靜態(tài)破碎結(jié)合控制爆破在城市隧道施工中的應(yīng)用

楊朝洪

隨著城市的發(fā)展與擴(kuò)大，城市人口日益增多，為打造更適合人們生活的環(huán)境和建造美麗的城市，城市道路體系不得不重新規(guī)劃、建設(shè)。在城市道路新增或改建過程中，城市隧道修建面臨的問題越來越多，尤其是在臨近居民區(qū)隧道，開挖爆破過程中，擾民問題一直無法得到解決，常常遭到投訴現(xiàn)象，既沒有達(dá)到政府為改善人民生活的目的，又造成了工程工期滯后，施工單位項目的虧損。為避免此類現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，在此通過個人實踐經(jīng)驗，分享一下關(guān)于靜態(tài)破碎和控制爆破相結(jié)合的方法完成隧道開挖，該方法可有效減少擾民事件發(fā)生，同時可加快隧道的掘進(jìn)進(jìn)度，減少工期造成的項目損失。

一、工程概況

珠海市橫琴新區(qū)天羽道隧道橫穿小橫琴山，天羽道是一條南北向的城市次干路，項目的建設(shè)將連接環(huán)島北路與國際居住區(qū)，提升國際居住區(qū)及天沐河片區(qū)與橫琴主干路網(wǎng)的聯(lián)系，完善服務(wù)組團(tuán)內(nèi)的交通體系，帶動區(qū)域發(fā)展，隧道段全長約720m，隧道分左洞、右洞和人行及非機(jī)動車洞（以下簡稱人非洞），在天羽道隧道人非洞的出口端分布處，有由村民修建的大量建構(gòu)筑物，最近的民房離隧道出口僅約20m，隧道施工環(huán)境復(fù)雜。

隧道在城市建筑密集區(qū)域進(jìn)行施工時，為了避免擾民和被民擾，靜態(tài)爆破和控制爆破被大量使用。靜態(tài)爆破可以做到無噪聲，無振動，無飛石的優(yōu)點，但是缺點也很明顯，那就是施工效率非常低。為確保項目按時完成業(yè)主下達(dá)的隧道貫通任務(wù)，本隧道人非洞臨近居民區(qū)部分區(qū)段采用靜態(tài)破碎結(jié)合控制爆破的施工工藝，既達(dá)到了加快施工進(jìn)度的目的，同時又避免了擾民和附近居民投訴現(xiàn)象。

二、隧道施工方法和工藝

天羽道隧道采用新奧法施工，由北向南單向掘進(jìn)，當(dāng)在隧道掘進(jìn)至離南面洞口200m 處時，開始利用爆破振動監(jiān)測設(shè)備，對南面洞口附近的民房進(jìn)行爆破振動監(jiān)測，利用爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)爆破施工，在人非洞掘進(jìn)至離南端洞口150m 范圍內(nèi)時，爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)已臨近指標(biāo)值，并接到南端洞口附近居民的大量投訴，顯然傳統(tǒng)的新奧法施工已經(jīng)無法滿足施工環(huán)境的安全，為保證爆破施工環(huán)境的安全，同時盡量減少對掘進(jìn)速度的影響，以確保在業(yè)主要求工期內(nèi)按時完工。經(jīng)項目邀請珠海市爆破專家組進(jìn)行研究后，決定在距離隧道洞口150m 處，開始采用靜態(tài)爆破結(jié)合控制爆破對隧道洞身進(jìn)行開挖施工。該工法的核心是利用靜態(tài)破碎進(jìn)行掏槽，為爆破開創(chuàng)爆破自由面，并讓爆破抵抗線方向朝向隧道右側(cè)建筑群，從而達(dá)到減小爆破振動的目的。同時隧道明洞部分以及當(dāng)靜態(tài)破碎和控制爆破結(jié)合滿足不了施工時，采用靜態(tài)（膨脹劑法）爆破施工。

1.靜態(tài)破碎結(jié)合控制爆破施工

（1）靜態(tài)破碎

①靜態(tài)破碎掏槽

首先利用施作隧道管棚的潛孔鉆在隧道右側(cè)壁輪廓線上鉆孔徑為d=100 ㎜的直孔，孔深為2.0m ～2.5m，孔間距為2.0m ～2.5m，潛孔鉆孔完畢后，用d=40 ㎜的氣腿式手風(fēng)鉆沿大孔周圍鉆孔，小孔間排距為50cm，孔深1.0m，鉆孔區(qū)域為隧道右側(cè)輪廓線1.0m 范圍內(nèi)。該區(qū)域使用液壓式分裂機(jī)進(jìn)行破碎開挖，為剩下區(qū)域的開挖提供爆破自由面，并可以使右側(cè)的建筑群位于炮口前方，從而最大限度的減小爆破振動。

圖1 隧道掏槽開挖圖

②達(dá)爾文液壓分裂機(jī)掏槽

液壓分裂機(jī)在破碎巖石時沒有振動和噪聲，可以快速破碎小體積的巖石。分裂機(jī)由三部分組成：液壓動力站，高低壓油管，分裂機(jī)構(gòu)成。待鉆孔完成后可以將多個插入鉆好的孔內(nèi)，啟動液壓動力系統(tǒng)，中間的楔塊液壓力的推動下，迫使夾在兩邊的一對反向楔塊向巖石孔洞的兩壁擴(kuò)張，幾秒鐘就可以破開巖體。

