臨近化學(xué)品聚集區(qū)淺埋隧道爆破控制與安全防護(hù)技術(shù)研究

程 鋒

（中鐵北京工程局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西渭南714000）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的步伐也得到了大力發(fā)展。同時，也涌現(xiàn)出了許多長大隧道穿越山區(qū)城鎮(zhèn)的建設(shè)項(xiàng)目。為確保山區(qū)城鎮(zhèn)人民群眾生命財產(chǎn)的萬無一失，隧道的爆破施工面臨著多項(xiàng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，為此，國內(nèi)外許多專家學(xué)者早已開始從事這方面的研究。對于微差爆破李宏男等[1]通過理論研究及現(xiàn)場測試得出了減震效果最好的間隔時間。爆破飛石主要體現(xiàn)在對既有建（構(gòu)）筑物損壞、人員傷亡和機(jī)械設(shè)備損毀等方面[2]。當(dāng)山區(qū)城鎮(zhèn)隧道穿越化工廠等易燃易爆區(qū)域，明挖爆破產(chǎn)生的飛石和沖擊波將嚴(yán)重威脅著對化工廠人員和設(shè)備的安全，防明火、防震、防爆等要求將是必不可少。因此，本文以理論計算為基礎(chǔ)，并結(jié)合實(shí)際工程采取將露天爆破改為隧道上臺階增設(shè)套拱封閉，再進(jìn)行下臺階爆破作業(yè)，有效地防止了爆破飛石，減弱爆破噪音和沖擊波以及爆破振動的影響。這些研究保證了本次工程安全順利完成，也為今后類似工程有著重要的借鑒意義。

2 工程概況與方案

2.1 工程概況

新建某鐵路隧道工程，全長728m，其中Ⅲ級圍巖335m，Ⅳ級圍巖265m，Ⅴ級圍巖66m，明洞62m。隧道DK95+156～DK95+308段從某化工有限公司左側(cè)邊緣穿過。其中，DK95+156～DK95+197段和DK95+287～DK95+308段地面低于隧道拱頂采用明挖法施工，DK95+197～DK95+287段采用暗挖法施工。DK95+193處隧道線路右線與該廠氧氟沙星生產(chǎn)車間最近距離為16.95m，該車間是制藥中間車間有大量的制藥設(shè)備、儀器、蒸汽管道、地下管線和小型易燃易爆儲存罐。DK15+288處化工廠一側(cè)有11個大型甲醇、甲苯、丙酮、硫酸、亞鹽酸等化工原料儲存罐和3個小型儲存罐。

2.2 特點(diǎn)與總體方案

2.2.1 工程特點(diǎn)

施工爆破點(diǎn)距離化工廠非常近，明挖爆破產(chǎn)生的飛石和沖擊波對化工廠生產(chǎn)影響較大，化工廠氧氟沙星車間晝夜生產(chǎn)要求防明火、防震，化工原料儲存罐要求防震、防爆。因此，對本段爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動、飛石、沖擊波的控制提出了很高的要求。

2.2.2 總體方案

根據(jù)施工環(huán)境特點(diǎn)，明挖段采取將露天爆破改為隧道上臺階增設(shè)套拱封閉，再進(jìn)行下臺階爆破作業(yè)，以有效地防止爆破飛石，減弱爆破噪音和沖擊波；爆破作業(yè)采取控制爆破，通過控制單響炸藥量以有效控制爆破振動。

3 控制爆破設(shè)計

3.1 質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度（V）確定

保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度（V）是爆破振動的主要判據(jù)。對于浙江正明化工有限公司氧氟沙星高危生產(chǎn)場所和甲醇、丙酮等儲存罐區(qū)，質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度在《爆破安全規(guī)程》中無明確規(guī)定。若確定的速度值偏高，單響炸藥量偏大，爆破振動對氧氟沙星生產(chǎn)場所和甲醇、丙酮等儲存罐區(qū)造成危害，后果將不堪設(shè)想；若確定的速度值偏低，假設(shè)按發(fā)電廠控制室設(shè)備V=0.5cm/s，單響炸藥量過小，爆破施工將很難進(jìn)行。經(jīng)過征詢浙江省爆破協(xié)會有關(guān)專家，并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，提出質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度按1.5cm/s進(jìn)行控制。

3.2 爆破允許藥量計算

依據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2011）[3]中的相關(guān)規(guī)定，爆破允許藥量按下式（1）計算。

式中：Q——炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；

R——爆破振動安全允許距離，m；

V——保護(hù)對象所在地質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度，cm/s，在此取V=1.5cm/s；

K、α——與爆破點(diǎn)至計算保護(hù)對象間的地形，地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，本工程地質(zhì)為Ⅲ級和Ⅴ級圍巖，屬于中硬巖和軟巖，在此取K=250，a=1.8。

