復雜圍巖環(huán)境下高速公路隧道爆破施工研究

毛仕仁

（廣西工程技術研究院有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

交通網絡的建設與發(fā)展，為城市化建設的穩(wěn)定推進，提供有利的前提條件，而隨著道路交通等級的提升，必然需要在復雜圍巖環(huán)境中，以爆破施工的方式開鑿出寬敞的高速公路隧道，從而有效縮短交通的行進時間。但實際爆破施工期間，需要結合復雜圍巖環(huán)境的不確定性做好詳細規(guī)劃與部署，使其能夠盡可能削弱圍巖的影響，使其應力保持在和諧穩(wěn)定的狀態(tài)下，為高速公路隧道的施工與順利通車提供可靠的安全保障。

1 基于復雜圍巖環(huán)境開展高速公路隧道爆破施工的風險

廣西地區(qū)位于云貴高原的東南側，整體以西北高，東南低的走向為主，呈現明顯的傾斜狀態(tài)，當地山體數量多且連綿不斷，山系多以弧形為主，受太平洋板塊與印度洋板塊的持續(xù)擠壓，地質結構穩(wěn)定性不足，容易因外在作用力而損害山體的內部應力情況，進而造成嚴峻的后果。由于該高速公路施工項目需要涉及穿插多座隧道，分散于不同的山區(qū)，而廣西作為多民族聚集自治區(qū)，很多少數民族習慣居住在山區(qū)附近，因此，在對其采取爆破施工的過程中，需要注重其對居民安全和日常工作、生活的影響，盡可能控制好因爆破而產生的飛石和振動等問題。另外，經過實地勘察與走訪，發(fā)現目標施工區(qū)域的山體圍巖為Ⅴ級，表層集聚大量碎石、風化巖石、殘坡積土等，不具有良好的穩(wěn)定性，因此，在開展施工期間，需要注重加強隧道防護處理，針對部分斷層帶或碎石帶等容易發(fā)生坍塌事故的區(qū)域進行重點觀察，并采取科學支護措施做好充足防護準備。

2 在復雜圍巖環(huán)境下進行高速公路隧道爆破施工的有效措施

2.1 工程概況

某高速公路隧道全長3876m，采用雙向四車道建設標準，預期設計速度為80km/h，其坐落于我國廣西壯族自治區(qū)的層巒山區(qū)中，峰巒疊嶂，坡陡谷深，施工山體內部存在復雜的圍巖環(huán)境，多以火山巖、沉積巖、變質巖，并夾雜著層狀石灰?guī)r等，整體隧道寬度為26m，不同等級的圍巖所能提供的物理學參數也會存在明顯的區(qū)別。為保障高速公路隧道能夠在規(guī)定時間內，以良好的穩(wěn)定性和安全性如期完工，需要將不同等級的圍巖性質參數進行有效對比，并采取控制變量的實驗方式，確保其采取爆破施工期間，不會對復雜圍巖山體環(huán)境的內在應力造成破壞和威脅。經反復商討和詳細分析，采取科學高效的爆破開采施工，為某高速公路隧道建設施工的順利完成提供可靠的支持與保障。

2.2 處于復雜圍巖環(huán)境下高速公路隧道爆破施工的技術要點

2.2.1 地質環(huán)境勘測技術

為解決處于復雜圍巖環(huán)境下的高速公路隧道施工，切實降低隧道施工作業(yè)的實際難度，相關施工部門需要合理應用現代新型施工技術，在地質環(huán)境勘測技術的作用下，有效推動高速公路隧道爆破施工建設的具體效果。事實上，復雜的圍巖環(huán)境，會對高速公路的隧道施工進度產生明顯的干擾和阻礙，為確保工程總體的安全性與穩(wěn)定性，傳統(tǒng)施工技術已經無法滿足基本的需求，容易遺留下嚴重的風險隱患，比如塌方、變形等事故，不僅造成施工人員的生命安全不能得到可靠保障，同時還會造成施工成本的顯著增加，延長實際的交工期限。

因此，對于某高速公路隧道爆破施工項目而言，施工管理人員需要結合當地的實際情況和地理特點等信息，采用先進的精密儀器展開詳細勘測，并根據數據記錄繪制出對應的地質構造示意圖，為后續(xù)爆破挖掘工作的有序推進創(chuàng)造有利前提基礎。而技術工作人員則需要針對相關數據信息，對隧道爆破施工方案的可行性展開綜合評估與分析，并根據目標山體的地質構造示意圖，對原始爆破施工方案的細節(jié)進行調整和改進，盡可能降低總體的施工成本，為高速公路隧道爆破施工的總體效果提供支持與保障[1]。

