高原城區(qū)復(fù)雜敏感環(huán)境暗挖隧道精細控制爆破施工工法

張云甫

1.前言

隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的飛速發(fā)展，因城市的拓展及緩解城市交通壓力，在綜合考慮工程造價、施工周期以及對周邊環(huán)境影響等因素，城市隧道的建設(shè)逐漸受到青睞，但城市隧道建設(shè)具有埋深較淺、地表建筑物密集兩個突出特點且所處的施工環(huán)境也越來越復(fù)雜敏感，對爆破安全控制技術(shù)要求也越來越高，因此精細控制爆破技術(shù)得到了重視和發(fā)展。在爆破工程中應(yīng)用檢測新技術(shù)及其它有利于安全作業(yè)的新工藝、新技術(shù)、新器材，實現(xiàn)配套推廣，不斷地提高了爆破施工作業(yè)的信息化和智能化水平。

2.工法特點

2.1爆破地位置復(fù)雜特殊敏感，周期長，施工安全，工效高。

2.2數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)的應(yīng)用能精確任意設(shè)定控制起爆延期時差達到起爆能量控制功能，操作輕便，同時提高了爆破效果、顯著地減小了單響的藥量，爆破精度和震動也能得到有效控制。

2.3 TC-6850N無線網(wǎng)絡(luò)測振系統(tǒng)的應(yīng)用能對振動現(xiàn)場進行長期有效監(jiān)測，為控制爆破震動提供有效的數(shù)據(jù)，操作輕便，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)連接時間，減少人力。特別適用于測試環(huán)境復(fù)雜敏感施工等需要長期監(jiān)測爆破振動的項目。

2.3水壓爆破其霧化降塵和降噪作用效果更好，縮短通風(fēng)排煙，加快了工序循環(huán)，改善了作業(yè)環(huán)境，保護作業(yè)人員身體健康及減少環(huán)境污染;炮眼底水袋在“水楔”作用不但進一步破碎巖石，還提高了炸藥能量利用率，即節(jié)省炸藥，提高經(jīng)濟效益;除此之外，由于爆破后巖石破碎、爆堆集中，加快了裝碴出碴時間。

2.4采用數(shù)碼電子雷管控制爆破與機械導(dǎo)洞或掏槽創(chuàng)造新的輔助自由面相結(jié)合的綜合施工方法利用了各種施工方法的優(yōu)點，對于復(fù)雜敏感環(huán)境下隧道的爆破施工，有利于加快施工進度，減少人力、物力的投入，降低了成本，減小了爆破危害。

3.適用范圍

本工法適用于各種地層、周邊環(huán)境復(fù)雜敏感以及地下工程周邊建筑物密集環(huán)境下隧道精細控制爆破。工法中確定的延時參數(shù)適用于石灰?guī)r地層，其他地層的延時參數(shù)需爆破試驗確定。

4.工藝原理

復(fù)雜敏感環(huán)境隧道精細控制爆破法是通過新型起爆網(wǎng)絡(luò)綜合各種技術(shù)措施在允許安全振動的前提下高效地完成復(fù)雜敏感環(huán)境下的爆破施工。首先結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有的一些類似控制標準及科研試驗、總結(jié)，通過一些試驗和理論分析，提出對有爭議的結(jié)構(gòu)、設(shè)施的合理振動控制標準;然后通過建立的無線遠程振動監(jiān)測系統(tǒng)，遠程實時監(jiān)控爆破振動數(shù)據(jù)，及時調(diào)整爆破施工參數(shù)，通過掌子面掏槽創(chuàng)造臨空面，運用數(shù)碼電子雷管平峰微震精細控制爆破施工工藝逐孔起爆和精確延時等方式降低爆破振動達到最佳的爆破效果;最后通過采取綜合降塵措施對爆破粉塵和噪聲進行有效控制，減小對周邊環(huán)境的污染，以達到在復(fù)雜敏感環(huán)境下隧道控制爆破的目的。

5.施工設(shè)計施工要點

5.1設(shè)計施工要點

5.1.1控制爆破設(shè)計

針對東繞城路1號隧道進口淺埋的客觀條件，為確保地表構(gòu)筑物安全以及減少對周邊單位、居民正常辦公生活的干擾，充分考慮到施工進度及施工效率，結(jié)合數(shù)碼電子雷管的性能和優(yōu)勢，上臺階采用機械掏槽+數(shù)碼電子雷管控制爆破開挖法、數(shù)碼雷管一次起爆法、數(shù)碼雷管+普通毫秒雷管一次起爆法三種方案進行控制爆破開挖。

