鉆爆在隧道洞身挖掘中的安全控制探討

朱華卿

(中鐵二十局第六工程公司，陜西 咸陽 712000)

在隧道施工中，鉆爆法是通過鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石來獲得爆破效果的。在施工前，要根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小、支護(hù)方式、工期要求以及施工設(shè)備、技術(shù)等條件，選定掘進(jìn)方式。

1 工程基本情況

本文研究的隧道位于河北境內(nèi)某公路段，該地區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕中低山地貌，公路橫行穿過山脊，縱、橫的山地表現(xiàn)兩頭低，中間高起，地面高程在541.1～568.2m，相對高差在20～80m，自然橫坡16°～73°。上為碎石，在7～10m左右，第四系全新統(tǒng)洪積層;下為風(fēng)化上太古石家欄組，黑云片麻石。地表起伏打，植被一般。以第四系孔隙水及基巖裂隙水為主的地下水，黑云片麻石基巖裂隙水不多，小水量，并且隨著季節(jié)變化而定，匯流其中的地下水少。在山體區(qū)沒有其他不良地質(zhì)和特別情況。

該隧道為分離式，洞門采用端墻式和削竹式，基本參數(shù)如表1所示:

表1 隧道基本參數(shù)

該隧道的工程數(shù)量主要分左右線隧道工程量和洞身工程量，如表2所示:

表2 隧道工程量

2 防爆措施

淺孔小藥量多次爆破的方法是針對在實(shí)際爆破中計(jì)算的散亂物體飛散距離超過飛散物距離的情況而采取的。同時(shí)，針對該情況可以通過在地段內(nèi)設(shè)置防爆墻(條件要求高)來解決［1］。若計(jì)算的爆破震動波超過要求，可以通過降低每孔裝藥量，且加設(shè)預(yù)裂孔技術(shù)手段來進(jìn)一步控制地震波的威力，提高作業(yè)安全，防止事故發(fā)生。與此同時(shí)，針對地質(zhì)較為復(fù)雜的地段，需要在爆破開始前做好檢查準(zhǔn)備工作，包括勘察巖層含水、氣、油及有關(guān)爆破安全的因素，在查明后制定有效的方案，排除安全隱患。

3 爆破方案

通過研究論證后，采用鉆爆的方式來完成洞身的挖掘爆破工作。首先明確鉆爆設(shè)計(jì)控制要點(diǎn):(1)控制爆破震動帶來圍巖的松動和破裂，防止裂口有滲漏水問題［2］。(2)確保后續(xù)爆破過程中，產(chǎn)生對隧道早期支護(hù)或襯砌結(jié)構(gòu)震動影響。(3)在方案中，因?yàn)樯婕胺植块_挖，需要在爆破中考慮鄰近的洞室的支護(hù)穩(wěn)定情況。(4)需要控制鄰近建筑物等設(shè)施的安全問題。(5)分析挖掘中輪廓及機(jī)械化施工對巖石塊度的相關(guān)要求［3］。(6)做好動態(tài)方案的評估和監(jiān)測，確保各項(xiàng)指標(biāo)良好，包括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、操作指標(biāo)、安全指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。

其次，由于鉆爆的破壞性，需要實(shí)施相關(guān)減震措施來降低安全風(fēng)險(xiǎn)，管理好風(fēng)險(xiǎn)。其中涉及到爆破震動強(qiáng)度的相關(guān)因素，包括爆破器材的合適與質(zhì)量要求、不同部位的時(shí)間間隔、單段起爆藥量、掏槽的爆破開挖方式等。具體的安全措施包括:(1)選擇符合質(zhì)量要求的爆破器材。為了更好地獲得減震效果，在爆破器材的選擇上，參考的因素為炸藥與巖石的匹配度。據(jù)此，通過隧道挖掘過程中，根據(jù)掏槽眼、擴(kuò)槽眼和掘進(jìn)眼的具體情況，挑選了高爆速的2號巖石硝銨炸藥，注意在有水處應(yīng)用乳化炸藥;針對光爆孔給予專用φ25小直徑光爆炸藥，注意防水。同時(shí)，雷管的選擇，參考了精度高的非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管參數(shù)，主要是為了控制爆破中出現(xiàn)串段風(fēng)險(xiǎn)，以獲得更好的爆破效果，控制好安全問題。(2)不同部位的時(shí)間間隔。通過合理的起爆時(shí)差，可以更好地獲取爆破效果。一是更好減震，時(shí)間間隔設(shè)計(jì)安全，可以防止鄰近段位的雷管因?yàn)槠鸨霈F(xiàn)爆破震動疊加情況;二是根據(jù)不同段位確定相應(yīng)的間隔時(shí)差，控制爆破風(fēng)險(xiǎn)。(3)單段起爆藥量。通過在隧道爆破中設(shè)計(jì)合理分段，可以保證爆破的效果，通過減少單段起爆藥量，更有效地控制爆破中帶來的震動隱患。在鉆爆設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算分析被保護(hù)對象的最大震速，得出單段藥量的最大值，來更好地分段，最后對分段的要求復(fù)核，減少安全隱患。(4)掏槽的爆破開挖方式。掏槽的爆破開挖方式的選擇，需要針對實(shí)際工程進(jìn)展，包括隧道不同部位的開挖方式，挖掘的斷面大小，循環(huán)進(jìn)尺的具體實(shí)際情況，配合工期總體計(jì)劃，鉆孔設(shè)備條件使用情況等，來研究采用最好的減震方案［4］。