2.2.2 斷層與破裂帶施工技術

面對廣西壯族自治區(qū)復雜圍巖施工環(huán)境，為確保高速公路隧道爆破施工能夠安全、有序進行，需要額外注重斷層或破裂帶區(qū)域的施工技術。一方面，施工操作人員需要經過系統(tǒng)化培訓，充分了解復雜圍巖環(huán)境對隧道爆破施工的阻礙和負面影響，可以在進行施工之前，對隧道內部施工的地質環(huán)境展開科學合理的預測分析，并利用先進的有效施工工藝來提供輔助作用。例如，在處理斷層區(qū)域的隧道爆破施工期間，工作人員可以用超前注漿導管來提供穩(wěn)定、高效的支護施工，不僅能夠有效增強施工環(huán)境的可靠性，同時還能預防和減少安全隱患[2]。另一方面，在高速公路隧道爆破施工時，工作人員可以采用光面爆破的施工技術，不會對周圍巖石產生較為明顯的振動影響，使施工區(qū)域更加安全、可靠，而且還會對后期施工奠定良好的保障基礎，促進高速公路隧道爆破施工效率和質量的同步提升。

2.2.3 爆破技術的具體參數

在復雜圍巖環(huán)境下，要想實現安全爆破施工，需根據施工方案確定爆破技術參數，依托于多次試驗獲得理想爆破效果，然后方可大規(guī)模施工。技術參數確定要點可總結如下：①確定單位炸藥消耗量。作為直接影響巖石破碎程度、碎片飛行距離、爆堆形狀的技術參數，需要結合多方因素綜合確定，以此保證隧道圍巖的穩(wěn)定性。具體包括炸藥特性分析、橫截面設計、巖石特性考量、裝藥方案等，其中，要確保炸藥硬度、爆炸力、密度和塑性滿足施工要求。由于準確計算難度較大，故可引入BIM 技術，通過全面、準確地現場調研反復模擬單位炸藥消耗量，分析爆破效果與安全性，最終確定消耗量。②炮眼相關技術參數。在數量方面，根據巖石體積合理確定布置數量，原則是在保證爆破效果的基礎上盡可能減少鉆孔數量；在深度方面，要綜合考量現場環(huán)境、圍巖類型和開挖方法，一般在1.2～3.5m；在直徑方面，根據炸藥性能、隧道斷面尺寸、鉆孔鉆速確定炮眼直徑，做好臨時支護措施；在利用率方面，最佳區(qū)間為0.85～0.95，若是斷面較大，則調整為0.8～0.9，一般取中間值計算[3]。

2.2.4 隧道變形控制技術

通常，在廣西等處于復雜圍巖環(huán)境的高速公路隧道爆破施工中，由于其施工場所的鹽質泥巖含量較高，當其遭遇爆破等較為強烈的施工操作時，容易出現明顯的軟化情況，導致高速公路隧道施工產生坍塌問題，對施工操作人員的生命安全構成嚴重的威脅和影響。為避免同類情況的發(fā)生，工作人員需要針對隧道變形控制技術進行合理運用，使其全面增強施工區(qū)域的鹽質泥巖性能，不會出現因爆破而造成坍塌事故的情況，為作業(yè)人員營造出更加安全可靠的施工環(huán)境。另外，為切實增強高速公路隧道爆破施工環(huán)境的結構穩(wěn)定性，工作人員要采取科學可靠的預防措施，例如以混凝土的噴射施工來提高錨桿支護的穩(wěn)定性和牢固性，使其具備更加卓越的抗壓性能，有效防止坍塌、變形等問題的出現和發(fā)生，為高速公路交通網絡的建設發(fā)展給予可靠支持與助力。

2.2.5 鉆孔排水動力支架施工

基于復雜圍巖環(huán)境下，容易在爆破施工和開挖期間，出現嚴重水土流失問題，導致施工環(huán)境惡劣，不僅影響施工人員的操作，同時還會對高速公路隧道爆破施工的具體要求產生偏差和影響。因此，施工單位需要靈活運用鉆孔排水動力支架施工技術，可以在最大程度上，切實提高作業(yè)區(qū)域的排水效率，為施工進度的有序推進，提供可靠的支持與保障。工作人員需要在施工環(huán)境的地質構造示意圖及相關數據的基礎上，對鉆孔的位置進行反復對比，為該技術實際性能的有效展現，提供良好的促進作用。同時，為降低施工難度，工作人員可以結合實際狀況，運用不同的支護技術，一方面能夠切實保障施工環(huán)境的穩(wěn)定性，另一方面也會對施工效果的高效提升，給予良好的幫助，為高速公路隧道爆破施工的有序進行奠定堅實基礎。

2.2.6 超前注漿施工技術

基于復雜圍巖的高速公路隧道項目施工條件較為復雜，提高爆破施工質量，可采用超前注漿技術改變地質條件，為后續(xù)作業(yè)的開展奠定良好基礎。技術實施期間，現場施工人員需規(guī)范化處理施工過程中產生的污泥，提升地質強度，然后科學確定注漿壓力。作為一項關鍵參數，其科學水平直接關系到漿液擴散范圍以及最終的注漿效果，為使注漿壓力順利克服地層阻力、靜水壓力，可采用式（1）計算單孔注漿量：

