臨邊古跡控制爆破在隧道中的應用探討

姚立秋 （中鐵十六局集團有限公司，北京 100000）

1 工程概況

石板溝一號隧道起點位于青海省西寧市湟源縣境內石板溝村，路線近東向西穿越山脊，終點位于湟源縣境內下脖項村，設計為曲線型分離式隧道，技術標準為雙向4車道。右線起訖樁號為YK34+690～YK34+200，全長 510m，為中隧道，起點設計高程2478.64m，終點設計高程2490.8m。隧道出口位于湟水河河岸谷坡上，斜坡陡峭，山體自然坡角約34。～70。，右側坡面零星堆積破積碎塊石，左側坡面為基巖巖體裸露，隧道洞口自然邊坡穩定性差。右線出口段施工現場狹窄且無上山道路，洞口位于巖壁面往里6.3m位置，緊臨G109國道、水力發電站供水干渠、佛爾崖地圣祖佛廟（廟宇高7m，沿G109占地長52m）及石刻名勝古跡，隧道開挖邊線距廟宇僅2m，山體陡峭且洞口上方巖體破碎，在開挖隧道的過程中，會對山體造成非常大的干擾，并引發落石、坍塌等事故，對千年古跡佛爾崖地圣祖佛廟和造成了比較大的影響。隧道在進行開挖施工時，使用明挖法進行明洞的開挖，并進行整體模筑襯砌，在偏壓地段明洞結構位置需要布置偏壓擋墻，并使用噴錨結構進行明洞臨時邊坡的防護工作，設計采用ROCOO環形網+錨桿+混凝土噴射的防護方式進行防護。按照新奧法原理進行隧道洞身的設計和施工。洞身處圍巖使用機械開挖結合爆破的方式進行施工，爆破設計采用光面爆破的形式進行開挖。本文以此工程為例，重點分析了爆破施工過程中臨邊古跡的控制措施。

2 掏槽爆破給振動帶來的影響

在對掏槽爆破引發的振動較強的問題進行處理的時候，需要高效解決掏槽爆破的單段爆破藥量，通常會使用到以下兩種辦法：①對爆破進尺進行控制，對掏槽眼的裝藥量進行有效降低；②空孔直眼水位探槽辦法，在對掏槽爆破單段藥量進行控制的時候，可以使用加空孔體體積和逐孔引爆的辦法。使用第一種方法會使掘進速度和爆破效率受到影響，從而使施工工期受到一定的影響，該方法只能在極特殊的情況下使用。第二種方法對鉆孔的定向和精準度有極高的要求，受鉆工技術水平和鉆研設備的影響，一般情況下無法滿足設計的鉆孔精準度標準，在施工中極少使用[1]。

對振動監測的結果進行仔細的分析，掏槽爆破、擴槽爆破和周邊眼爆破所使用的單響藥量差不多，掏槽爆破造成的振動是其中最強烈的一種，導致這一情況的主要原因就是掏槽爆破的臨空條件不是很好，使得爆破的抑制作用被突顯出來，所以最終選擇的爆破方法為多級復式楔形掏槽法。把大楔形掏槽全部更改成為多等級小楔形掏槽，使得各級楔形掏槽的爆破藥量得到有效抑制，使前一級掏槽變成了后一級的臨空面，高效控制了爆破抑制作用，使爆破引發的相關反應得到較好的控制。

3 在隧道中使用古跡控制爆破

3.1 確定爆破技術參數

①選擇爆破臺階。在爆破時，使用上下兩臺階爆破開挖法的辦法進行操作，見圖1。先對上部斷面1進行挖掘，同時將拱圈襯砌好，接著對2、3位置進行爆破挖掘，上一臺階超前4m左右時，下一臺階開始爆破。

②炮孔半徑為2cm，Ⅳ級圍巖和炮孔深度為1m，Ⅴ級圍巖為0.7m左右，依據E/W=0.7對孔間距和周邊孔進行確定。

圖1 上下臺階挖掘圖示

3.2 裝藥結構

使用連續裝藥的方法對輔助孔和槽孔進行裝藥，使用不耦合裝藥的方法對周邊孔進行裝藥，在竹片上按照一定的間隔捆綁炸藥卷，炮孔深度等于竹片長度，藥卷的有效間隔為10cm，見圖2。

圖2 周邊孔裝藥結構圖示

3.3 優化掏槽模式

要想高效控制隧道臨邊古跡敏感區域的爆破振動情況，需要不斷優化掏槽爆破的方法，可以按照以下的兩點實施爆破。

①在多級楔形掏槽的核心位置設置2個淺直炮眼，將其設置成為第一段爆破掏槽。這2個炮眼的爆破藥量比較少，不會引起劇烈的振動。盡管掏槽體積量不是很大，但是可以對下一級斜眼掏槽的臨空界面條件進行改變，使爆破的抑制作用得到有效控制，使爆破產生的振動效應控制在最小的范圍之內。

②在對同排掏槽斜眼微差延時進行錯峰的時候，可以使用高精度孔外延時雷管進行作業，在斜眼起爆的時候，錯峰減震和快速掏槽得到較好的實現。對所得信息進行認真的分析，如果楔形掏槽的效果為最好的狀態時，就要求成排對稱的斜炮同時完成爆破。爆破完成以后，會在20ms以后出現巖石破裂運動，假如成對的“V”形斜眼能夠實現同時爆破，就要將延時起爆的時差控制在10ms左右，使掏槽的效果達到最佳的狀態。成對斜眼作為爆破炮孔，在10ms的延時時間里面，沒能完全分離兩段爆破振動波，但是爆破振動峰值卻出現了明顯的錯開，這就會使振動波峰值十分緩和，有效控制了振動波峰值[2]。

3.4 設計爆破網絡

①起爆方式。在對切口進行爆破的時候，可以按照串聯的辦法使用毫秒延期電雷管進行作業，使用擊發針起爆導爆管雷管的起爆方法在隧道內進行爆破。

②起爆網路。從炮孔中延伸出來的非電導爆管雷管腳線采取反向過橋連接的辦法進行連接，所有的過橋雷管使用導爆雷管進行集中起爆。

③爆破振動管理。每一個循環斷面需要使用的炸藥量為31kg，把起爆段平均分成為5份，每段的藥量為 6.2kg，當 K=200，α=1.8 時，其公式見式（1）和式（2）。

最大單響起爆藥量在6.2kg以內時，距離20m遠位置的古跡爆破振動速度可以達到1.5cm/s，這比國家爆破振動安全標準值小很多，從而得出結論為古跡安全。

3.5 其它減振技術

輔助隔振的方法也被叫作其它減振技術，包括預裂隔振法、孔底空氣間隔裝藥緩沖爆破法、周邊開槽以及挖掘減振溝在保護物四周等不同的隔振方法。在施工的時候，跟蹤振動監測和調試爆破參數是重要的組成部分，可以使掏槽爆破的控制作用得到較好的控制，借助高精度毫秒實現對雷管的延時操控，從而使爆破單響藥量得到較好的控制，使波峰和波谷實現有效的重疊，有效控制了振動的頻率。在比較復雜環境中的隧道爆破施工技術的振動問題要想得到較好的處理，就要使用綜合的減震方法，從而使振動安全和掘進速度都滿足設計的標準。

4 結語

綜上所述，該隧道工程在進行施工過程中，非常重視臨邊千年古跡的保護工作，施工前對爆破的裝藥結構和相關參數進行了科學的設計，并進一步優化的掏槽的方式，使爆破效果得到了有效的控制，提高了臨近古跡隧道的安全性，為類似工程對施工提供了借鑒和參考。