靜態破碎結合控制爆破在城市隧道施工中的應用

楊朝洪

隨著城市的發展與擴大，城市人口日益增多，為打造更適合人們生活的環境和建造美麗的城市，城市道路體系不得不重新規劃、建設。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，常常遭到投訴現象，既沒有達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。為避免此類現象的頻繁發生，在此通過個人實踐經驗，分享一下關于靜態破碎和控制爆破相結合的方法完成隧道開挖，該方法可有效減少擾民事件發生，同時可加快隧道的掘進進度，減少工期造成的項目損失。

一、工程概況

珠海市橫琴新區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，項目的建設將連接環島北路與國際居住區，提升國際居住區及天沐河片區與橫琴主干路網的聯系，完善服務組團內的交通體系，帶動區域發展，隧道段全長約720m，隧道分左洞、右洞和人行及非機動車洞（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筑物，最近的民房離隧道出口僅約20m，隧道施工環境復雜。

隧道在城市建筑密集區域進行施工時，為了避免擾民和被民擾，靜態爆破和控制爆破被大量使用。靜態爆破可以做到無噪聲，無振動，無飛石的優點，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主下達的隧道貫通任務，本隧道人非洞臨近居民區部分區段采用靜態破碎結合控制爆破的施工工藝，既達到了加快施工進度的目的，同時又避免了擾民和附近居民投訴現象。

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，當在隧道掘進至離南面洞口200m 處時，開始利用爆破振動監測設備，對南面洞口附近的民房進行爆破振動監測，利用爆破振動監測數據指導爆破施工，在人非洞掘進至離南端洞口150m 范圍內時，爆破振動監測數據已臨近指標值，并接到南端洞口附近居民的大量投訴，顯然傳統的新奧法施工已經無法滿足施工環境的安全，為保證爆破施工環境的安全，同時盡量減少對掘進速度的影響，以確保在業主要求工期內按時完工。經項目邀請珠海市爆破專家組進行研究后，決定在距離隧道洞口150m 處，開始采用靜態爆破結合控制爆破對隧道洞身進行開挖施工。該工法的核心是利用靜態破碎進行掏槽，為爆破開創爆破自由面，并讓爆破抵抗線方向朝向隧道右側建筑群，從而達到減小爆破振動的目的。同時隧道明洞部分以及當靜態破碎和控制爆破結合滿足不了施工時，采用靜態（膨脹劑法）爆破施工。

1.靜態破碎結合控制爆破施工

（1）靜態破碎

①靜態破碎掏槽

首先利用施作隧道管棚的潛孔鉆在隧道右側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 ㎜的氣腿式手風鉆沿大孔周圍鉆孔，小孔間排距為50cm，孔深1.0m，鉆孔區域為隧道右側輪廓線1.0m 范圍內。該區域使用液壓式分裂機進行破碎開挖，為剩下區域的開挖提供爆破自由面，并可以使右側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達爾文液壓分裂機掏槽

液壓分裂機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。分裂機由三部分組成：液壓動力站，高低壓油管，分裂機構成。待鉆孔完成后可以將多個插入鉆好的孔內，啟動液壓動力系統，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張，幾秒鐘就可以破開巖體。

（2）控制爆破

控制爆破是指嚴格控制爆破有害效應，消除或削弱爆破有害效應對周圍環境的危害，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測數據。為削弱爆破有害效應，現場施工采用多種措施，如優化爆破參數、改變裝藥結構和調整抵抗線方向等，同時要求嚴控單段起爆藥量，引進了電子雷管起爆系統。在施工過程中實時監測爆破振動數據，當采取相應措施也無法滿足施工時，隧道采用靜態（膨脹劑法）爆破施工。

爆破振動參數選擇：

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

式中： Q 為炸藥量 kg（齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量）；

V 為保護對象所在地質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對象間的地形、地質等條件有關的系數和衰減指數。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（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，不得多排同時作業，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，即在二級復試掏槽眼基礎上增加3 ～4 個中空直眼，為楔形掏槽眼進一步創造一個自由面，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，環間距按照40cm 布置。在施工的同時，結合現場實際的圍巖裂隙及破碎情況進行調整，致使達到最佳的爆破效果。

三、本隧道削弱爆破振動和加快進度的措施

1.利用隧道斷面右側壁的靜態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。在距爆源較遠地方，地震波的能量主要集中在低頻率帶內。本隧道采用隔振溝槽，對爆炸應力波實現了有效的阻隔和削弱。經研究和實踐表明，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度約為40%～50%。

2.優化爆破參數

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，嚴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行爆破振動實時監測，通過監測數據來指導現場爆破施工。本隧道控制爆破施工爆破炮孔孔深嚴格限制在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，裝藥結構采用分段裝藥結構。

3.采用電子雷管起爆系統

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

四、結語

珠海市橫琴新區天羽道隧道在掘進至南端出口附近時，受限于爆破有害效應的影響，項目掘進進度和安全管控受到了相當大的影響。在部分區段采用了靜態破碎和控制爆破相結合的施工方法，并引進了電子雷管起爆系統后，大大削弱了爆破有害效應對周邊環境的影響，不僅有效減少擾民事件發生，同時又保證了施工進度，最后比業主要求工期提前一個多月完成隧道三線貫通。