式中：Q——單孔注漿量，m3/孔；R——漿液擴散半徑，m；L——注漿孔深，m；a——漿液填充系數；n——地層裂隙，%；η——漿液消耗率。

其中，擴散半徑一般取值2.5m；漿液填充系數取值范圍為0.3～0.9，與施工現場的巖石情況有關，需要適當靈活調整；η 一般取值1.1。

完成注漿量的準確計算后，需要選擇合適的注漿方式。若是工程無特殊要求，則一般選擇前進式注漿方法，隨著每段掘進工作的開展，立即開展某段注漿作業(yè)。若是現場單孔出水率在10m3/h 以下時，那么注漿長度可達到5～8m；若出水率在10m3/h 以上、30m3/h以下，則要以3m 為單位劃分注漿段；若出水率在10m3/h 以上，要停止鉆孔立即注漿。注漿完成后8h 拆除注漿設備[4]。

2.3 復雜圍巖環(huán)境高速公路隧道爆破施工的控爆減震措施

2.3.1 中空孔直眼掏槽爆破方法

在復雜的圍巖環(huán)境下，高速公路隧道爆破施工需要做好控爆減震措施，由于對隧道進行爆破時，爆炸所產生的沖擊力形成爆炸應力波，沖擊會以柱體波的形式向爆炸點外傳遞，如果不進行有效釋放，爆炸沖擊波就會對圍巖造成沖擊，使圍巖受到嚴重的震蕩損傷，不利于隧道整體的結構穩(wěn)定，容易導致危險事故發(fā)生。為了有效減小沖擊波對圍巖層造成的損害，可以采用中空孔直眼掏槽爆破方法進行干預，通過在掌面上預鉆一個大直徑空心孔，并將掏槽孔布置在大直徑空心孔周圍，有效地增加了掏槽孔的自由表面積，減少了巖體對炸藥的夾持作用，并使炸藥的大部分能量在爆轟后通過空心孔耗散，降低了隧道爆破施工炸藥進入地層的地震波強度。通過中空孔直眼掏槽爆破方法，可以有效緩解爆炸沖擊對圍巖層的損傷，從而增強隧道穩(wěn)定性。

2.3.2 多段微分爆破減震法

復雜圍巖環(huán)境下高速公路隧道爆破施工控爆減震的另一有效措施是采取多段微分爆破減震法。多段微分爆破減振法將炸藥的用藥量進行微分處理，通過增加爆炸破裂孔的數量，增加爆破所使用炸藥的份數從而減小每份炸藥的藥量，實現在用爆破當量不變的前提下，減小每個爆破個體的爆炸當量，從而達到保護圍巖層的目的。通過多段微分爆破減震法能夠確保爆破效果的同時，還能讓火藥更加均衡地分布在爆破區(qū)域內，提高爆破效果，還能到減震的作用。另外通過多段式處理，對爆炸進行延時，通過多段延時起爆，降低爆炸沖擊波受到的一次性沖擊力，從而減小爆炸對圍巖層造成的損傷，著重改善隧道的爆破效果，增強對于圍巖層減震的作用，提高隧道爆破安全性。

2.3.3 調整狀態(tài)及其結構的減震法

在復雜圍巖環(huán)境的高速公路隧道爆破施工過程中，也可以采取調整炸藥狀態(tài)和炸藥結構的方法達到減震目的。在具體施工時，選取炸藥時要組織專業(yè)技術人員，對爆破地巖體進行詳盡調查與分析，根據巖土情況選擇適合的炸藥，提高炸藥爆炸特性與巖土結構的匹配程度，從而提高爆破效率，并且有效降低爆炸對于圍巖層的沖擊，實現減震。此外，改變還可以通過調整炸藥的填充結構，達到減震目，通過結構調整，防止爆破沖擊波直接作用于圍巖層上，這樣既可以有效降低圍巖層沖擊，又能夠提高爆破點位的爆炸沖擊，有效提高爆破能力的同時減小有害沖擊，提高爆破工作效率，在隧道爆破操作中，對爆破火藥采用徑向不稱盒裝藥，相較于傳統(tǒng)的集中裝藥，有著顯著的圍巖層減震效果，還能夠進一步提高單位爆破率，在爆破點之間形成距離合適的空氣間隔層，可以起到有效的減震作用，這也被稱為不耦合系數，在調整狀態(tài)及其結構的減震法的實際應用中，根據圍巖層實際情，計算出對應的不耦合系數，從而確保高速公路隧道爆破施工時圍巖層的穩(wěn)定性和隧道挖掘施工時的安全性[5]。

3 結語

綜上所述，高速公路隧道建設施工期間，面對復雜的圍巖施工環(huán)境和并不均等的空間承載力，使得具體的施工難度明顯增加。本文通過以某高速公路的隧道爆破施工為例，結合其存在的風險因素，對全過程施工的技術要點進行深入分析，并搭配對應的控爆減震措施，為高速公路隧道建設施工的總體質量和進度，提供可靠的支持與保障，使其具備良好的穩(wěn)定性和安全性，為其他隧道爆破施工提供借鑒。