隧道爆破施工技術

王武平

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西晉中 030600)

1 工程概況及總體方案

本工程隧道長度較短，擬從進口單向掘進，隧道從進口方向進洞，獨頭掘進，避免與隧道出口施工產(chǎn)生干擾。掘進時Ⅱ，Ⅲ類圍巖采用全斷面法、Ⅳ類圍巖采用上下臺階法、Ⅴ類圍巖采用臺階法加臨時支撐，在隧道開挖作業(yè)時，必須采取有效的控制爆破，以確保施工安全。采用YT24型氣腿式鑿巖機鉆孔，楔形掏槽的爆破作業(yè)方式掘進，并控制循環(huán)進尺過長，避免產(chǎn)生的爆破有害效應超過安全規(guī)程規(guī)定，本工程設計Ⅱ，Ⅲ類圍巖循環(huán)進尺3 m，Ⅳ類圍巖循環(huán)進尺2 m以內(nèi)，Ⅴ類圍巖循環(huán)進尺1.5 m以內(nèi)。如遇地層較差時，爆破技術人員應及時根據(jù)現(xiàn)場情況修改爆破進尺及爆破參數(shù)。隧道開挖采用鉆爆法，以新奧法理論指導施工，光面爆破，爆破器材采用2號巖石硝銨炸藥(有水地段用乳化炸藥)，周邊眼采用φ25光爆小藥卷。裝巖運輸采用ZL-50裝載機配合25 t自卸式汽車運輸，直接運至業(yè)主指定的棄碴場。

2 隧道開挖參數(shù)設計

1)施工方法及順序。

施工中嚴格按照設計要求，遵循新奧法施工原理，軟弱地質洞身開挖應堅持:短進尺、弱爆破、強支護、早襯砌的原則，加強施工臨時監(jiān)控量測，確保施工安全。施工中如遇實際圍巖類別與設計資料不符應及時與監(jiān)理、設計部門聯(lián)系調整施工方案，確保開挖安全、順利進行。隧道中停車段、配電室等待隧道開挖成形后，再進行擴挖。

2)炮孔裝藥量。

a.掏槽孔。

其中，η 為炮孔裝藥系數(shù)，取 η=0.9;L為孔深，LⅢ=3.2 m，LⅣ=2.2 m，LⅤ=1.1 m;r為每米長度炸藥量，r=0.78 kg/m。

經(jīng)計算 QⅢ=2.24 kg，取 2.2 kg;QⅣ，Ⅴ=1.54 kg，取 1.5 kg;QⅤ=1.19 kg，取 1.1 kg。

b.輔助孔。

c.光爆孔。

通常為輔助孔的 1/3 ～ 1/4，取 QⅢ=0.6，QⅣ，Ⅴ=0.4 kg，QⅤ=0.3 kg。

3)爆破網(wǎng)絡。

隧道爆破網(wǎng)絡設計采用孔內(nèi)延時，在各隧道口段網(wǎng)絡聯(lián)接時應根據(jù)與被保護物的距離不同，按Qmax=R3(VKP/KK′)3/a公式計算結果，控制最大單響藥量，使爆破震動不超過安全規(guī)程規(guī)定。

4)隧道開挖爆破安全距離驗算。

根據(jù)公司以往的施工經(jīng)驗，隧道掘進爆破的飛石主要為掏槽爆破飛石，而且有著很強的方向性，會沿著隧道軸線呈一定角度扇形飛出，本方案采用上下臺階開挖法施工，在各隧道進出口段50 m內(nèi)施工時，應對隧道口正前方向進行飛石防護，可在隧道口正前方10 m左右搭設防護架。

3 路基取石場和挖方爆破設計

3.1 爆破設計時各參數(shù)的選定

炮孔間距要根據(jù)巖石特征、炮孔直徑等確定，預裂爆破的鉆孔間距選用炮孔直徑的8倍～12倍，光面爆破的鉆孔間距選用炮孔直徑的10倍～16倍。光面爆破或預裂爆破的裝藥結構要采用不耦合連續(xù)裝藥或空隙間隔裝藥?？拷A裂孔的主炮孔的間距應不小于1.5倍～2.0倍預裂孔間距。

3.2 鉆爆設計參數(shù)

鉆爆設計參數(shù)見表1。

表1 鉆爆設計參數(shù)表

3.3 預裂爆破設計

1)打眼采用風鉆鉆機進行，人工清理炮位。裝藥前用自制掃眼器進行清孔。2)將炸藥按設計逐個裝入孔中，并擠壓密實，用土進行堵眼，木棍搗實，按設計起爆順序逐次聯(lián)接導線，用膠布把起爆雷管綁扎牢固。3)設計裝藥參數(shù)見表2。4)爆破設計示意圖見圖1。

