隧道開挖采用微振爆破技術(shù)施工研究與應(yīng)用

苗文華

（山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013）

1 工程概況

太行山一號(hào)國家觀光旅游路平定段建設(shè)項(xiàng)目娘子關(guān)固關(guān)環(huán)線（程家—槐樹鋪）段第四合同段位于平定縣娘子關(guān)鎮(zhèn)程家村東石太鐵路橋下，于鄉(xiāng)道033相接，路線向南沿白蹄溝布線，穿越1座隧道后，經(jīng)過嶺后村、槐樹鋪村，下穿太舊高速公路后至本項(xiàng)目終點(diǎn)，路線終點(diǎn)位于平定縣柏井鎮(zhèn)槐樹鋪村東南，與國道307相交，路線全長(zhǎng)13.286456km。

2 鉆爆設(shè)計(jì)原則

在開展隧道爆破施工的過程中，應(yīng)當(dāng)充分依托該地區(qū)的實(shí)踐情況以及工程范圍內(nèi)環(huán)境情況，進(jìn)一步制定科學(xué)的設(shè)計(jì)原則。

（1）為了充分保障建筑物以及有關(guān)工作人員的安全，切實(shí)根據(jù)我國有關(guān)《爆破安全規(guī)程》展開設(shè)計(jì)、施工。

（2）應(yīng)用多次楔形掏槽的方式，保障掏槽眼的角度、深度都處于逐漸增大的狀態(tài)[1]。通過這樣的方式起到限制巖石夾制的作用，在保障振速得到控制的同時(shí)，使掏槽的爆破效果得到最大發(fā)揮。

（3）為了盡可能減小爆破振動(dòng)帶給地標(biāo)建筑物的影響，本次施工選擇應(yīng)用分炮次起爆的方式進(jìn)行。

（4）通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，進(jìn)一步獲得貼合工程實(shí)踐效果的爆破參數(shù)，與此同時(shí)針對(duì)相關(guān)工程展開動(dòng)態(tài)性檢測(cè)，通過這樣的方式進(jìn)一步調(diào)整爆破參數(shù)。

3 微振動(dòng)爆破技術(shù)應(yīng)用

3.1 選配適宜循環(huán)進(jìn)尺及炮孔深度

首先切實(shí)按照鑿鉆機(jī)的鉆鑿能力、圍巖穩(wěn)定性、地表建筑物的爆破真素進(jìn)一步選擇炮孔的實(shí)際深度[2]。不要忽略炮孔深度對(duì)于爆破循環(huán)進(jìn)尺帶來的影響，炮孔深度越深，則會(huì)使巖石獲得更進(jìn)一步的夾制作用，也同樣使爆破的振動(dòng)速度越來越大。因此本次工程選用型號(hào)為TY-28的鑿巖機(jī)，另外炮孔直徑設(shè)計(jì)為42，按照周邊居民樓能夠承受的最大振素，進(jìn)一步設(shè)計(jì)選擇炮孔深度，最終循環(huán)進(jìn)尺取1.0m，炮孔的深度被相應(yīng)控制在1.1~1.2m。

3.2 確定掏槽眼參數(shù)及形式

確定科學(xué)的掏槽參數(shù)以及形式，將是實(shí)踐施工過程中進(jìn)一步控制爆破振動(dòng)的重要措施[3]。由于一級(jí)掏槽炮孔的深度相對(duì)較淺，同時(shí)炮孔具備較小的傾角，導(dǎo)致實(shí)際裝藥量相對(duì)較少，致使最終炮孔的實(shí)際振動(dòng)頻率較小。一級(jí)掏槽時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意先在掌子面區(qū)域，爆破出一定大小的槽腔，通過這樣的方式為槽眼的爆破工作提供更加良好的膨脹空間，最大限度降低巖石本身的夾制作用[4]。另外還可以通過多級(jí)楔形掏槽，逐步增加深度和角度，同樣能夠達(dá)到降低巖石夾制的效果。為了充分控制爆破振動(dòng)速度，本次施工過程中掏槽眼的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1 掏槽眼各項(xiàng)參數(shù)

3.3 設(shè)定合理周邊眼參數(shù)

周邊眼區(qū)域首先沿著隧道進(jìn)行輪廓線開挖工作，保障孔底處在相同平面，另外插角度保持在3°~5°[5]。導(dǎo)洞上方臺(tái)階始終處在微中分化巖層當(dāng)中，實(shí)際圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)。受限于爆破振動(dòng)速度，本次施工并未選用光面爆破。在本次設(shè)計(jì)過程中，依托各個(gè)開挖巖層的實(shí)際情況以及實(shí)踐施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)周邊孔間距以及二圈眼距離分別選擇為500mm以及550mm[6]。另外裝藥的集中度選擇為0.2kg/m，因此最終長(zhǎng)度為1.1m的炮孔長(zhǎng)度單孔類裝藥量為0.22kg，為了保障裝藥過程的方便性，因此取q為0.2kg。

3.4 設(shè)定合理輔助眼參數(shù)

