隧道爆破施工技術(shù)

王武平

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

1 工程概況及總體方案

本工程隧道長(zhǎng)度較短，擬從進(jìn)口單向掘進(jìn)，隧道從進(jìn)口方向進(jìn)洞，獨(dú)頭掘進(jìn)，避免與隧道出口施工產(chǎn)生干擾。掘進(jìn)時(shí)Ⅱ，Ⅲ類(lèi)圍巖采用全斷面法、Ⅳ類(lèi)圍巖采用上下臺(tái)階法、Ⅴ類(lèi)圍巖采用臺(tái)階法加臨時(shí)支撐，在隧道開(kāi)挖作業(yè)時(shí)，必須采取有效的控制爆破，以確保施工安全。采用YT24型氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，楔形掏槽的爆破作業(yè)方式掘進(jìn)，并控制循環(huán)進(jìn)尺過(guò)長(zhǎng)，避免產(chǎn)生的爆破有害效應(yīng)超過(guò)安全規(guī)程規(guī)定，本工程設(shè)計(jì)Ⅱ，Ⅲ類(lèi)圍巖循環(huán)進(jìn)尺3 m，Ⅳ類(lèi)圍巖循環(huán)進(jìn)尺2 m以?xún)?nèi)，Ⅴ類(lèi)圍巖循環(huán)進(jìn)尺1.5 m以?xún)?nèi)。如遇地層較差時(shí)，爆破技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況修改爆破進(jìn)尺及爆破參數(shù)。隧道開(kāi)挖采用鉆爆法，以新奧法理論指導(dǎo)施工，光面爆破，爆破器材采用2號(hào)巖石硝銨炸藥(有水地段用乳化炸藥)，周邊眼采用φ25光爆小藥卷。裝巖運(yùn)輸采用ZL-50裝載機(jī)配合25 t自卸式汽車(chē)運(yùn)輸，直接運(yùn)至業(yè)主指定的棄碴場(chǎng)。

2 隧道開(kāi)挖參數(shù)設(shè)計(jì)

1)施工方法及順序。

施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，遵循新奧法施工原理，軟弱地質(zhì)洞身開(kāi)挖應(yīng)堅(jiān)持:短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌的原則，加強(qiáng)施工臨時(shí)監(jiān)控量測(cè)，確保施工安全。施工中如遇實(shí)際圍巖類(lèi)別與設(shè)計(jì)資料不符應(yīng)及時(shí)與監(jiān)理、設(shè)計(jì)部門(mén)聯(lián)系調(diào)整施工方案，確保開(kāi)挖安全、順利進(jìn)行。隧道中停車(chē)段、配電室等待隧道開(kāi)挖成形后，再進(jìn)行擴(kuò)挖。

2)炮孔裝藥量。

a.掏槽孔。

其中，η 為炮孔裝藥系數(shù)，取 η=0.9;L為孔深，LⅢ=3.2 m，LⅣ=2.2 m，LⅤ=1.1 m;r為每米長(zhǎng)度炸藥量，r=0.78 kg/m。

經(jīng)計(jì)算 QⅢ=2.24 kg，取 2.2 kg;QⅣ，Ⅴ=1.54 kg，取 1.5 kg;QⅤ=1.19 kg，取 1.1 kg。

b.輔助孔。

c.光爆孔。

通常為輔助孔的 1/3 ～ 1/4，取 QⅢ=0.6，QⅣ，Ⅴ=0.4 kg，QⅤ=0.3 kg。

3)爆破網(wǎng)絡(luò)。

隧道爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用孔內(nèi)延時(shí)，在各隧道口段網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接時(shí)應(yīng)根據(jù)與被保護(hù)物的距離不同，按Qmax=R3(VKP/KK′)3/a公式計(jì)算結(jié)果，控制最大單響藥量，使爆破震動(dòng)不超過(guò)安全規(guī)程規(guī)定。

4)隧道開(kāi)挖爆破安全距離驗(yàn)算。

根據(jù)公司以往的施工經(jīng)驗(yàn)，隧道掘進(jìn)爆破的飛石主要為掏槽爆破飛石，而且有著很強(qiáng)的方向性，會(huì)沿著隧道軸線呈一定角度扇形飛出，本方案采用上下臺(tái)階開(kāi)挖法施工，在各隧道進(jìn)出口段50 m內(nèi)施工時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道口正前方向進(jìn)行飛石防護(hù)，可在隧道口正前方10 m左右搭設(shè)防護(hù)架。