1機械掏槽+數(shù)碼電子雷管控制爆破開挖法

機械掏槽+數(shù)碼電子雷管控制爆破開挖法，首先采用單臂掘進機對上臺階進行機械掏槽，掏槽面積長6m×寬3.8m，深2.5m，創(chuàng)建爆破臨空面，然后對周邊圍巖采用數(shù)碼電子雷管起爆。

1）鉆爆設(shè)計原則及控制標準

根據(jù)地質(zhì)條件，開挖斷面、開挖進尺、單臂掘進機性能、爆破器材等編制光面爆破設(shè)計。開挖進尺2m，地表的振速控制在0.5cm/s左右。

根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10cm，炮眼堵塞長度10cm。

2）光爆參數(shù)的選擇

光爆孔鉆孔時要嚴格控制鉆孔外插角度和外插量，保證輪廓面平整成型。

4）施工步驟

第一步：單臂掘進機就位后，做好除塵準備，在隧道中心用單臂掘進機截割一個寬6m、高3.8m、深2.5m的小導(dǎo)洞，小導(dǎo)洞面積約為22.8m2，開挖方量為57m。

第二步：退出單臂掘進機，裝載機配合自卸車出碴后，開挖臺架就位。沿Ⅰ部完成小導(dǎo)洞輪廓線，從隧道中心由內(nèi)向外依次布設(shè)炮眼。如圖5.2.1-1所示。

掏槽眼：共計2個，孔深2.3m，炮孔夾角為42°，裝藥量1.2kg，采用數(shù)碼電子雷管逐孔爆破，孔間延時3ms。

擴槽眼：共計17個，均為垂直打眼，與Ⅰ部開挖小導(dǎo)洞輪廓線間距W=70cm，孔間距80cm，孔深2.3m，裝藥量1kg。采用數(shù)碼電子雷管逐孔爆破，孔間延時3ms。

進一步擴大臨空面，促進后續(xù)爆破作業(yè)。

輔助眼：共計18個，均為垂直打眼，相鄰炮孔間距80cm，孔深2.2m，裝藥量0.6kg。采用數(shù)碼電子雷管逐個爆破，孔間延時3ms。

二圈眼：共計22個，均為垂直打眼，相鄰炮孔間距70cm，孔深2.2m，裝藥量0.4kg。采用數(shù)碼電子雷管逐個爆破，孔間延時3ms。

周邊眼：共計53個，均為垂直打眼，孔間距40cm，孔深2.2m，裝藥量0.2kg，采用數(shù)碼電子雷管逐個爆破，孔間延時3ms。

底板眼：共計6個，孔間距80cm，孔深2.2m，裝藥量0.8kg，采用數(shù)碼電子雷管逐個爆破，孔間延時3ms。

5）裝藥量及起爆順序

裝藥量及起爆順序詳見表5.2.1-4。

2數(shù)碼雷管一次起爆法

數(shù)碼雷管一次起爆法，即上臺階全部采用數(shù)碼雷管進行單孔精準微差控制爆破。

1）鉆爆設(shè)計原則及控制標準

根據(jù)地質(zhì)條件，開挖斷面、開挖進尺，爆破器材等編制光面爆破設(shè)計。開挖進尺2m，地表的振速控制在0.5cm/s左右。

根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10cm，炮眼堵塞長度10cm。

2）掏槽方式

掏槽方式采用雙楔形掏槽。

3）光爆參數(shù)

光爆參數(shù)選擇參照5.2.1-1。

4）炮眼布置及孔位延時設(shè)計

具體炮眼布置及孔位延遲設(shè)計見圖5.2.1-2。

在距上臺階底部約50cm，距隧道中線2.1m范圍內(nèi)分別布設(shè)掏槽，第一排掏槽孔，共計14個，孔深1.5m，與橫向夾角約40°，相鄰炮眼間距均為60cm，孔內(nèi)延時設(shè)置為5ms，單孔裝藥量0.8kg;在距隧道中線間距為2.6m處設(shè)置第二排掏槽孔，共計12個，孔深為2.3m，與橫向夾角約46°，相鄰炮孔間距為80cm，單孔藥量1.0kg，與第一排掏槽孔段間延時為30ms，孔內(nèi)延時為3ms。

