隧道爆破施工的關鍵技術淺析

魏 雯

福州大學土木工程學院，福建 福州 350108

0 引言

隨著國家經濟的快速發展，我國交通工程的基礎建設也不斷加速，伴隨著大量隧道工程的興建［1-3］。隧道爆破振動不僅影響周圍環境，而且還對隧道工程質量產生影響，因此，對爆破振動產生的危害必須進行控制［4-6］。目前隧道施工開挖主要采用爆破法施工，隧道爆破產生的振動不僅對周圍環境產生影響，還對臨近構筑物結構產生破壞的風險，特別是對于正在運營的高速公路，給駕駛人員帶來了極大的安全隱患［7-9］。因此，通過采取合理的支護措施、控制爆破藥量以及做好相應的應急預案，有效的降低施工風險顯得尤為重要［10-11］。

1 工程概況

本項目隧到的起止樁號為ZH1+071～ ZH6+078，隧道全長5007m，開挖洞徑為3.2m，隧道斷面采用平底圓型，底寬2.8m。輸水隧道下穿沈海高速福泉段，道路中心線呈大角度交叉，交叉角度為84°。交叉段輸水隧道的上覆巖體厚約30m，大概是隧道9.4 倍的洞徑。交叉段圍巖為弱風化中粒含黑云母花崗巖。交叉段沈海高速公路全長165.91km，設計行車速度為100km/h，雙向4 車道，路基寬度24.5m。下穿段地層為弱風化中粒含黑云母花崗巖，輸水線路穿越處高速公路段為挖方路基。

2 總體施工方案

結合本項目地質條件，輸水隧洞控制爆破工程主要采取的施工方法為：對于II、III 級圍巖，采用全斷面法；對于Ⅳ級圍巖則采用分臺階法。

交叉段高速公路的允許振速為2cm/s，應嚴格控制單段最大裝藥量，保證高速公路的運營安全。為了選擇合適的控爆的鉆爆參數，確定合適的炸藥單耗，驗證安全防護措施的效果，檢測爆破振動對沈海高速福泉段等地下管線的影響，為了確保爆破安全的順利實施，應進行試爆工作以及開展爆破振動監測工作。若是遇到斷層破碎帶、軟弱圍巖和涌水地段，要先進行加固及止水，然后施工開挖；若是圍巖不穩定或者圍巖破碎，應先采用大管棚超前支護；以上開挖方法應根據圍巖及實際情況選定。

隧道爆破出碴運輸方法和設備選型按要求配備，施工流程為爆破后，采用礦車裝碴，礦用電機車運輸。其具體施工流程：鉆孔→裝藥→爆破→通風→出碴→噴錨支護→永久支護。

3 爆破參數設計

3.1 全斷面法

Ⅱ級和III 圍巖采用全斷面法爆破施工，爆破參數設計如下：掏槽孔為桶形掏槽孔布置，掏槽孔數5 個，小計裝藥量4.32kg。輔助孔孔數9 個，小計裝藥量7.56kg。幫孔孔數11個，小計裝藥量8.58kg。底孔孔數5 個，小計裝藥量4.5kg，總計裝藥量24.96kg，炮孔利用率按90%計，一個循環爆破方量12.73m3。實際炸藥單耗1.96kg/m3。具體圍巖爆破參數如表1所示。

3.2 臺階法

Ⅳ級圍巖采用分臺階法爆破施工。臺階式開挖法爆破參數設計（面積8.84m2）輸水隧洞與沈海高速交叉段施工時，采用臺階式開挖法，主要分為上下兩部分。上臺階先爆，爆完清渣后，再爆下臺階。

表1 Ⅱ、Ⅲ級圍巖爆破參數表

3.2.1 上臺階爆破參數

掏槽孔采用桶形掏槽孔布置。掏槽孔數5 個，小計裝藥量2.52kg。輔助孔孔數3 個，小計裝藥量1.47kg。幫孔孔數7 個，小計裝藥量3.15kg。底孔孔數5 個，小計裝藥量2.45kg。具體圍巖爆破參數如表2 所示。

3.2.2 下臺階爆破參數

炮孔數10 個，孔深1.0m，孔距0.6m，排距0.55m，裝藥系數為65%，單孔藥量為0.49kg，小計裝藥量4.9kg。總計裝藥量14.49kg，炮孔利用率按90%計，一個循環爆破方量7.96m3。實際炸藥單耗1.82kg/m3。