3 路基取石場(chǎng)和挖方爆破設(shè)計(jì)

3.1 爆破設(shè)計(jì)時(shí)各參數(shù)的選定

炮孔間距要根據(jù)巖石特征、炮孔直徑等確定，預(yù)裂爆破的鉆孔間距選用炮孔直徑的8倍～12倍，光面爆破的鉆孔間距選用炮孔直徑的10倍～16倍。光面爆破或預(yù)裂爆破的裝藥結(jié)構(gòu)要采用不耦合連續(xù)裝藥或空隙間隔裝藥。靠近預(yù)裂孔的主炮孔的間距應(yīng)不小于1.5倍～2.0倍預(yù)裂孔間距。

3.2 鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)

鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.3 預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

1)打眼采用風(fēng)鉆鉆機(jī)進(jìn)行，人工清理炮位。裝藥前用自制掃眼器進(jìn)行清孔。2)將炸藥按設(shè)計(jì)逐個(gè)裝入孔中，并擠壓密實(shí)，用土進(jìn)行堵眼，木棍搗實(shí)，按設(shè)計(jì)起爆順序逐次聯(lián)接導(dǎo)線，用膠布把起爆雷管綁扎牢固。3)設(shè)計(jì)裝藥參數(shù)見(jiàn)表2。4)爆破設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖1。

表2 預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)裝藥參數(shù)表

3.4 光面爆破設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)裝藥參數(shù)見(jiàn)表3。

圖1 爆破設(shè)計(jì)示意圖

表3 光面爆破設(shè)計(jì)裝藥參數(shù)表

2)設(shè)計(jì)圖示見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)留光爆層爆破設(shè)計(jì)示意圖（單位：cm）

3)鉆孔采用手風(fēng)鉆施工，邊眼傾角與設(shè)計(jì)坡度一致，邊眼位置要準(zhǔn)確，應(yīng)先測(cè)量放設(shè)邊線再布置邊眼。

4)邊眼采用間隔裝藥，輔助眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。輔助眼先于邊眼起爆。

4 爆破安全施工措施

4.1 鑿巖安全措施

1)各種鑿巖機(jī)械必須保持技術(shù)狀況良好、安全、靈活、可靠。操作人員須按操作規(guī)程作業(yè)。作業(yè)前應(yīng)檢查壓氣膠管接頭，機(jī)械連接螺帽等是否安全牢固。2)鑿巖前必須進(jìn)行“四檢查”和“四清除”。即檢查和清除炮眼和殘炮;檢查和清除盲炮(由爆破員處理);檢查和清除頂、幫、掌子面浮石;檢查和清除支護(hù)的不安全因素。3)鑿巖時(shí)應(yīng)做到“四嚴(yán)禁”。即嚴(yán)禁打殘眼;嚴(yán)禁打干眼;嚴(yán)禁戴手套扶釬桿;嚴(yán)禁站在鑿巖機(jī)釬桿下。4)退出鑿巖機(jī)或更換釬桿時(shí)，應(yīng)減速慢退，切實(shí)注意釬桿位置，避免釬桿脫落傷人。5)鑿巖臺(tái)架應(yīng)安裝牢固，周邊應(yīng)與洞幫相頂實(shí)，前部與掌子面距離應(yīng)小于50 cm。6)鑿巖時(shí)若遇流砂層或突然涌水地段，應(yīng)停止作業(yè)，并迅速報(bào)告有關(guān)部門(mén)，制定安全措施。7)作業(yè)完畢，應(yīng)將所有的設(shè)備和工具移至安全地點(diǎn)。

