復(fù)雜環(huán)境下隧道爆破施工控制技術(shù)

文/李海福 中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司 云南昆明 650000

近年來，隨著隧道建設(shè)數(shù)量的不斷上漲，具體的施工環(huán)境也變得越來越復(fù)雜，埋深小于一倍洞徑的水下隧道、與既有建筑物凈間距小于10m的隧道等都屬于復(fù)雜環(huán)境隧道，而隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，這一類隧道的數(shù)量也會(huì)越來越多。另一方面，由于我國(guó)人口密度相對(duì)較大，隧道爆破必然伴隨著巨大的振動(dòng)，在復(fù)雜環(huán)境之下，這種振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境及建筑物的影響則更為明顯，如果不能有效的進(jìn)行處理，不但爆破施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性難以保障，周邊區(qū)域居民的生命財(cái)產(chǎn)安全也很有可能因此而受到威脅。在這樣的背景之下，針對(duì)復(fù)雜環(huán)境隧道爆破施工控制技術(shù)進(jìn)行研究是非常有必要的，本文將在后續(xù)內(nèi)容中進(jìn)行詳細(xì)論述。

1、隧道爆破近區(qū)振動(dòng)的傳播規(guī)律

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度能有效排除巖土的影響，因此，實(shí)際施工過程中，振動(dòng)速度將被作為主要的安全判斷依據(jù)。對(duì)于爆破振動(dòng)速度的計(jì)算來說，薩道夫斯基公式適用于等效距離在50-100之內(nèi)的隧道爆破，而爆破近區(qū)實(shí)際上的質(zhì)點(diǎn)速度要遠(yuǎn)大于計(jì)算所得數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)之上，通過對(duì)隧道掌子面后方拱頂5m范圍內(nèi)圍巖的振速進(jìn)行測(cè)試和分析，爆破近區(qū)振動(dòng)規(guī)律可以用式（1）來表示，其中，V為拱頂圍巖振動(dòng)速度，R為隧道掌子面到測(cè)點(diǎn)間的距離，Q為產(chǎn)生爆破振動(dòng)對(duì)應(yīng)的炸藥量：

2、降振技術(shù)

2.1 電子雷管降振

電子雷管具備能任意設(shè)定并準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)延期發(fā)火時(shí)間的特點(diǎn)，這種雷管與普通雷管的主要區(qū)別在于電子雷管依賴微電子芯片實(shí)現(xiàn)延期發(fā)火，而普通雷管則主要依賴化學(xué)手段來實(shí)現(xiàn)延期。在這樣的背景之下，電子雷管在復(fù)雜環(huán)境隧道爆破中的應(yīng)用將能有效提升延期精度，并保障安全性?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用電子雷管直接代替導(dǎo)爆雷管，改變炮孔間的起爆時(shí)間，在這一新型雷管的作用之下，70%左右的爆破振動(dòng)將能得到有效消減。

2.2 電子雷管及導(dǎo)爆管雷管聯(lián)合降振

在實(shí)際施工過程中，若僅使用電子雷管來滿足降振需求，那么施工方必然需要投入大量資金來確保電子雷管能發(fā)揮出預(yù)期作用，而為了有效降低實(shí)際的爆破成本，對(duì)電子雷管及導(dǎo)爆管雷管聯(lián)合降振效果進(jìn)行研究也是非常有必要的。在對(duì)這一聯(lián)合降振技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)將導(dǎo)爆管雷管布置于隧道掌子面上的周邊眼、底板眼以及部分崩落眼內(nèi)，掏槽眼以及另一部分崩落眼內(nèi)裝電子雷管。經(jīng)過驗(yàn)證得知，這一聯(lián)合降振技術(shù)的應(yīng)用能將爆破振動(dòng)降低到業(yè)主要求或國(guó)家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)以下。

3、保障隧道圍巖穩(wěn)定的方法

3.1 噴射混凝土安全振動(dòng)速度

當(dāng)爆炸壓應(yīng)力波在傳播過程中遇到圍巖與噴射混凝土的分界面時(shí)，一部分壓應(yīng)力將會(huì)由這一分界面反射到圍巖內(nèi)部，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成反射拉伸波，另一部分壓應(yīng)力則會(huì)直接通過分界面透射到混凝土內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行傳播。爆炸應(yīng)力波在圍巖內(nèi)具體的傳播模式如圖一所示。

圖1 爆破應(yīng)力波在圍巖內(nèi)的傳播

結(jié)合上述內(nèi)容，若噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度大于其與圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度，那么這兩者就會(huì)互相脫離，進(jìn)而影響圍巖的穩(wěn)定性，導(dǎo)致爆破現(xiàn)場(chǎng)安全難以得到保障。針對(duì)這樣的狀況，相關(guān)人員必須能對(duì)噴射混凝土的振動(dòng)速度進(jìn)行控制。結(jié)合現(xiàn)有研究資料來看，噴射混凝土的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在30-50cm/s之內(nèi)。

3.2 砂漿錨桿安全振動(dòng)速度

當(dāng)水泥砂漿錨桿處于正常工作狀態(tài)之下時(shí)，水泥砂漿與圍巖之間的粘結(jié)、與鋼筋之間的粘結(jié)能有效的使錨桿與巖體結(jié)合成一體，但在復(fù)雜環(huán)境隧道爆破施工過程之中，在爆破振動(dòng)的作用之下，水泥砂漿與圍巖及鋼筋之間的粘結(jié)都有可能因此而受到影響，嚴(yán)重情況下將會(huì)出現(xiàn)脫裂問題。國(guó)家現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范中已經(jīng)針對(duì)水泥砂漿與螺紋鋼筋、水泥膠結(jié)材料與圍巖間的粘結(jié)強(qiáng)度分別做了說明，前者應(yīng)控制在2.0-3.0MPa之間，后者則應(yīng)控制在0.8-1.2MPa之間。結(jié)合這一數(shù)據(jù)，為了避免爆破振動(dòng)導(dǎo)致水泥膠結(jié)材料與圍巖之間的脫落問題，砂漿錨桿安全振動(dòng)速度應(yīng)控制在30-50cm/s的范圍之內(nèi)。

3.3 無支護(hù)隧道圍巖穩(wěn)定性控制

無支護(hù)巖石隧道的穩(wěn)定性將會(huì)受到隧道形狀、尺寸及巖石的物理力學(xué)特性等的影響，而在爆破施工過程中，相關(guān)施工人員則應(yīng)通過對(duì)圍巖爆破振動(dòng)速度、最大一段藥量以及隧道爆破進(jìn)尺等的控制來達(dá)到保障無支護(hù)隧道圍巖穩(wěn)定性的目的。

結(jié)語：

綜上，復(fù)雜環(huán)境隧道爆破施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性及對(duì)周邊環(huán)境的影響將會(huì)受到更多因素制約，而在實(shí)際施工過程中，施工方則可以通過對(duì)電子雷管的應(yīng)用來達(dá)到精準(zhǔn)控制、大幅降低爆破振動(dòng)等目的。對(duì)于隧道圍巖安全性來說，施工方則應(yīng)從噴射混凝土安全振動(dòng)速度、砂漿錨桿安全振動(dòng)速度、無支護(hù)圍巖穩(wěn)定性等方面進(jìn)行考量，確保隧道爆破施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性。在后續(xù)發(fā)展過程中，施工方及技術(shù)人員則應(yīng)進(jìn)一步針對(duì)復(fù)雜環(huán)境隧道爆破施工技術(shù)進(jìn)行研究，確保這一施工過程的開展能在質(zhì)量和效率上滿足人民群眾需求。