表2 預裂爆破設計裝藥參數(shù)表

3.4 光面爆破設計

1)設計裝藥參數(shù)見表3。

圖1 爆破設計示意圖

表3 光面爆破設計裝藥參數(shù)表

2)設計圖示見圖2。

圖2 預留光爆層爆破設計示意圖（單位：cm）

3)鉆孔采用手風鉆施工，邊眼傾角與設計坡度一致，邊眼位置要準確，應先測量放設邊線再布置邊眼。

4)邊眼采用間隔裝藥，輔助眼采用連續(xù)裝藥結構。輔助眼先于邊眼起爆。

4 爆破安全施工措施

4.1 鑿巖安全措施

1)各種鑿巖機械必須保持技術狀況良好、安全、靈活、可靠。操作人員須按操作規(guī)程作業(yè)。作業(yè)前應檢查壓氣膠管接頭，機械連接螺帽等是否安全牢固。2)鑿巖前必須進行“四檢查”和“四清除”。即檢查和清除炮眼和殘炮;檢查和清除盲炮(由爆破員處理);檢查和清除頂、幫、掌子面浮石;檢查和清除支護的不安全因素。3)鑿巖時應做到“四嚴禁”。即嚴禁打殘眼;嚴禁打干眼;嚴禁戴手套扶釬桿;嚴禁站在鑿巖機釬桿下。4)退出鑿巖機或更換釬桿時，應減速慢退，切實注意釬桿位置，避免釬桿脫落傷人。5)鑿巖臺架應安裝牢固，周邊應與洞幫相頂實，前部與掌子面距離應小于50 cm。6)鑿巖時若遇流砂層或突然涌水地段，應停止作業(yè)，并迅速報告有關部門，制定安全措施。7)作業(yè)完畢，應將所有的設備和工具移至安全地點。

4.2 爆破安全措施

本工程隧洞爆破設計采用非電毫秒導爆管分段簇聯(lián)火雷管引爆系統(tǒng)，爆破作業(yè)由持有爆破證的爆破員操作，爆破作業(yè)規(guī)定如下:1)不準在同一工作面使用不同批號和廠家的雷管，不準使用燃速不同的導火索，爆破器材必須經(jīng)嚴格檢驗符合國家標準的方能使用。2)有以下情況時不能進行爆破施工:a.有滑坡危險;b.通道堵塞或通道不安全;c.工作面有炮眼溫度異常或涌水危險;d.對設備安全無有效防護措施時;e.未進行充分準備工作，作業(yè)面無照明設施的。3)爆破前必須發(fā)出警示信號，待所有人員及設備撤至安全區(qū)域方能點炮。4)放炮結束后，在確認無盲炮超過30 min，爆破作業(yè)人員方可進入爆破作業(yè)點。5)加工起爆藥包和爆藥卷應在安全地點進行，無關人員一律不得在場，加工數(shù)量不應超過當班爆破作業(yè)需用量。6)加工藥包、裝藥聯(lián)線現(xiàn)場嚴禁煙火。7)裝藥前應對炮眼進行清理和驗收，裝藥時嚴禁使用鐵質工具，裝藥完畢要用炮泥堵塞，操作要溫和，不可用力過猛。8)發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑有盲炮，應立即處理。處理盲炮應由當班爆破員進行，無關人員不準在場。當班來不及處理，應詳細交班。盲炮未處理好之前，禁止在工作面進行其他作業(yè)。9)禁止用鐵制掏勺掏出炮泥，掏炮泥時不得用力拉動起爆藥包引線，嚴禁從炮眼中強力拔出雷管。

4.3 通風防塵安全措施

1)粉塵濃度，有害有毒氣體含量在30 min內(nèi)降低到允許范圍內(nèi)(見表4)。

表4 各主要有害氣體安全濃度表

2)堅持以風、水為主的綜合防塵措施，做到濕式鑿巖標準化，通風排塵、噴霧灑水制度化，個人防護經(jīng)常化。

3)鑿巖用水盡量保持清潔，禁止使用污水，要求固體懸浮物不大于150 ng/e，pH值為6.5～8.5。給水量(重量)應達到排粉量的10倍～20倍，一般不小于5 kg/min～8 kg/min。