作為輔助眼的兩種基本布置形式，本次施工選擇將直線型與弧線形充分結(jié)合[7]。首先在第Ⅰ次爆破區(qū)域的輔助眼區(qū)域，炮孔的間距選擇為500mm，排距選擇為400mm。在第Ⅰ次爆破結(jié)束之后，掌子面下方出現(xiàn)的空腔可以作為為后續(xù)爆破提供空間的自由面，同時(shí)由于最小抵抗線指向空腔區(qū)域，導(dǎo)致爆破振素得到適當(dāng)減小。另外巖石爆破能夠依托自重展開，因此可以相應(yīng)增大輔助眼間排距。

在實(shí)踐施工過程中，單孔裝藥量可能會(huì)有炮孔的間排距、裝藥集中度、炮孔深度等各個(gè)因素有關(guān)，因此輔助眼單孔裝藥量可以根據(jù)式（1）計(jì)算：

式中：q——輔助孔的單孔裝藥量；γ——每米藥劵的重量[8]。

由于左線始發(fā)導(dǎo)洞上方臺(tái)階的開挖面積為25.13m2，循環(huán)進(jìn)尺的設(shè)計(jì)為1m，則選擇應(yīng)用多級(jí)楔形掏槽、分次起爆技術(shù)。上臺(tái)階區(qū)域內(nèi)共計(jì)擁有炮孔數(shù)量為108個(gè)，炸藥的實(shí)際用量為28.1kg，比鉆眼數(shù)為4.3/m2。上臺(tái)階的有關(guān)爆破參數(shù)如表2所示。

表2 上臺(tái)階爆破參數(shù)

3.5 起爆網(wǎng)絡(luò)

為了充分解決雷管段較少，導(dǎo)致起爆藥量過大的問題，公路建設(shè)過程中開始普遍應(yīng)用毫秒導(dǎo)爆雷管。通過使用段數(shù)為20的普通毫秒延期導(dǎo)報(bào)雷管，能夠最大程度上使單段最大起爆藥量降低，保障巖石當(dāng)中存在的炸藥能夠依托事先設(shè)定好的順序完成起爆，通過這樣的方式盡可能降低爆破的振動(dòng)速度。

本次施工工程選擇應(yīng)用普通毫秒延期導(dǎo)爆雷管。與此同時(shí)選擇應(yīng)用分次起爆的形式，并將上臺(tái)階區(qū)域分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)部分。在這之中Ⅰ區(qū)斷面的中間部位設(shè)置為Ⅰ-1掏槽區(qū)域，另外兩側(cè)則為呈對(duì)稱形態(tài)的輔助區(qū)域，在輔助區(qū)域中施工單位選擇應(yīng)用大段別20段毫秒導(dǎo)爆管空外煙氣，通過這樣的形式可以切實(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐情況，并針對(duì)掏槽部分段別應(yīng)用情況展開調(diào)整，在這一過程中要注意遵循掏槽區(qū)有限起爆的理念。

3.6 裝藥結(jié)構(gòu)及填塞

為了充分提升炮孔的利用效率，因此施工單位選擇在輔助眼、掏槽眼以及周邊眼區(qū)域全都選擇應(yīng)用反向連續(xù)裝藥的形式進(jìn)行，采用不耦合實(shí)踐裝藥結(jié)構(gòu)。其中不耦合的系數(shù)為1.31。

在裝藥環(huán)節(jié)結(jié)束之后，為了充分提升炸藥的利用效率，施工單位應(yīng)當(dāng)陣地各個(gè)炮孔實(shí)踐應(yīng)用的泡泥進(jìn)行填塞。泡泥部分選擇有黏土以及沙子通過混合的形式配置，其實(shí)際重量比例為3:1，并在其中適當(dāng)填入20%的水。最后，要注意保障炮孔填塞的密實(shí)度。

4 微振爆破技術(shù)施工效果分析

在本次施工過程中，為了充分檢測(cè)爆破對(duì)地表危舊建筑物帶來的影響，因此在每一次爆破過程均展開全面檢測(cè)。實(shí)際工程中應(yīng)用的以期為TC-4850測(cè)振儀。檢測(cè)儀器軍備相應(yīng)布置在隧道掌子面拱頂部分，并盡可能使其與居民樓更近。為了針對(duì)本次應(yīng)用爆破方案的控制效果展開分析，因此選擇針對(duì)連續(xù)20個(gè)最大振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（如表3所示）。

通過表3能夠清晰發(fā)現(xiàn)，本次工程的全部振動(dòng)速度均被控制在0.5cm/s以內(nèi)，實(shí)際爆破振動(dòng)控制成果具備較強(qiáng)實(shí)踐意義。

表3 振動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語

為了在側(cè)穿磚混結(jié)構(gòu)居民樓爆破施工中，最大限度保障建筑物具備結(jié)構(gòu)安全，因此本次施工通過微振爆破設(shè)計(jì)，通過應(yīng)用多級(jí)楔形掏槽形、控制炮孔裝藥量、選擇合理裝藥結(jié)構(gòu)、調(diào)整起爆網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)減振措施，進(jìn)一步將振動(dòng)速度控制在合理范圍內(nèi)，將危舊建筑物受到影響降到了最低。