（2）控制爆破

控制爆破是指嚴(yán)格控制爆破有害效應(yīng)，消除或削弱爆破有害效應(yīng)對周圍環(huán)境的危害，對于此隧道主要是控制爆破振動對隧道南端民房的危害，在隧道貫通前需要著重爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)。為削弱爆破有害效應(yīng)，現(xiàn)場施工采用多種措施，如優(yōu)化爆破參數(shù)、改變裝藥結(jié)構(gòu)和調(diào)整抵抗線方向等，同時要求嚴(yán)控單段起爆藥量，引進(jìn)了電子雷管起爆系統(tǒng)。在施工過程中實時監(jiān)測爆破振動數(shù)據(jù)，當(dāng)采取相應(yīng)措施也無法滿足施工時，隧道采用靜態(tài)（膨脹劑法）爆破施工。

爆破振動參數(shù)選擇：

炸藥在巖體中爆炸后，爆炸能量一部分用作破碎巖體，另一部分即產(chǎn)生爆破有害效應(yīng)，爆破地震波是一種彈性波，包括在介質(zhì)內(nèi)部傳播的體波，以及沿分層巖石層面?zhèn)鞑サ拿娌?。爆破地震波隨著傳播距離的增加逐漸衰減，地震波傳遞至建構(gòu)筑物時若仍然足夠大，則可導(dǎo)致建構(gòu)筑物產(chǎn)生一定的損傷。影響爆破振動的主要決定性因素是：藥量，距離和地質(zhì)地形條件。爆破振動速度可以采用蘇聯(lián)薩氏公式計算：

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

V 為保護(hù)對象所在地質(zhì)點振動安全允許速度，本工程取1cm/s；

R 為爆破振動安全允許距離 m；

K、α 為與爆破點至計算保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)等條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。對于中硬巖石K=150～250，α=1.5～1.8，本工程K 取160，α 取1.5。

2.靜態(tài)（膨脹劑法）爆破施工

（1）隧道明洞部分

布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面，鉆孔方向盡量做到與臨空面平行；橫向布置孔距25cm，排距以30cm 左右為宜，必須采取逐排作業(yè)，不得多排同時作業(yè)，鉆眼深度2 ～4m。

（2）隧道掏槽眼

掏槽眼采用混合掏槽眼，孔長2.5m 左右，即在二級復(fù)試掏槽眼基礎(chǔ)上增加3 ～4 個中空直眼，為楔形掏槽眼進(jìn)一步創(chuàng)造一個自由面，從而增加爆破效果。鉆眼時先楔形后直眼，以免卡鉆。

（3）隧道周邊眼

周邊眼按照30cm 間距布置，孔長2m 左右，環(huán)間距按照40cm 布置。在施工的同時，結(jié)合現(xiàn)場實際的圍巖裂隙及破碎情況進(jìn)行調(diào)整，致使達(dá)到最佳的爆破效果。

三、本隧道削弱爆破振動和加快進(jìn)度的措施

1.利用隧道斷面右側(cè)壁的靜態(tài)破碎掏槽作為隔振溝槽

隔振溝槽對爆破主振頻率影響作用明顯，在距爆源較近地方，地震波的能量主要集中在頻率較高的范圍。在距爆源較遠(yuǎn)地方，地震波的能量主要集中在低頻率帶內(nèi)。本隧道采用隔振溝槽，對爆炸應(yīng)力波實現(xiàn)了有效的阻隔和削弱。經(jīng)研究和實踐表明，隔振溝槽可以明顯的削弱地震波的傳播，天羽道隧道在施工過程中，隔振溝槽能削弱爆破地震波的強(qiáng)度約為40%～50%。

2.優(yōu)化爆破參數(shù)

為了盡量削弱爆破振動，本隧道布孔采用小抵抗線，小孔深，小藥量的爆破參數(shù)，嚴(yán)格控制單段起爆藥量，以及一次起爆藥量，爆破過程中對南端洞口周邊的民房進(jìn)行爆破振動實時監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導(dǎo)現(xiàn)場爆破施工。本隧道控制爆破施工爆破炮孔孔深嚴(yán)格限制在1.8m以下，爆破抵抗線控制在0.8m 左右，所有炮孔沿靜態(tài)破碎開挖的槽腔為自由面層層布置，排距控制在0.8m，間距控制在1.0m，裝藥結(jié)構(gòu)采用分段裝藥結(jié)構(gòu)。

3.采用電子雷管起爆系統(tǒng)

由于導(dǎo)爆管雷管的分段受到限制，通常段別數(shù)為1 ～15 段，隨著隧道的掘進(jìn)，離南端洞口的居民建筑群越來越近，單段起爆藥量受到嚴(yán)格控制，最后不得不使用單孔單響進(jìn)行爆破，若再繼續(xù)使用非電導(dǎo)爆管雷管，則一次起爆規(guī)模受到嚴(yán)格的控制，為了保證項目的進(jìn)度，使隧道早日貫通，最后引進(jìn)了電子雷管起爆系統(tǒng)，從而有效的解決了雷管分段的限制，增加了一次起爆的規(guī)模，有效提高了開挖速度，加快隧道的掘進(jìn)進(jìn)度。

四、結(jié)語

珠海市橫琴新區(qū)天羽道隧道在掘進(jìn)至南端出口附近時，受限于爆破有害效應(yīng)的影響，項目掘進(jìn)進(jìn)度和安全管控受到了相當(dāng)大的影響。在部分區(qū)段采用了靜態(tài)破碎和控制爆破相結(jié)合的施工方法，并引進(jìn)了電子雷管起爆系統(tǒng)后，大大削弱了爆破有害效應(yīng)對周邊環(huán)境的影響，不僅有效減少擾民事件發(fā)生，同時又保證了施工進(jìn)度，最后比業(yè)主要求工期提前一個多月完成隧道三線貫通。