4)噴霧水要常開，隧洞內(nèi)有人，噴霧不停。

5)裝巖前，應向工作面10 m～15 m內(nèi)的頂、幫和巖碴上灑水，巖碴要分層灑水，灑濕灑透。

4.4 爆破技術方法及技術措施

1)采用多排微差爆破技術。增大開挖量，使巖石松動，控制爆破地震和飛石。2)孔內(nèi)采用分段(間隔)裝藥爆破技術。使被爆巖體、藥包分布均勻，改善爆破塊度。3)應用空隙裝藥爆破技術。降低爆破初始壓力對巖體粉碎作用，提高爆破有效利用，降低炸藥單耗，改善爆破質量。4)應用排間和孔間順序微差爆破技術。可降低爆破地震波，減少炸藥單耗，改善爆破效果。5)綜合運用各種爆破器材(導爆索、導爆管雷管、電雷管、微差起爆儀等)，采用復式爆破網(wǎng)絡。確保爆破網(wǎng)絡可靠，達到預期爆破效果。6)嚴格控制微差爆破中最大一段的齊爆藥量。降低爆破地震波的危害。7)科學的劃分爆破區(qū)域，采取相應的控制爆破技術措施，確保安全施工。8)根據(jù)開挖工作面的推進和變化，應隨時注意改造臨空面及松散爆堆的堆積方向，以加強控制爆破個別飛石的主拋方向。9)根據(jù)被爆巖性的變化，應隨時進行試爆，摸索最佳炸藥單耗和最佳裝藥結構，以提高和改善爆破效果。

5 復雜地層掘進技術措施

在破碎、松散等不良復雜地層段中掘進，應遵守“超前錨、短開挖、弱爆破、早支護、快封閉、勤量測”的原則及時采取措施，派有經(jīng)驗的人員統(tǒng)一指揮，確保安全通過。

1)不同類別的圍巖，采用不同結構形式的安全防護技術。

2)超前錨桿支護法。施工中一發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)破碎帶的跡象，馬上沿隧洞輪廓線鉆孔，孔深至少應大于循環(huán)進尺1 m(一般為3 m～5 m)，然后充填砂漿，再插入錨桿，錨桿的外插角宜為5°～10°，安設的錨桿使一定區(qū)域成為一個整體，以錨桿長度作為控制長度形成模擬擋土墻，通過此擋土墻來抵抗背后土壓，以達到超前支護的效果。

3)錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護。噴錨的效果來源于它的及時性、獨特性、靈活性及柔性密貼性。噴射混凝土具有比較好的柔韌性，其蠕變性和可壓縮性都相當大，其延伸率可達10%，為了改善噴射混凝土的靜態(tài)抗拉強度、撓性疲勞強度、沖擊強度、抗振性能、柔韌性和抗裂性能，可在每立方米素混凝土混合料中加入80 kg～100 kg的鋼纖維。這是一種安全、快速、有效的臨時支護方法。鋼筋網(wǎng)的作用在于提高噴射混凝土結構物的整體性，使噴層中的應力均勻分布，避免應力局部集中，提高噴射混凝土支護抵抗長期機械震動和爆破震動的能力，可以避免個別危石冒落，并可以防止或減少因混凝土收縮而產(chǎn)生的裂紋，為了起到上述作用，要求鋼筋直徑不宜過大，網(wǎng)度不宜過密，應緊貼巖石。施工中鋼筋采用φ6 mm～φ10 mm鋼筋，間距為200 mm～300 mm。

4)圍巖量測。現(xiàn)場圍巖量測是錨噴支護監(jiān)控設計和施工管理的重要內(nèi)容。通過量測可及時掌握圍巖動態(tài)和支護受力情況，判斷圍巖穩(wěn)定程度和支護效果，為設計和施工提供信息，以便檢驗、修改支護參數(shù)和修改施工方法。

5)為了安全、順利地通過斷層，保證工程質量，要及時采取以下措施:a.因巖石很松散，易掉塊，開挖時應采用小裝藥、弱爆破、短進尺的方法，減少圍巖受爆破影響程度，且?guī)r層的暴露空間小，不至于出現(xiàn)大量的掉塊、塌方。b.在碰到斷層前1 m～2 m，即開始打超前錨桿進行超前支護，對圍巖進行超前加固。c.每一循環(huán)爆破完后，立即噴混凝土，以封閉巖石軟弱面，使其形成一層柔性薄壁支護，暫時穩(wěn)固圍巖。待混凝土噴完后立即打系統(tǒng)錨桿，確保圍巖不出現(xiàn)有害松動，然后再掛上一層鋼筋網(wǎng)，最后再噴上一層混凝土，徹底封閉圍巖。

6)在采取以上支護措施的同時再通過圍巖位移量測來觀察圍巖，了解圍巖的變化情況，具體量測方法可采用木楔法、觀察法、聽音判斷法、振動法中的一種或幾種，再配合收斂計等儀器觀測圍巖，以便采取相應的措施。

7)當施工中遇地下水有變大情況時，應進行超前探水，放水引排，應配備足夠的排水設備。當涌水量較大時，應先灌漿封堵止水，后進行支護。