50公分的排距和孔距，而且除了必要的填塞长度外将炸药全部装满，还是无法取得良好的掏槽效果。面对这种情况就可以对掏槽方式进行转换，选择直孔掏槽的方式，最好是选择六空孔平行直孔掏槽。周围空孔间与的中心装药孔只具有2―4公分的岩石厚度，各空孔间也具有2―4公分的岩石厚度，采用0.9 的装药系数设置中心装药孔就能够绝对实现掏槽空腔；内圈扩槽孔仅仅具有15―18公分的抵抗线，采用0.8的装药系数设置中心装药孔就能够实现内圈扩槽；外圈扩槽孔仅仅具有40―43公分的抵抗线，而中圈扩槽孔仅仅具有20―23公分的抵抗线，采用0.8的装药系数设置中心装药孔就能够绝对粉碎抵抗岩石，从而能够达到百分百坚硬岩石掏槽的钻孔利用率[1]。
3.对掌子面形状进行调整
在传统的隧洞开挖观念中，一般都要求平齐的掌子面，而且还要尽可能的在同一垂直平面内布置钻孔孔底，这样就会对钻孔施工作业非常有利。但是如果岩石具有较好的韧性、完整、坚硬致密的特点，这时候不管选择任何钻爆方式都无法保证实现100%的钻孔利用率。某工程在开挖隧洞的工作实践中将传统的观念打破，采用对掌子面形状进行调整的方式，将一种“水平 V 形掌子面”的概念提了出来，从而使这一技术难题得到了有效的解决。选择平 V形掌子面的形式就算有一些残孔在前排炮孔爆破后仍然存在，也不会使后排控的爆破效果受到影响。其主要的原理就是相对于后排炮孔孔底而言，前排炮孔爆破之后产生的临空面深度远远要大，因此能够有效地降低后排孔的钻孔利用率，这样就能够达到百分百坚硬岩石掏槽的钻孔利用率[2]。
4.选择合适和炸药
在进行坚硬岩石的爆破时，尽量选择爆速高、密度大的炸药。炸药的爆轰波速度和密度的乘积就是炸药的波阻抗，因此在选择炸药时要考虑炸药的波阻抗与岩石的波阻抗是否匹配。如果二者能够匹配，那么在同等的条件下炸药就能够传递给岩石更多的能量，从而引起更大的岩石应变，起到更大的岩石粉碎破坏作用。然而由于坚硬的岩石具有很高的波阻抗，因此炸药的波阻抗要与坚硬岩石的波阻抗完全匹配是很难做到的，在实践中炸药的波阻抗往往小于坚硬岩石的波阻抗，因此在选择炸药品种时尽量选择与坚硬岩石的波阻抗相近的炸药品种。例如西安-安康线在建设的过程中需要挖掘秦岭隧道，施工时遇到了深埋秦岭地下的特硬岩，其强度超过了250MPa，波阻抗更是高达15×106kg/（m2・s）。为了完成爆破任务，特意使用了专用的水胶炸药，该炸药的密度达到了1.26g/cm3，爆速超过了4500m/s，爆破速度良好，掘进速度快。
5.合理的增加药卷直径
如果必须对坚硬的岩石进行爆破，可以合理地增加掏槽孔的药卷直径，并使用耦合装药的方式来使孔壁药卷之间的间隙减小，使炮孔孔壁直接受到爆炸冲击的荷载，从而能够使孔壁上受到的爆破冲击波作用的峰值压力增大，从而提高掏槽的效果。一般情况下三臂凿岩台车使用的钻孔直径为50毫米，药卷直径应为38-44毫米；YT28手风钻钻孔直径为42毫米，药卷直径应为35-38毫米[3]。
6.对爆破参数进行调整
如果使用楔形掏槽，要以爆破的效果为依据，及时对掏槽孔的排距和孔距进行减小，并将单孔的药量增大，从而对掏槽的质量进行改善，使掏槽钻孔的利用率得以提高。
7.结语
在隧道开挖爆破钻孔的过程中，要采取合理的措施，提高钻孔的利用率，使开挖成本得以降低。本文提出了一系列的提高隧洞开挖端口利用率的方法，并经过了相应的工程实践检验，希望可以改善当前隧道开挖爆破钻孔过程中钻孔利用率不高的问题。
参考文献：
[1] 谢经鹏，明世祥，梁新民. 基于人工神经网络的中深孔爆破参数优选[J]. 现代矿业. 2015（03）
[2] 楼晓明，周文海，陈鹏辉. 露天矿临近高陡边坡控制爆破技术选择与评价[J]. 有色金属（矿山部分）. 2015（02）
[3] 李光华. 中深孔爆破地表网络及毫秒延时标准化技术研究[J]. 本钢技术. 2014（05）