4.2 爆破安全措施

本工程隧洞爆破設(shè)計(jì)采用非電毫秒導(dǎo)爆管分段簇聯(lián)火雷管引爆系統(tǒng)，爆破作業(yè)由持有爆破證的爆破員操作，爆破作業(yè)規(guī)定如下:1)不準(zhǔn)在同一工作面使用不同批號(hào)和廠家的雷管，不準(zhǔn)使用燃速不同的導(dǎo)火索，爆破器材必須經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方能使用。2)有以下情況時(shí)不能進(jìn)行爆破施工:a.有滑坡危險(xiǎn);b.通道堵塞或通道不安全;c.工作面有炮眼溫度異常或涌水危險(xiǎn);d.對(duì)設(shè)備安全無(wú)有效防護(hù)措施時(shí);e.未進(jìn)行充分準(zhǔn)備工作，作業(yè)面無(wú)照明設(shè)施的。3)爆破前必須發(fā)出警示信號(hào)，待所有人員及設(shè)備撤至安全區(qū)域方能點(diǎn)炮。4)放炮結(jié)束后，在確認(rèn)無(wú)盲炮超過(guò)30 min，爆破作業(yè)人員方可進(jìn)入爆破作業(yè)點(diǎn)。5)加工起爆藥包和爆藥卷應(yīng)在安全地點(diǎn)進(jìn)行，無(wú)關(guān)人員一律不得在場(chǎng)，加工數(shù)量不應(yīng)超過(guò)當(dāng)班爆破作業(yè)需用量。6)加工藥包、裝藥聯(lián)線現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁煙火。7)裝藥前應(yīng)對(duì)炮眼進(jìn)行清理和驗(yàn)收，裝藥時(shí)嚴(yán)禁使用鐵質(zhì)工具，裝藥完畢要用炮泥堵塞，操作要溫和，不可用力過(guò)猛。8)發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑有盲炮，應(yīng)立即處理。處理盲炮應(yīng)由當(dāng)班爆破員進(jìn)行，無(wú)關(guān)人員不準(zhǔn)在場(chǎng)。當(dāng)班來(lái)不及處理，應(yīng)詳細(xì)交班。盲炮未處理好之前，禁止在工作面進(jìn)行其他作業(yè)。9)禁止用鐵制掏勺掏出炮泥，掏炮泥時(shí)不得用力拉動(dòng)起爆藥包引線，嚴(yán)禁從炮眼中強(qiáng)力拔出雷管。

4.3 通風(fēng)防塵安全措施

1)粉塵濃度，有害有毒氣體含量在30 min內(nèi)降低到允許范圍內(nèi)(見(jiàn)表4)。

表4 各主要有害氣體安全濃度表

2)堅(jiān)持以風(fēng)、水為主的綜合防塵措施，做到濕式鑿巖標(biāo)準(zhǔn)化，通風(fēng)排塵、噴霧灑水制度化，個(gè)人防護(hù)經(jīng)常化。

3)鑿巖用水盡量保持清潔，禁止使用污水，要求固體懸浮物不大于150 ng/e，pH值為6.5～8.5。給水量(重量)應(yīng)達(dá)到排粉量的10倍～20倍，一般不小于5 kg/min～8 kg/min。

4)噴霧水要常開(kāi)，隧洞內(nèi)有人，噴霧不停。

5)裝巖前，應(yīng)向工作面10 m～15 m內(nèi)的頂、幫和巖碴上灑水，巖碴要分層灑水，灑濕灑透。

4.4 爆破技術(shù)方法及技術(shù)措施

1)采用多排微差爆破技術(shù)。增大開(kāi)挖量，使巖石松動(dòng)，控制爆破地震和飛石。2)孔內(nèi)采用分段(間隔)裝藥爆破技術(shù)。使被爆巖體、藥包分布均勻，改善爆破塊度。3)應(yīng)用空隙裝藥爆破技術(shù)。降低爆破初始?jí)毫?duì)巖體粉碎作用，提高爆破有效利用，降低炸藥單耗，改善爆破質(zhì)量。4)應(yīng)用排間和孔間順序微差爆破技術(shù)。可降低爆破地震波，減少炸藥單耗，改善爆破效果。5)綜合運(yùn)用各種爆破器材(導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管雷管、電雷管、微差起爆儀等)，采用復(fù)式爆破網(wǎng)絡(luò)。確保爆破網(wǎng)絡(luò)可靠，達(dá)到預(yù)期爆破效果。6)嚴(yán)格控制微差爆破中最大一段的齊爆藥量。降低爆破地震波的危害。7)科學(xué)的劃分爆破區(qū)域，采取相應(yīng)的控制爆破技術(shù)措施，確保安全施工。8)根據(jù)開(kāi)挖工作面的推進(jìn)和變化，應(yīng)隨時(shí)注意改造臨空面及松散爆堆的堆積方向，以加強(qiáng)控制爆破個(gè)別飛石的主拋方向。9)根據(jù)被爆巖性的變化，應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行試爆，摸索最佳炸藥單耗和最佳裝藥結(jié)構(gòu)，以提高和改善爆破效果。