最后，需要明確主要的爆破部位。針對Ⅲ級圍巖上下臺階法鉆爆設(shè)計(jì)，根據(jù)開挖方案，隧道Ⅲ級圍巖，采取上下臺階法光面爆破技術(shù)，掏槽采取中空直眼法掏槽，Ⅲ級圍巖循環(huán)進(jìn)尺3.0m。針對Ⅳ、Ⅴ級圍巖鉆爆設(shè)計(jì)，Ⅳ級圍巖根據(jù)開挖方案采取臺階法開挖，采取上下臺階法微震控制爆破技術(shù)，掏槽采取楔形掏槽，每循環(huán)進(jìn)尺1.5m。Ⅴ級圍巖根據(jù)開挖方案采取雙側(cè)壁法開挖，減少爆破作業(yè)，如必須爆破，采取孤石爆破方法。

4 爆破施工安全控制要求

4.1 隧道安全管理

針對該隧道地段的具體地質(zhì)地形情況，需要從上而下地嚴(yán)格要求隧道安全施工工作。首先，嚴(yán)格遵守《公路工程施工安全規(guī)程》(JTJ76－95)的相關(guān)規(guī)定，將規(guī)定要求貫徹施工全過程。其次，嚴(yán)禁隧道安全不文明施工，做好相應(yīng)的制度安排和安全控制措施。具體的工作如下:(1)有關(guān)施工環(huán)境的安全措施。通過做好通風(fēng)、照明、防塵、防水、降溫和防治有害氣體等工作，確保施工環(huán)境良好，確保施工人員的安全健康。(2)嚴(yán)格執(zhí)行施工方案，對施工的跟進(jìn)有制度保障，對施工隊(duì)伍的要求要全面，按照規(guī)定的計(jì)劃來完成施工工作。(3)有效地評估和監(jiān)測工作。對施工中隧道圍巖的監(jiān)控，可以預(yù)報(bào)施工的安全性，預(yù)報(bào)可能存在的安全隱患，在此基礎(chǔ)上，合理調(diào)整支護(hù)的相關(guān)要求，來滿足施工條件。(4)依據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求及《隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ042－94)的要求，在實(shí)際中處理需要調(diào)整的方案措施，結(jié)合現(xiàn)場隧道工程師的施工情況監(jiān)測，有效控制施工的質(zhì)量。(5)嚴(yán)格管理爆破器材，做好器材定期檢查，排除質(zhì)量不合格的器材。(6)做好隧道施工安全事故的應(yīng)急處理預(yù)案，對通風(fēng)問題、洞內(nèi)有毒氣體、易燃和易爆氣體、粉塵含量等危害人身安全的問題，做好應(yīng)對措施。

4.2 爆破安全管理

爆破安全管理除設(shè)置“一人兩員”制、雙庫雙人制外，還要嚴(yán)格遵守臨時(shí)爆藥庫、雷管庫分設(shè)，兩庫相距不小于200m，兩庫距工作區(qū)及員工居住區(qū)不小于500m，庫內(nèi)應(yīng)用防爆手電照明，嚴(yán)禁明火及穿著可能產(chǎn)生靜電火花的衣物、鞋襪等的規(guī)定，在雙庫建設(shè)時(shí)充分考慮防雨、防水、防盜、防雷擊等措施。

［1］雷銓.光面爆破在隧道施工中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，(14):126 －127.

［2］黃成關(guān).公路隧道施工［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］顧義磊，李小紅，杜云貴，等.隧道光面爆破合理爆破參數(shù)的確定［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科技版)，2005(3):95－97.

［4］翁春林，葉加冕.工程爆破［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.