復雜環境下的隧道爆破施工技術研究

宋其程

（廣西金建華民用爆破器材有限公司，廣西 百色 533000）

1 工程概況及施工難點

1.1 工程概況

擬建羅妹2號隧道進口樁號為K0+080，設計高程為936.78m，出口樁號終點為K0+340，設計高程為939.38m，隧道長260m，最大埋深50.5m，為單拱短隧道。隧道全線均位于直線上，縱坡為1%。隧道設計開挖斷面尺寸：半圓拱半徑為6.100m，邊墻高度為1.935m，上下臺階合計標高為8.035m，隧道最大寬度為12.200m。隧道進、出口段位于洼地邊緣，由東向西下穿一近南北向的山坳口，兩端地勢較低，中部地勢較高，地形起伏較大，覆蓋層較薄，部分基巖裸露，地表植被較發育。隧道軸線地面高程介于944～991m，相對高差約47m。羅妹2號隧道呈西北走向，采用由西北端向東南端單向爆破開挖，隧道開挖進口端（K0+080）正北方向5m處有1條待拆的民用電纜線和1條由山頂木材廠橫穿過進洞口的居民用電線路，西南方向分別為790縣道、羅妹隧道和樂業縣公安局警犬中隊，距離790縣道32m，與原羅妹隧道凈距24m，距離樂業縣公安局警犬中隊42m。羅妹2號隧道開挖進口端上方山頂垂直距離50m、水平距離65m處有1個木材加工廠、1棟普通民房及1條居民用電線路；其余方向為荒地和山體。隧道進口端周圍環境具體如圖1、圖2所示。

圖1 隧道進口周圍環境及其警戒示意圖

1.2 施工難點

圖2 隧道進口周圍環境圖

羅妹2號隧道周圍環境復雜，應加強爆破有害效應控制，根據《爆破安全規程》（GB 6722—2014）核算出爆破振動影響情況如表1所示[1]。

表1 爆破振動影響情況表 單位：m

2 爆破方案設計

羅妹2號隧道開挖中Ⅲ級圍巖開挖長度為130m，Ⅳ級圍巖長度為40m，V級圍巖長度為90m，全部采用上下兩個臺階爆破開挖法進行開挖[2-3]。上臺階超前開挖30m后，開挖下臺階。上臺階每循環爆破進尺3.0～3.2m，為便于清碴，在掏槽內布置3個破碎孔。爆破開挖輪廓及分層布置圖如圖3所示。

圖3 圍巖一般地段上下臺階斷面分配圖（單位：cm）

2.1 隧道上臺階爆破開挖

羅妹2號隧道上臺階采用光面爆破控制隧道周壁開挖的平整度和水平楔形孔掏槽方式，每循環進尺3.0～3.2m，掏槽孔深4.2m，掏槽眼的孔口間距為1.0～1.5m，孔底間距為0.5～0.8m，崩落孔、周邊孔深3.6m。掏槽孔、崩落孔、周邊孔具體設計參數如下[4-5]。

（1）掏槽孔。破碎孔布置在掏槽孔面中心位置，先于掏槽孔起爆，爆破后為掏槽孔設置自由面，使掏槽孔爆破后，掏槽效果明顯。一般破碎孔直徑為42mm，個數為3個。為保證掏槽效果，同時保證整個上臺階爆破后能形成較為完整的輪廓，根據類似工程經驗，破碎孔布置在兩排掏槽孔的中心位置上，如圖4所示。裝藥系數為0.90～0.95，炸藥單耗為6～10kg/m3。

圖4 上臺階掘進炮孔布置及斷面圖（單位：cm）

（2）崩落孔。崩落孔鉆孔深度取值為3.0m，炮眼直徑d炮眼=42mm，孔距為80cm。

（3）周邊孔光面爆破參數。炮孔直徑d=[1/(8～18)]a（a=0.5～0.7m，a為光爆孔孔距）；光爆層厚度W光=(10～12)d；炮孔密集系數m=E/W光；不耦合系數D=d孔/d炸=1.25～2.0；線裝藥密度q=0.1～0.2kg/m。