代入上式（1）計算成果見表1。

3.3 爆破飛石和爆破沖擊波安全距離

表1 允許藥量計算成果

通過將露天爆破改為隧道上臺階增設(shè)套拱封閉后，爆破飛石和爆破沖擊波均被有效控制在隧道內(nèi)，不再對化工廠造成影響。

4 開挖爆破設(shè)計與振動監(jiān)測

4.1 暗洞爆破設(shè)計

（1）暗洞部分首先在軌面以上超前2m，開挖一個寬4.5m，高4.25m的導(dǎo)洞。循環(huán)進(jìn)尺2.0m（按距保護(hù)目標(biāo)35m計），最大一段齊爆藥量按實(shí)際允許值控制，炸藥平均單耗1.33kg/m3；若距保護(hù)目標(biāo)小于35m，通過減小循環(huán)進(jìn)尺、減小孔深和單孔裝藥量以控制最大一段齊爆藥量調(diào)整爆破設(shè)計[4]，以達(dá)到保護(hù)化工廠安全的目標(biāo)。具體爆破設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 暗洞開挖導(dǎo)洞爆破設(shè)計參數(shù)

（2）導(dǎo)洞開挖后再分兩部依次開挖至設(shè)計輪廓線。循環(huán)進(jìn)尺2.0m（按距保護(hù)目標(biāo)35m計），最大一段齊爆藥量按實(shí)際允許值控制，炸藥平均單耗1.33kg/m3；若距保護(hù)目標(biāo)小于35m，通過減小循環(huán)進(jìn)尺、減小孔深、單孔裝藥量和增加分部開挖以控制最大一段齊爆藥量調(diào)整爆破設(shè)計，以達(dá)到保護(hù)化工廠安全的目標(biāo)。具體爆破設(shè)計參數(shù)見表3。

4.2 明轉(zhuǎn)暗爆破設(shè)計

明挖段首先采用機(jī)械挖除隧道上臺階土方，施工明洞套拱，再分兩臺階進(jìn)行爆破作業(yè)。由于明挖段距離化工廠很近，每個臺階均采取垂直孔掏中槽、水平孔挖馬口的方式進(jìn)行爆破設(shè)計。循環(huán)進(jìn)尺2.0m（按距保護(hù)目標(biāo)20m計），最大一段齊爆藥量按實(shí)際允許值控制，炸藥平均單耗1.33kg/m3，馬口左右兩側(cè)分別起爆。若距保護(hù)目標(biāo)小于20m，通過減小循環(huán)進(jìn)尺、減小孔深和單孔裝藥量以控制最大一段齊爆藥量調(diào)整爆破設(shè)計，以達(dá)到保護(hù)化工廠安全的目標(biāo)。具體爆破設(shè)計 參數(shù)見表4。

表3 暗洞擴(kuò)挖爆破設(shè)計參數(shù)

表4 明拱暗挖爆破設(shè)計參數(shù)

4.3 爆破振動監(jiān)測

采用TC-4850型爆破振動記錄儀，分別于化工原料儲存罐北端設(shè)置1#監(jiān)測點(diǎn)，化工原料儲存罐南端設(shè)置2#監(jiān)測點(diǎn)，氧氟沙星車間門口設(shè)置3#監(jiān)測點(diǎn)。爆破振動監(jiān)測點(diǎn)布置見圖1。

圖1 爆破振動監(jiān)測點(diǎn)布置圖

經(jīng)過8次爆破振動監(jiān)測，實(shí)測數(shù)值均在爆破設(shè)計的爆破振動安全限值以內(nèi)，未對化工廠產(chǎn)生不利影響。爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，本文提出的明轉(zhuǎn)暗的隧道爆破施工完全能夠滿足本項(xiàng)工程的實(shí)際需要，未對化工廠造成不利影響，具體結(jié)論如下：

（1）利用控制爆破原理，暗洞采取先開挖導(dǎo)坑后擴(kuò)挖爆破、人為形成臨空面、周邊眼間隔裝藥、分段分次起爆等方法，明洞采取垂直孔掏中槽、水平孔挖馬口、改變臨空面方向、分部開挖的方式，減小了隧道施工對化工廠的影響，保證了周邊建筑物的安全。

（2）在化工廠生產(chǎn)車間等安全要求較高的建筑物附近進(jìn)行爆破作業(yè)，采用1.5cm/s的質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度，嚴(yán)格按單響炸藥量要求進(jìn)行爆破設(shè)計，有效地控制了爆破振動，保證了化工廠的安全。

表5 爆破振動監(jiān)測記錄

（3）本段爆破設(shè)計確定的爆破振動速度為1.5cm/s，實(shí)測最大爆破振動速度為1.278cm/s，符合設(shè)計要求，化工廠正常生產(chǎn)未受影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李宏男.爆破地震效應(yīng)若干問題的探討[J].爆炸與沖擊，1996.

[2] 熊炎飛，董正才，等.爆破飛石飛散距離計算公式淺析[J].工程爆破，2009.

[3]GB6722-2011爆破安全規(guī)程[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[4] 單旭輝，姚孟發(fā).控制性爆破安全施工技術(shù)應(yīng)用分析[J].南水北調(diào)與水利科技，2007.