表2 Ⅳ級圍巖爆 破參數表

4 起爆網絡與裝藥結構

4.1 裝藥結構

周邊孔使用間隔裝藥，就是按設計間隔距離將炸藥卷捆梆在竹片（條）上同時全長貫穿導爆索，孔底稍微加藥量，采用正向起爆。剩下的炮孔都采用連續不耦合裝藥，（在特殊情況下可以采用耦合裝藥），起爆方式為反向起爆，同時考慮孔內延期。

4.2 爆破器材選用及起爆順序

采用爆破器材主要有2 號巖石乳化炸藥規格、用于孔外網路聯接的導爆管瞬發雷管、用于孔內的毫秒延期導爆管雷管以及用于周邊孔爆破導爆索。

起爆順序依次按：隧洞開挖起爆，首先掏槽孔先爆，接著輔助孔，最后周邊孔爆破。

4.3 爆破網路

依據起爆順序，導爆管連接采用簇聯并聯串聯起爆網路，每把控制在10 根（發）以內，首先使用2 發導爆管瞬發雷管傳爆，同時嚴格防護覆蓋每個傳爆點，防止網路被炸壞。最后用2發瞬發雷管起爆。周邊孔內引出的導爆索，用兩根主導爆索采用復式連接的方法，保證起爆的可靠性。兩根主導爆索連出后，根據起爆順序與導爆管相連起爆。為保證起爆的可靠性和準確性，各炮眼雷管段數應與起爆順序相同。在加工藥包過程中，依據網路聯接和斷面尺寸要求，確保導爆管雷管預留充足的長度。爆破時采用多組簇聯聯接于一個作業斷面，同時采用瞬發雷管（反向安裝）作為引爆雷管，用膠布包扎在離一簇導爆管自由端內。隨后將不同炮眼的段別裝填完備，按每組10 發簇聯并聯聯接。

5 爆破安全技術措施

隧道施工過程中若遇到復雜地層條件圍巖時，如斷層破碎帶、突水涌泥以及流砂等不良地質，確保隧道安全防止圍巖坍塌是關鍵問題。對于II～Ⅲ類圍巖洞段，初期支護主要采用錨噴支護；對于破碎帶、斷層及其他復雜地層洞段采采錨噴網支護，地層特別差時，采用格柵拱或鋼拱架強支護方法。如果碰到塌方時，將采取必要措施進行處理，結合以往施工經驗，采取如下相應措施：

（1）進行地質超前預報，提前判別前方圍巖和水文條件，若遇到斷層破碎帶及涌水量大的地段，提前做好防護措施。

（2）遵循“短進尺，勤測量”原則，控制單段起爆藥量，減小爆破引起的振動效應，防止擾動圍巖造成失穩坍塌，爆破過程中加強監測頻率。

（3）爆破后及時支護，排除掉塊等存在安全隱患后，及時出碴，跟進襯砌支護，減少掌子面暴露時間。

（4）安全人員時刻關注施工進度及掌子面情況，若發現變形或掉塊及時上報并采取有效的支護措施。

（5）超前小導管注漿施工

斷層破碎帶視巖性及涌水具體情況采取不同措施。如果隧道圍巖較好，可采用全斷面光面爆破法進行施工作業，一旦遇上較差的地質圍巖，應采用微臺階法開挖，同時加以小導管超前注漿輔助措施。

（6）管棚法

作業設備采用潛孔鉆機，管棚型號采用Φ108 鋼管，根據現場地質情況采用合適的管長，一般為10～20m，管內灌砂漿，并采用鋼支撐復合支護，如圖1 所示。

圖1 管棚法施工布置圖

（7）格柵拱噴砼復合支護法

格柵拱由四根Φ22 或Φ25 螺紋鋼組成，采用20cm×20cm的正方形間距布置，采用Φ10 鋼筋交叉焊接內弧桿和外弧桿，使之組成整體。依據斷面的大小把榀分為四部或者五部，采用法蘭連接中間部位。兩榀間距設置成70cm，采用Φ22 螺紋交叉連接，一般使用徑向錨桿或者超前錨桿固定，最后進行噴漿處理，如圖2 所示。

圖2 格柵拱噴砼復合支護施工布置圖

（8）圍巖監測，現場圍巖量測是噴錨支護監控設計和施工管理的重要手段，通過量測可及時掌握圍巖動態和支護受力情況，也可為爆破修改參數提供信息和依據。

6 結語

通過對輸水隧洞下穿高速公路的爆破施工參數設計，合理的控制了爆破藥量。同時經過嚴格控制起爆順序和采用安全技術措施，使得隧道施工順利進行。在項目建設過程中不斷摸索，從爆破參數設計、安全技術措施以及施工工法等不斷優化，總結出一些針對此類交叉段輸水隧道開挖支護施工的控制經驗，供同類隧道施工借鑒參考。