（4）單孔裝藥量：Q=qaWLm。

式中：Q為單孔裝藥量，kg；q為單位炸藥消耗量，根據經驗一般取值為0.85kg/m3，具體根據現場巖層性質適當調整；a為炮孔間距，m；W為最小抵抗線，m；L為炮孔深度，m；m為炮孔所在部位系數。隧道炮孔布置圖如圖4所示。

由圖4可知，中間破碎孔布置數量為3個，間隔60cm；楔形掏槽孔沿空孔對稱布置，左右各布置一排，孔距為60cm，楔形掏槽孔傾斜角度為75°，掏槽孔開口與空孔間距為190cm，孔底間距為92.5cm；輔助孔采用80cm×80cm布置，周邊孔孔距為50cm。上臺階炮孔段位布置如圖5所示。

圖5 上臺階炮孔段位布置圖

由圖5可知，上臺階炮孔共分為18個段位，掏槽孔、破碎孔、崩落孔的時間間隔為10～30ms，周邊孔時間間隔5～10ms為宜[6-7]。上臺階一次掘進爆破參數表如表2所示。

表2 上臺階爆破主要參數列表

2.2 隧道下臺階開挖

下臺階臨空面多、好，炮孔夾制小，爆破條件較好，由于上部條件超前掘進，形成了減震的自由空間，采用松動爆破方式降低爆破對隧道輪廓影響，控制超欠挖。根據類似施工經驗，下臺階炮孔布置如圖6所示。下臺階炮孔深度及裝藥設計如表3所示。

圖6 下臺階炮孔布置及剖面圖（單位：cm）

表3 下臺階圍巖主要爆破參數表

3 爆破振動安全校核

羅妹2號隧道爆破有害效應對周邊環境的影響主要是爆破振動。根據《爆破安全規程》（GB 6722—2014）的相關規定，該工程中所爆巖石主要為石灰巖，為中等堅硬巖石，選取K=150，α=1.5，爆破點周邊羅妹隧道允許最大振動速度取12cm/s，爆破點周邊普通民房允許最大振動安全速度取2.0cm/s。由此可以得出，羅妹隧道最大一段單響允許藥量與各保護性建筑物的爆心距的關系如圖7所示[8-9]。

圖7 羅妹2號隧道不同V值下單響允許最大藥量與爆心距離的關系圖

由圖7可知，當爆破點距離民房＜70m時，一次單響最大藥量應根據上圖選取民房與爆破點不同距離時的一次單響最大藥量；當爆破點距離＞70m時，最大一次單響藥量應考慮羅妹2號隧道不受損壞，即最大一次單響藥量應＜88.47kg。為控制最大一段單響藥量，采用導爆管雷管起爆時，應設計好同段雷管數，采用數碼電子雷管起爆時應采用逐孔起爆方案。

4 爆破后隧道變形監測

現場監控量測分為必測項目和選測項目兩大類。該工程開展地質和支護狀況觀察，隧洞周邊位移量測、拱頂下沉量測為必測項目[9]。

5 結論

（1）羅妹2號隧道爆破采用上下臺階分階段爆破掘進的方式即減少一次起爆藥量可降低爆破有害效應對周邊環境的影響，也使人員物資搭配更加合理，加快了掘進的速度[10-11]。

（2）水平楔形掏槽方式進行掏槽時，掏槽孔區域產生的爆破振動有害效應最大，所以根據Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等圍巖不同的巖性，保證掏槽效果的同時，應合理控制掏槽孔和掏槽孔中心區域的破碎孔單孔裝藥量、延遲時間。

（3）由于羅妹2號隧道對周邊建筑產生爆破振動的影響，在不同建筑安全振動速度允許值的情況下，應及時構建單段允許最大藥量與爆心距之間的關系圖表。確定好不同爆心距的狀態下，允許一次單段起爆藥量是減少爆破振動危害的關鍵步驟。

（4）電子數碼雷管在隧道掘進過程中，雖然每個炮孔的延遲時間可以自由設定，但是由于電子雷管在隧道掘進中存在瞎炮率，所以每次掘進后，應優化炮孔延遲時間，使之達到爆破最優效果。