城市淺埋隧道爆破技術控制要點與安全性研究

馮壯雄

（浙江省隧道工程集團有限公司，浙江 杭州 310011）

隨著經濟的發展與時代的進步，隧道工程領域已經從傳統的鉆爆法單一工作量施工向著大規模、大方量高速工期推進的盾構挖掘法轉移。但受科技進步條件限制，在部分巖質隧道，尤其是大斷面異型（扁平狀大矢比）城市多車道巖質隧道依舊采用傳統爆破技術進行施工。該類隧道受地形、景觀和城市地理區位制約，一般埋深比較小、地質巖體較為堅硬，但地表或多或少存在一些需要保護的建構筑物，所以工程中的主要問題就是隧道爆破的安全性問題。在此筆者基于多年行業發展現狀與現場工作經驗展開探討，重點就爆破影響的主因及其改良方法進行闡述，希望能為同行提供建設性意見。

1 某工程具體情況概述

某市政工程線路起訖里程K0+000 ～K5+750.504，路線全長5.751km，最小曲線半徑790m，最大直線長度507.46m，是外環公路與城市聯接線的市政道路一部分。本標段隧道1 座，即涼棚嶺隧道，為分離式隧道，右洞長624m、左洞長615m，單洞凈寬度為17m，橫斷面組成：右機電線路通道0.75m+右側人行道1.5m+右側非機動車道2.75m+行車道3m×3.75m+左側機電線路通道0.75m。隧道凈高8.44m，最大開挖斷面223m2。隧道洞口段地形坡度10 ～15°，兩端洞口Ⅴ級圍巖，隧道軸線最大埋深89.0m。地表地形起伏不大，工程地質為白堊系館頭組凝灰質砂巖，局部基巖出露。隧道所在山體地表建有公園（含2 個水塘，面積分別為1300m2和2000m2）、氣象站、管理房、通訊基站等建（構）筑物。隧道采用鉆爆法施工，Ⅳ級圍巖根據實際地質情況采用環形開挖預留核心土法開挖法或上下臺階法開挖。Ⅲ級圍巖采用上下臺階法開挖。嚴格按照新奧法原理，堅持“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”，將隧道超前地質預測預報與監控量測貫穿于整個隧道施工過程，確保隧道安全掘進。前期爆破作業時監測到爆破振動始終徘徊在臨界值附近，但還是極大地影響了施工進度，造成其他工序大量窩工，且爆破時人員在地表的感官也不好，部分房屋發生裂縫。

2 城市淺埋隧道爆破技術控制要點

爆破技術作為有限破壞與高效開發綜合的掘進開發手段已經運用成熟。其主要原理為利用亞硝酸鹽等化學物質產生聚類反應并集聚釋放，在有限空間內展開破壞以達到預期施工目的。其中炸藥為重要工作載體。當前常用的工作方式為炸藥配合起爆雷管在相應鉆孔中前提進行部署，并在相對應雷管起爆設備的引導觸發下爆炸，從而得到高溫高壓氣體，在能量守恒前提下達到工作面破壞、擊碎的目的。

2.1 爆破可能產生的災害

基于室內試驗與現場運用效果看出，隧道掘進作業需要在可控的能量范圍內以達到有限空間掘進又不影響周邊圍巖穩定的前提下進行，但爆破需要炸藥在密閉空間內產生極快速的化學裂變反應，其產生的沖擊波和高溫高壓氣體等能量在解決施工遇到的堅硬巖層后，也會同步產生能量對周邊環境形成爆破地振、爆破沖擊波、爆破飛石、噪音、粉塵和爆破毒氣等災害，并伴隨爆破的整體過程。隧道爆破施工在一個相對封閉的空間中進行，除施工小環境外，對周邊大環境的影響就是爆破沖擊波形成的爆破振動破壞。

2.2 技術控制要點

（1）堵塞爆破技術。該種爆破技術由來已久，其中最原始的方式就是運用現場鉆渣石粉進行炮孔柱塞，以達到降低沖擊波、飛石等擾動傷害的可能。最新研究表明，運用防水炸藥配合液體堵塞效果較好，可以達到炮孔受力均勻，爆破瞬間吸收余熱廢氣、粉塵等有害物質的可能，能在安全生產的同時極大降低生產運行成本。當前，除了運用水，還可以應用橡皮泥等半塑性材質進行封堵，效果更優。

（2）無限分段起爆網絡技術。在爆破開挖中，為了有效提高工作效率，防止集中爆破帶來的不便，通常采用多點同時爆破的方式，方便一次爆破的完成。雖然使用這種方法可以提高爆破效率，但瞬間產生的較大爆破能量對周邊環境造成的危害仍未解決。而有效應用無限分段起爆網絡技術，可以有效地解決這一問題。該技術主要是通過閉合起爆網絡，利用爆管形成孔內及孔外結合延期引爆炸藥進行爆破。為了保證起爆信息的準確傳遞，一般采用雙發雷管復式聯接，確保爆炸效果。

（3）電子雷管和光纖起爆技術。該爆破技術包括兩部分，即電子雷管和引爆光纖，雖然起始的方式會有一定的差異，但最后的控制都是由電子設備和秘鑰進行，這種爆破技術有一定的新穎性，能減少爆炸事故的發生概率，但應用成熟度稍顯不足。

綜上所述，在城市隧道鉆爆法施工中爆破安全隱患較大，需要綜合考量并制定行之有效的預防措施，全面保障城市隧道爆破開挖工程的穩定進行，否則，一旦發生安全事故，對社會危害極大。通過比較分析，上述爆破施工安全問題中，爆破振動的影響尤其突出，是所有鉆爆法施工隧道工程影響周邊環境安全與社會和諧的關鍵性問題。