5 復(fù)雜地層掘進(jìn)技術(shù)措施

在破碎、松散等不良復(fù)雜地層段中掘進(jìn)，應(yīng)遵守“超前錨、短開(kāi)挖、弱爆破、早支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則及時(shí)采取措施，派有經(jīng)驗(yàn)的人員統(tǒng)一指揮，確保安全通過(guò)。

1)不同類(lèi)別的圍巖，采用不同結(jié)構(gòu)形式的安全防護(hù)技術(shù)。

2)超前錨桿支護(hù)法。施工中一發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)破碎帶的跡象，馬上沿隧洞輪廓線鉆孔，孔深至少應(yīng)大于循環(huán)進(jìn)尺1 m(一般為3 m～5 m)，然后充填砂漿，再插入錨桿，錨桿的外插角宜為5°～10°，安設(shè)的錨桿使一定區(qū)域成為一個(gè)整體，以錨桿長(zhǎng)度作為控制長(zhǎng)度形成模擬擋土墻，通過(guò)此擋土墻來(lái)抵抗背后土壓，以達(dá)到超前支護(hù)的效果。

3)錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。噴錨的效果來(lái)源于它的及時(shí)性、獨(dú)特性、靈活性及柔性密貼性。噴射混凝土具有比較好的柔韌性，其蠕變性和可壓縮性都相當(dāng)大，其延伸率可達(dá)10%，為了改善噴射混凝土的靜態(tài)抗拉強(qiáng)度、撓性疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、抗振性能、柔韌性和抗裂性能，可在每立方米素混凝土混合料中加入80 kg～100 kg的鋼纖維。這是一種安全、快速、有效的臨時(shí)支護(hù)方法。鋼筋網(wǎng)的作用在于提高噴射混凝土結(jié)構(gòu)物的整體性，使噴層中的應(yīng)力均勻分布，避免應(yīng)力局部集中，提高噴射混凝土支護(hù)抵抗長(zhǎng)期機(jī)械震動(dòng)和爆破震動(dòng)的能力，可以避免個(gè)別危石冒落，并可以防止或減少因混凝土收縮而產(chǎn)生的裂紋，為了起到上述作用，要求鋼筋直徑不宜過(guò)大，網(wǎng)度不宜過(guò)密，應(yīng)緊貼巖石。施工中鋼筋采用φ6 mm～φ10 mm鋼筋，間距為200 mm～300 mm。

4)圍巖量測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)圍巖量測(cè)是錨噴支護(hù)監(jiān)控設(shè)計(jì)和施工管理的重要內(nèi)容。通過(guò)量測(cè)可及時(shí)掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)受力情況，判斷圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)效果，為設(shè)計(jì)和施工提供信息，以便檢驗(yàn)、修改支護(hù)參數(shù)和修改施工方法。

5)為了安全、順利地通過(guò)斷層，保證工程質(zhì)量，要及時(shí)采取以下措施:a.因巖石很松散，易掉塊，開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采用小裝藥、弱爆破、短進(jìn)尺的方法，減少?lài)鷰r受爆破影響程度，且?guī)r層的暴露空間小，不至于出現(xiàn)大量的掉塊、塌方。b.在碰到斷層前1 m～2 m，即開(kāi)始打超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，對(duì)圍巖進(jìn)行超前加固。c.每一循環(huán)爆破完后，立即噴混凝土，以封閉巖石軟弱面，使其形成一層柔性薄壁支護(hù)，暫時(shí)穩(wěn)固圍巖。待混凝土噴完后立即打系統(tǒng)錨桿，確保圍巖不出現(xiàn)有害松動(dòng)，然后再掛上一層鋼筋網(wǎng)，最后再?lài)娚弦粚踊炷粒瑥氐追忾]圍巖。

6)在采取以上支護(hù)措施的同時(shí)再通過(guò)圍巖位移量測(cè)來(lái)觀察圍巖，了解圍巖的變化情況，具體量測(cè)方法可采用木楔法、觀察法、聽(tīng)音判斷法、振動(dòng)法中的一種或幾種，再配合收斂計(jì)等儀器觀測(cè)圍巖，以便采取相應(yīng)的措施。

7)當(dāng)施工中遇地下水有變大情況時(shí)，應(yīng)進(jìn)行超前探水，放水引排，應(yīng)配備足夠的排水設(shè)備。當(dāng)涌水量較大時(shí)，應(yīng)先灌漿封堵止水，后進(jìn)行支護(hù)。