隧道開挖控制爆破及安全防護探討

藍天誠

（中鐵十七局集團第六工程有限公司　福建福州　360000）

1　工程簡介

西山隧道起訖里程為DK255+949.62～DK256+859，全長909.38m，其中Ⅴ級圍巖379.38m，占隧道總長的41.7%，開挖工法采用六步CD法、三臺階臨時仰拱法（設(shè)臨時鋼架）；Ⅳ級圍巖360m，占隧道總長的39.6%，開挖工法采用三臺階臨時仰拱法、三臺階法；Ⅲ級圍巖70m，占隧道總長的7.7%。

在西山隧道線路左側(cè)72～102m范圍有一條中石油西氣東輸三級管道青龍寨隧道，與線路夾角為84°。在西山隧道進口端線路左側(cè)有一中石化東孚油庫，西山隧道爆破過程中，對西氣東輸三級管道、管道隧道及東孚油庫的影響，振速控制在2cm/s。

2　隧道開挖方法及鉆爆設(shè)計

2.1　施工方法

開挖施工前采用TSP、地質(zhì)雷達、超前鉆探、加深炮孔、地質(zhì)素描等方法進行超前地質(zhì)預(yù)報，堅持“機械開挖、噴錨緊跟、監(jiān)控量測、及時反饋和修正”的原則。

根據(jù)施工圖設(shè)計，Ⅴ級圍巖采用六步CD法或是開挖三臺階臨時仰拱法（設(shè)臨時鋼架），拱部在開挖前應(yīng)施作洞身管棚或是小導(dǎo)管超前支護；洞身Ⅳ級圍巖采用三臺階臨時仰拱法開挖，拱部易坍塌段落在開挖前應(yīng)施作必要的小導(dǎo)管超前支護；Ⅲ級圍巖地段采用臺階法開挖；Ⅱ級圍巖地段根據(jù)地質(zhì)情況采用全斷面法開挖。

采取鑿眼、爆破、鏟裝、運輸?shù)裙こ塘魉鳂I(yè)的方法，按隊伍專業(yè)化、施工機械化、信息化、管理科學(xué)化的原則，精心組織施工。使整個工程施工形成鑿眼、爆破、鏟裝、運輸?shù)榷囗椖魁R頭并進的作業(yè)格局。

2.2　鉆爆設(shè)計

根據(jù)施工圖設(shè)計及現(xiàn)場實地調(diào)查，西山隧道采用控制爆破開挖，爆破施工主要保護對象為中石油西氣東輸管道和青龍寨隧道以及中石化東孚油庫。對保護建筑物和構(gòu)筑物主要采取主動防護的方式，爆破時采用微差控制爆破方法，嚴格控制裝藥量，減小爆破振動對保護建筑物和構(gòu)筑物的影響。

2.2.1選用爆破器材

（1）炸藥選擇

本工程爆破采用φ32mm的2#巖石乳化炸藥；

（2）雷管選擇

采用數(shù)碼雷管；

（3）導(dǎo)爆索

用于周邊眼光面爆破；

（4）起爆系統(tǒng)

采用CHA-1000型起爆器及激發(fā)針。

2.2.2爆破施工工藝流程（見圖1）

2.2.3Ⅴ級圍巖弱爆破鉆爆參數(shù)

（1）炸藥單耗q：根據(jù)圍巖的實際情況，及周邊土體的開挖情況，炸藥單耗取q=0.3～0.6kg/m3，實際炸藥單耗應(yīng)根據(jù)爆破實際結(jié)果進行合理調(diào)整。

（2）布孔形式：根據(jù)需爆破巖體的實際情況，合理布置炮孔。當布置單個炮孔時，炮孔布設(shè)在爆破巖體的中心部位，當布置多個炮孔時，炮孔盡量以梅花形布設(shè)，使炮孔均勻分布在爆破巖體內(nèi)，達到較好的破碎效果。

（3）孔、排距：當以梅花形布置多個炮孔時，為減少爆破振動對周邊圍巖的擾動，采用多打孔，少裝藥，取孔距a=0.6m，排距b=0.5m。實際孔、排距應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理調(diào)整。

（4）炮孔深度：炮孔深度應(yīng)根據(jù)被爆破巖體的實際情況調(diào)整。

圖1　爆破施工主要工藝流程圖

（5）裝藥結(jié)構(gòu)：采取連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。

2.2.4Ⅳ級圍巖鉆爆參數(shù)

（1）炮孔直徑：d=38～42mm。

（2）炮孔數(shù)量：炮孔數(shù)目參考公式：N=3.3（fS2）1/3計算結(jié)果確定。

式中：N為炮孔數(shù)目個數(shù)（光面爆破適當增加6～12%）；

f為巖石堅固系數(shù)；

S為隧道掘進斷面面積，m2。

（3）炸藥單耗：q=0.6-1.2kg/m3。

（4）炮孔布置方式：采用復(fù)式楔形掏槽，在中心偏下位置布置掏槽眼，輔助眼均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，掏槽眼深度比輔助眼、周邊眼深 10～20%，周邊眼底部外傾 3～5°。

（5）輔助眼：a=b=700mm。

（6）周邊眼光面爆破：炮眼間距a=（10～15）d，周邊眼間距a周=500mm。

（7）底板眼：底板孔由于壓渣的原因，應(yīng)適當加密，間距一般為輔助孔的80%左右，設(shè)計為0.6m。

（8）炮眼深度L：采用手持式鑿巖機鉆孔，孔深L=1.5m，其中掏槽眼應(yīng)比輔助眼、周邊眼加深20%。

（9）裝藥結(jié)構(gòu)：輔助眼、掏槽眼和底板眼采用連續(xù)裝藥，周邊眼采用水袋間隔裝藥。所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于40cm。以上爆破參數(shù)經(jīng)試爆后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，以達到最佳爆破效果。