輔助眼共計57個，孔深2.2m，孔內(nèi)延時均為3ms，段間延時均為50ms，單孔裝藥量為0.6～0.8kg。

掏槽眼與輔助眼均采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆。

周邊眼共計51個，孔深2.2m，相鄰炮孔間距40cm，孔內(nèi)延時均為3ms，段間延時為60ms，單孔裝藥量0.2kg。

底板眼共計15個，孔深2.2m，相鄰炮孔間距80cm，孔內(nèi)延時均為3ms，段間延時60ms，單孔裝藥量0.8kg。

5）起爆順序及裝藥量

起爆順序及裝藥量詳見表5.2.1-5。

所有炮孔均采用42mm鉆孔鉆設(shè)，成孔直徑約為50mm。合計使用數(shù)碼電子雷管149發(fā)，總裝藥量為83kg。

3數(shù)碼雷管+普通毫秒雷管一次起爆法

數(shù)碼電子雷管+普通毫秒雷管一次起爆法，即上臺階掏槽眼及輔助眼采用數(shù)碼電子雷管起爆，周邊眼及底板眼采用普通毫秒雷管起爆。

1）鉆爆設(shè)計原則及控制標準

根據(jù)地質(zhì)條件，開挖斷面、開挖進尺，爆破器材等編制光面爆破設(shè)計。開挖進尺2m，地表的振速控制在0.5cm/s左右。

根據(jù)圍巖特點合理選擇周邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，輔助炮眼均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10cm，炮眼堵塞長度10cm。

2）掏槽方式

掏槽方式采用雙楔形掏槽。

3）光爆參數(shù)

光爆參數(shù)選擇參照5.2.1-1。

4）炮眼布置及孔位延時設(shè)計

具體炮眼布置及孔位延遲設(shè)計見圖5.2.1-3：

距上臺階底部約50cm，距隧道中線2.1m范圍內(nèi)分別布設(shè)掏槽，第一排掏槽孔，共計14個，孔深1.5m，與橫向夾角約40°，相鄰炮眼間距均為60cm，孔內(nèi)延時設(shè)置為5ms，單孔裝藥量0.8kg;在在距隧道中線間距為2.6m處設(shè)置第二排掏槽孔，共計12個，孔深為2.3m，與橫向夾角約46°，相鄰炮孔間距為80cm，單孔藥量1.0kg，與第一排掏槽孔段間延時為30ms，孔內(nèi)延時為3ms。

輔助眼共計57個，孔深2.2m，孔內(nèi)延時均為3ms，段間延時均為50ms，單孔裝藥量為0.6～0.8kg。

掏槽眼與輔助眼均采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆。

周邊眼共計51個，孔深2.2m，相鄰炮孔間距40cm，單孔裝藥量0.2kg，采用11段和13段普通毫秒雷管分段起爆。

底板眼共計15個，孔深2.2m，相鄰炮孔間距80cm，單孔裝藥量0.8kg，采用13段普通毫秒雷管起爆。

5）起爆順序及裝藥量

起爆順序及裝藥量詳見表5.2.1-6。

所有炮孔均采用42mm鉆頭鉆設(shè)，成孔直徑約為50mm。合計使用數(shù)碼電子雷管83發(fā)，普通毫秒雷管66發(fā)，總裝藥量為83kg;單段最大藥量為周邊眼（13段）及底板眼（13段）起爆時，最大藥量為17.4kg。

4爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

在埋深較淺、離建筑物較近的區(qū)域采用電子雷管平峰微震精細控制爆破施工工藝，工藝流程圖見圖5.2.1-4。

5.2.2鉆孔操作

1鉆孔施工工藝流程圖見圖5.2.2-1

2施工準備：指作業(yè)人員、機具等按時到位，達到開工條件。

3場地清理：對掌子面現(xiàn)存在的松石或危石進行清除，將巖石裸露，達到能夠鉆孔爆破的條件后，方可進行鉆孔爆破。

4鉆眼布點：鉆孔前，根據(jù)爆破設(shè)計參數(shù)用紅油漆按設(shè)計炮眼間距和布孔方式將孔位標示出來，便于施鉆人員施工。

5鉆機就位：隧道內(nèi)鉆孔采用手持風(fēng)鉆。

6鉆眼、驗孔及終孔：手持風(fēng)鉆在風(fēng)力作用下鉆進成孔，鉆孔時必須采取濕式鉆眼，利用鉆桿鉆進長度確定孔深，孔深滿足要求后即可終孔。

5.2.3裝藥及爆破

1裝藥及爆破施工工藝流程見圖5.2.3-1

2清孔：在高壓風(fēng)的作用下利用吹槍將孔內(nèi)的細渣吹出孔外并用木楔封堵，便于炸藥的填塞。

3 炸材準備：為規(guī)范炸材的使用，每次爆破前均由專業(yè)人員將計劃炸材用量運至爆破點。

4裝藥：相對于硝銨炸藥易受潮而言，炸藥采用乳化炸藥。周邊眼底部先裝1個水袋，然后按照爆破設(shè)計裝藥，間隔部分裝入2個水袋，眼口裝入1個水袋，堵塞炮泥20厘米。其它部位炮眼先在底部裝1個水袋，然后按照爆破設(shè)計裝藥，眼口裝入2個水袋，堵塞炮泥60厘米。所有炮眼裝藥完畢后，連線起爆。輔助眼控制爆破炮孔和離建筑物稍遠的掏槽眼控制爆破炮孔裝藥采用連續(xù)柱裝藥結(jié)構(gòu)形式;距離建筑物較近的周邊眼控制爆破炮孔采用分集間斷柱裝藥結(jié)構(gòu)形式;如單孔裝藥量大于允許最大單響藥量時，采用間斷裝藥且孔內(nèi)微差的裝藥結(jié)構(gòu)。

5 堵孔：孔口堵塞采用圓柱狀粘土炮泥回填進行封口，孔內(nèi)采用用木質(zhì)或竹桿炮棍搗密實即可;底部、間隔部、眼口裝入水袋，其目的是起到爆破防塵降噪作用。

6網(wǎng)絡(luò)連接及檢查：根據(jù)腳線編號，將各炮孔的腳線通過起爆線聯(lián)為一體，然后起爆線與起爆器連接。

7網(wǎng)絡(luò)檢查及延時設(shè)置：電子數(shù)碼雷管起爆網(wǎng)絡(luò)在段位較少時，可通過起爆器設(shè)置各區(qū)域、各段位的起爆延時時間;段位多時，通過便攜式電腦設(shè)置各段位之間起爆延時時間。非電毫秒雷管起爆網(wǎng)絡(luò)通過毫秒雷管段位差控制起爆延時時間。

8起爆：安全警戒后，通過輸入密碼激活起爆器，人工發(fā)出“起爆”的語音，起爆器接通直流電源，開始爆破。

5.2.4起爆時差調(diào)試與定值

1爆破監(jiān)測：正式爆破前，于離建筑物、居民區(qū)較遠的地方選擇了一塊區(qū)域進行了多次試爆，并參照需保護建筑物或設(shè)備儀器與爆點之間的距離選點布設(shè)TC-6850N無線網(wǎng)絡(luò)測振儀，通過測振儀對其震速進行監(jiān)測分析，調(diào)整爆破延時時間，使測點震速控制在要求范圍內(nèi)。除了試驗測試外，在施工過程中在信號塔、高壓電力塔、機關(guān)單位等重要設(shè)施設(shè)置了固定測點進行了長期監(jiān)控。

2延時時間的確定：除延時時間外在相同參數(shù)的情況下，通過對試爆后的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定了爆破最佳的電子雷管起爆時差，孔間延時在3ms，排間延時在60ms時，可以達到平峰減振的爆破效果。

6.質(zhì)量控制

6.1鉆孔精度是確保爆破成功的關(guān)鍵，要求必須做到“準、順、平、齊”，鉆孔深度允許誤差為-2cm～+4cm，開孔中心允許誤差φ≯2cm;鉆孔周邊眼外插角偏差不大于1°。

6.2炸藥必須按照設(shè)計進行安裝，裝藥量偏差控制在±5%以內(nèi)。

6.3嚴格遵守國家標準GB6722-2014《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，爆破個別飛石距離控制在30m。

7.安全環(huán)保措施

7.1爆前，充分掌握地形地質(zhì)情況，視防護對象的相對位置及爆破材料特性參數(shù)等基本資料，合理確定爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序，并做到精心施工，使飛石控制在安全范圍內(nèi)。