3 爆破技術在城市淺埋隧道施工中的安全控制

3.1 爆破振動檢測

首先，需要在城市隧道爆破前對相應工區及附近的已有地下管網和建構筑物進行振動檢測核算。相應的混凝土部件因為其材料的抗剪切、抗振性有限等原因，在一定爆破振動前提下，其會受到不同程度的破裂損壞，如若炸藥量過高，且釋放能量不受控，則會產生災害性后果。所以，進行不同程度、不同維度和不同工作界面的信號還原式振動檢測，有助于安全生產和生產進度監控。另外，還需要在爆破施工前根據周邊環境和當前設計，進行一定程度的小藥量現場爆破試驗，然后運用實驗數據同比放大進行損壞評估與防護，并驗證爆破振動檢測相關儀器的靈敏度，全方位模擬建構筑物的振動擾動情況并建立函數關系式，確保施工的合規性和爆炸沖擊的可控性。

3.2 淺埋隧道爆破振動控制

根據現場小規模爆破試驗可知，按一般隧道鉆爆法施工，會由于能量釋放給周邊環境帶來較大的破壞性沖擊，影響安全生產。所以必須采取一定的措施進行爆炸能量的控制。

（1）選擇合理的切割結構。通過對振動影響因素的綜合監測，發現在裝藥量大致相同的情況下，采用掏槽爆破方法，振動效果更明顯。這主要是因為圍巖對切割位置有很大的限制作用，且二者之間的距離非常近，影響范圍大，振動強度大。因此，為了改善這種模式和現象，利用現代大口徑快速鉆孔機械的成熟性，對巖基作業面進行小間距密集鉆大口徑空孔，再在大口徑空孔之間鉆小口徑爆破孔少藥量爆破。這不僅降低了炸藥使用量，也降低了圍巖之間的相互夾制作用，提高了破碎巖石進尺和循環效率，同時也降低了對地表振動問題。

（2）雷管起爆時間分散控制。在隧道開挖中，通過輔助周圍的一些孔，可以提高雷管爆破的分散性能，增加相同位置的孔數，從而降低振動強度。此外，其可以更有利于爆破，提高爆破效果。選擇雷管時，盡量選用一些高精度的數字電子雷管，將時間延長到更精確的設置，還能通過減少雷管峰值的錯動振動，充分發揮其優勢，提高爆破效率。

（3）爆破振動監測及參數優化。在淺埋隧道作業中，爆破工作應全程觀察和預測。根據監測內容，對爆破開挖情況進行實時監測。監測重點應放在淺埋隧道的地表、襯砌結構、淺埋隧道入口的橋拱及其與圍巖的交界處，按距離遠近、破壞對象抗性大小，優化和調整參數，使隧道施工綜合效益最大化。

4 確保城市淺埋隧道控制爆破有效實施的安全措施

（1）爆破。包含鉆孔、裝藥、堵塞防護、安全警戒、引爆、爆后檢查等工作。鉆孔前必須根據超前地質預報成果確定詳細的爆破方案并技術交底；鉆孔過程中嚴格按設計要求進行，鉆孔結束要洗孔并逐孔檢查鉆孔質量；裝藥必須按設計要求的裝藥型式、裝藥量、雷管段別進行，如需改變，必須由當班爆破技術負責人批準；爆破作業各個爆破孔必須采用合格材料進行堵塞防護，以降低爆破空氣沖擊波、爆破噪聲、爆破毒氣的產生，增加爆破效果；爆破前必須由爆破安全員統一指揮警戒，確保本區域、相鄰隧道區域、地表等所有受影響區都得到安全控制；引爆前不得提前聯接起爆設備，必須在安全警戒完成得到確認，確定所有的爆破準備工作都已完成后，由現場爆破負責人統一指揮連線引爆；爆破后通風并等待15min 以上，且風質監測合格后才能進入現場進行爆破后檢查，主要檢查爆破點附近設備的安好性、爆區的準爆性、隧道巖體的穩定性、隧道壁浮石處理，爆堆安全、殘留炸藥回收、地表建構筑物檢查等。裝藥、堵塞防護、安全警戒、引爆、爆后檢查等工作必須由相關持證人員進行。

（2）爆破相關工作。隧道施工總包方、爆破安全主管方、爆破安全監理方、土建監理方必須在爆破前后對爆破現場及附近和地表建筑物進行安全勘察和可靠性評估；同時進行地表沉降及位移監測、地表水引排、爆破振動監測、地質超前預報；爆破后當及對隧道開挖出的輪廓進行初支封閉，及時對隧道進行二次加強初期支護和最終襯砌支護；注意對巖體中的裂隙水及時封堵，防止地表沉降位移加速；對隧道有限空間進行通風監測，只有當空氣安全指標達到標準，施工人員才能進行下一步的工作。同時，爆破作業全過程（含爆破器材領用及剩余器材退庫）攝像確認后的信息上報當地公安監管部門。

5 結束語

綜上所述，在進行城市淺埋隧道爆破作業時，對周邊環境影響的主要因素是爆破振動。為了保證施工安全，通過改良傳統的掏槽爆破方式，用新型分散式空眼爆破方式掘進隧道，同時輔以逐孔、孔內分段等延期爆破手段重點對爆破中的技術要點進行控制，設計合理的爆破方案，并嚴格按照規范要求進行爆破作業，可最大限度保證爆破安全、降低爆破作業對周邊環境產生的負面影響。同時，做好爆破施工過程中各項數據的監測工作，并適時對相關參數進行調整，確保爆破作業的各項指標都保持在預警范圍值內。