2.2.5Ⅲ級圍巖爆破鉆爆參數(shù)

（1）炮孔直徑：d=38～42mm；

（2）炮孔數(shù)量：炮孔數(shù)目參考公式：N=3.3（fS2）1/3計算結(jié)果確定；

式中：N為炮孔數(shù)目個數(shù)（光面爆破適當增加6～12%）；

f為巖石堅固系數(shù)；

S為隧道掘進斷面面積，m2；

（3）炸藥單耗：q=0.6-1.2kg/m3；

（4）炮孔布置方式：分別在：洞中心偏下位置布置掏槽眼，輔助眼均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，掏槽眼深度比輔助眼、周邊眼深10～20%，周邊眼底部外傾 3～5°；

（5）輔助眼：a=b=800mm；

（6）周邊眼光面爆破：炮眼間距a=（10～15）d，周邊眼間距a周=500mm；

（7）底板眼：底板孔由于壓渣的原因，應(yīng)適當加密，間距或抵抗線一般為輔助孔的80%左右，設(shè)計為0.6m；

（8）炮眼深度：采用手持式鑿巖機鉆孔，孔深L=2.5m，其中掏槽眼應(yīng)比輔助眼、周邊眼加深20%。

以上爆破參數(shù)經(jīng)試爆后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，以達到最佳爆破效果。

2.2.6Ⅱ級圍巖爆破鉆爆參數(shù)

（1）炮孔直徑：d=38～42mm；

（2）炮孔數(shù)量：炮孔數(shù)目參考公式：N=3.3（fS2）1/3計算結(jié)果確定。

式中：N為炮孔數(shù)目個數(shù)（光面爆破適當增加6～12%）；

f為巖石堅固系數(shù)；

S為隧道掘進斷面面積，m2；

（3）炸藥單耗：q=0.6-1.2kg/m3；

（4）炮孔布置方式：中心偏下位置布置掏槽眼，輔助眼均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，掏槽眼深度比輔助眼、周邊眼深10～20%，周邊眼底部外傾 3～5°；

（5）輔助眼：a=b=800mm；

（6）周邊眼光面爆破：炮眼間距a=（10～15）d，周邊眼間距a周=400mm；

（7）底板眼：底板孔由于壓渣的原因，應(yīng)適當加密，間距或抵抗線一般為輔助孔的80%左右，設(shè)計為0.5～0.6m；

（8）炮眼深度：采用手持式鑿巖機鉆孔，孔深L=3.5m，其中掏槽眼應(yīng)比輔助眼、周邊眼加深20%。

以上爆破參數(shù)經(jīng)試爆后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整，以達到最佳爆破效果。

2.2.7裝藥結(jié)構(gòu)和起爆網(wǎng)絡(luò)

隧道掏槽眼、輔助眼和底板眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和簇連起爆網(wǎng)路，周邊眼采用水袋間隔不耦合裝藥。

3　施工安全保證措施

3.1　西山隧道控制爆破主要控制措施

（1）加強、完善保護對象周邊環(huán)境及安全警戒、保護措施；

（2）對西氣東輸天然氣管道和中石化油庫的爆破振動速度控制在2c m/s以內(nèi)；

（3）施工前對西氣東輸天然氣管道、青龍寨隧道結(jié)構(gòu)質(zhì)量狀況、中石化油庫進行評價及安全風險評估；

（4）爆破施工Ⅱ、Ⅲ級圍巖增設(shè)減振措施；

（5）采取可行的防護措施，控制洞口個別飛石，確保無飛石；

（6）委托具有相應(yīng)資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)進行振動速率監(jiān)測，并與產(chǎn)權(quán)單位建立安全聯(lián)動機制及完整檔案資料。

3.2　飛石控制防護措施

在爆破施工中控制爆破飛石應(yīng)考慮以下措施：

（1）炮孔用巖粉或黃泥填塞，保證孔口堵塞長度和加強堵塞質(zhì)量；

（2）嚴格按設(shè)計和具體地質(zhì)條件選擇單位炸藥消耗量和填塞長度，利用地形地質(zhì)條件，避免炮孔布置在地質(zhì)弱面或斷層、裂隙上；

（3）合理的起爆模式，每個炮孔都具備側(cè)向自由面和延遲起爆時間。

3.2　振動控制措施

（1）根據(jù)爆破區(qū)域的實際環(huán)境情況采用諸如數(shù)碼雷管爆破、打減振孔等積極的爆破減振技術(shù)。

（2）進行爆破振動測試，根據(jù)振動測試數(shù)據(jù)，控制最大段藥量，合理選擇毫秒間隔時間。

（3）根據(jù)被保護物與爆源的相對位置，確定合理的抵抗線方向和起爆順序。

3.3　沖擊波控制措施

隧道內(nèi)應(yīng)加強警戒，所有人員撤離到警戒線外，躲避沖擊波的傷害。隧道掘進在小于100m時，警戒范圍為暗洞洞口100m內(nèi)；隧道掘進大于100m時，安全警戒點為暗洞洞口周邊。

3.4　有毒氣體

隧道爆破后，需做好排氣通風工作（通風時間不少于30min），并確認安全后，經(jīng)現(xiàn)場指揮員批準方能進入作業(yè)區(qū)，并采取通風以外的其它消煙和檢測措施，確保每次入洞人員的安全。

4　結(jié)語

總而言之，在進行隧道爆破作業(yè)時，為了保證施工安全，需要重點針對爆破中的技術(shù)要點進行控制，設(shè)計合理的爆破方案，并嚴格按照工藝流程進行操作，最大限度減少作業(yè)風險，降低對周圍環(huán)境的影響。