7.2嚴格控制炸藥單耗和裝藥結(jié)構(gòu)。爆破時對炮孔的巖石特性、節(jié)理裂隙要進行細致的踏勘，對孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)及單耗都要進行認真計算和調(diào)整，以達到控制飛石的目的。

7.3確保良好的填塞質(zhì)量。要選擇好的填塞材料、保證有效的堵塞長度。

選擇強度高、質(zhì)量大、韌性好的膠簾覆蓋洞口，并用鐵絲進行鎖扣，形成整體覆蓋的方式防飛石。

7.4鉆孔設(shè)備選用履帶式液壓鑿巖臺車，它集動力、鑿巖、行走、排渣和集塵等設(shè)備于一體，能有效的控制鉆孔時的粉塵擴散。

7.5爆破區(qū)域在爆前和爆后要灑水澆濕，防止粉塵的擴散。施工便道定期進行灑水，做到文明、環(huán)保施工。

7.6采用水壓爆破綜合防塵降噪措施，即孔口堵塞采用圓柱狀粘土炮泥回填進行封口，孔內(nèi)采用木質(zhì)或竹桿炮棍搗密實即可;底部、間隔部、眼口裝入水袋，其目的是起到爆破防塵降噪作用。封堵結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.1所示。

7.7噪音大的設(shè)備，如發(fā)電機、空壓機等要加裝吸音減振設(shè)施，減少噪音并使噪音控制在85分貝以下。

7.8保證良好的堵塞，采用圓柱狀粘土炮泥回填進行封口。

7.9采用水壓爆破法，水袋中的水還可有效地降低進入空氣中的爆炸沖擊波強度，使其在近距離內(nèi)衰減為聲波，起到消音作用。

8.效益分析

8.1經(jīng)濟效益分析

根據(jù)不同部位分別采用水壓、創(chuàng)造臨空面、延時微差控制爆破進行爆破作業(yè)，在炮孔設(shè)置方面取得了很好的效果，大大減少單孔裝藥量，提高了爆破效果，縮短通風(fēng)排煙，加快施工進度，減少勞動力配置，縮短工期，節(jié)約了施工管理成本。

該工法在拉薩市環(huán)城路（北段）市政工程建設(shè)項目東繞城路1號隧道中成功運用，加快了施工進度，比常規(guī)爆破方法提前工期約15天，節(jié)約成本共計34.54萬元。具體如下所示：

8.1.1水壓爆破方法節(jié)省炸藥（裝藥量除周邊眼外，其余每個炮眼減少半節(jié)炸藥125g）6.42萬元。

8.1.2工期提前，節(jié)約28.12萬元。

8.2社會效益分析

8.2.1社會效益

復(fù)雜敏感環(huán)境根據(jù)不同部位分別采用水壓、創(chuàng)造臨空面、延時微差控制爆破進行爆破作業(yè)，在炮孔設(shè)置方面取得了很好的效果，大大減少單孔裝藥量，提高了爆破效果，縮短通風(fēng)排煙，加快施工進度，減少勞動力配置，縮短工期，節(jié)約了施工管理成本，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

8.2.2環(huán)保效益

與常規(guī)方法相比較，復(fù)雜敏感環(huán)境采用水壓、創(chuàng)造臨空面、延時微差控制爆破相結(jié)合的爆破作業(yè)時，不僅降低地震效應(yīng)危害，同時水壓爆破綜合措施，對爆破產(chǎn)生的粉塵直接潤濕和降低進入空氣中的爆炸沖擊波強度衰減，起到較好的爆破防塵降噪作用;同時，改善了作業(yè)環(huán)境，保護作業(yè)人員身體健康，環(huán)保效益明顯。

8.2.3節(jié)能效益

復(fù)雜敏感環(huán)境采用水壓爆破綜合措施，一提高了炸藥能量利用率，減少單孔裝藥量（裝藥量除周邊眼外，其余每個炮眼減少半節(jié)炸藥125g），即節(jié)省炸藥13%;二是提高了爆破效果，降低粉塵濃度，縮短通風(fēng)排煙20分鐘，加快了工序循環(huán)，縮短工期，節(jié)約了施工機械臺班成本。

（作者單位：安徽省路橋工程集團有限責(zé)任公司）