隧道開挖采用微振爆破技術施工研究與應用

苗文華

（山西二建集團有限公司，山西 太原 030013）

1 工程概況

太行山一號國家觀光旅游路平定段建設項目娘子關固關環線（程家—槐樹鋪）段第四合同段位于平定縣娘子關鎮程家村東石太鐵路橋下，于鄉道033相接，路線向南沿白蹄溝布線，穿越1座隧道后，經過嶺后村、槐樹鋪村，下穿太舊高速公路后至本項目終點，路線終點位于平定縣柏井鎮槐樹鋪村東南，與國道307相交，路線全長13.286456km。

2 鉆爆設計原則

在開展隧道爆破施工的過程中，應當充分依托該地區的實踐情況以及工程范圍內環境情況，進一步制定科學的設計原則。

（1）為了充分保障建筑物以及有關工作人員的安全，切實根據我國有關《爆破安全規程》展開設計、施工。

（2）應用多次楔形掏槽的方式，保障掏槽眼的角度、深度都處于逐漸增大的狀態[1]。通過這樣的方式起到限制巖石夾制的作用，在保障振速得到控制的同時，使掏槽的爆破效果得到最大發揮。

（3）為了盡可能減小爆破振動帶給地標建筑物的影響，本次施工選擇應用分炮次起爆的方式進行。

（4）通過現場試驗的方式，進一步獲得貼合工程實踐效果的爆破參數，與此同時針對相關工程展開動態性檢測，通過這樣的方式進一步調整爆破參數。

3 微振動爆破技術應用

3.1 選配適宜循環進尺及炮孔深度

首先切實按照鑿鉆機的鉆鑿能力、圍巖穩定性、地表建筑物的爆破真素進一步選擇炮孔的實際深度[2]。不要忽略炮孔深度對于爆破循環進尺帶來的影響，炮孔深度越深，則會使巖石獲得更進一步的夾制作用，也同樣使爆破的振動速度越來越大。因此本次工程選用型號為TY-28的鑿巖機，另外炮孔直徑設計為42，按照周邊居民樓能夠承受的最大振素，進一步設計選擇炮孔深度，最終循環進尺取1.0m，炮孔的深度被相應控制在1.1~1.2m。

3.2 確定掏槽眼參數及形式

確定科學的掏槽參數以及形式，將是實踐施工過程中進一步控制爆破振動的重要措施[3]。由于一級掏槽炮孔的深度相對較淺，同時炮孔具備較小的傾角，導致實際裝藥量相對較少，致使最終炮孔的實際振動頻率較小。一級掏槽時，應當注意先在掌子面區域，爆破出一定大小的槽腔，通過這樣的方式為槽眼的爆破工作提供更加良好的膨脹空間，最大限度降低巖石本身的夾制作用[4]。另外還可以通過多級楔形掏槽，逐步增加深度和角度，同樣能夠達到降低巖石夾制的效果。為了充分控制爆破振動速度，本次施工過程中掏槽眼的各項參數如表1所示。

表1 掏槽眼各項參數

3.3 設定合理周邊眼參數

周邊眼區域首先沿著隧道進行輪廓線開挖工作，保障孔底處在相同平面，另外插角度保持在3°~5°[5]。導洞上方臺階始終處在微中分化巖層當中，實際圍巖等級為Ⅳ級。受限于爆破振動速度，本次施工并未選用光面爆破。在本次設計過程中，依托各個開挖巖層的實際情況以及實踐施工經驗，設計周邊孔間距以及二圈眼距離分別選擇為500mm以及550mm[6]。另外裝藥的集中度選擇為0.2kg/m，因此最終長度為1.1m的炮孔長度單孔類裝藥量為0.22kg，為了保障裝藥過程的方便性，因此取q為0.2kg。

3.4 設定合理輔助眼參數

作為輔助眼的兩種基本布置形式，本次施工選擇將直線型與弧線形充分結合[7]。首先在第Ⅰ次爆破區域的輔助眼區域，炮孔的間距選擇為500mm，排距選擇為400mm。在第Ⅰ次爆破結束之后，掌子面下方出現的空腔可以作為為后續爆破提供空間的自由面，同時由于最小抵抗線指向空腔區域，導致爆破振素得到適當減小。另外巖石爆破能夠依托自重展開，因此可以相應增大輔助眼間排距。

在實踐施工過程中，單孔裝藥量可能會有炮孔的間排距、裝藥集中度、炮孔深度等各個因素有關，因此輔助眼單孔裝藥量可以根據式（1）計算：

式中：q——輔助孔的單孔裝藥量；γ——每米藥劵的重量[8]。

由于左線始發導洞上方臺階的開挖面積為25.13m2，循環進尺的設計為1m，則選擇應用多級楔形掏槽、分次起爆技術。上臺階區域內共計擁有炮孔數量為108個，炸藥的實際用量為28.1kg，比鉆眼數為4.3/m2。上臺階的有關爆破參數如表2所示。

表2 上臺階爆破參數

3.5 起爆網絡

為了充分解決雷管段較少，導致起爆藥量過大的問題，公路建設過程中開始普遍應用毫秒導爆雷管。通過使用段數為20的普通毫秒延期導報雷管，能夠最大程度上使單段最大起爆藥量降低，保障巖石當中存在的炸藥能夠依托事先設定好的順序完成起爆，通過這樣的方式盡可能降低爆破的振動速度。

本次施工工程選擇應用普通毫秒延期導爆雷管。與此同時選擇應用分次起爆的形式，并將上臺階區域分為Ⅰ、Ⅱ兩個部分。在這之中Ⅰ區斷面的中間部位設置為Ⅰ-1掏槽區域，另外兩側則為呈對稱形態的輔助區域，在輔助區域中施工單位選擇應用大段別20段毫秒導爆管空外煙氣，通過這樣的形式可以切實根據現場實踐情況，并針對掏槽部分段別應用情況展開調整，在這一過程中要注意遵循掏槽區有限起爆的理念。

3.6 裝藥結構及填塞

為了充分提升炮孔的利用效率，因此施工單位選擇在輔助眼、掏槽眼以及周邊眼區域全都選擇應用反向連續裝藥的形式進行，采用不耦合實踐裝藥結構。其中不耦合的系數為1.31。

在裝藥環節結束之后，為了充分提升炸藥的利用效率，施工單位應當陣地各個炮孔實踐應用的泡泥進行填塞。泡泥部分選擇有黏土以及沙子通過混合的形式配置，其實際重量比例為3:1，并在其中適當填入20%的水。最后，要注意保障炮孔填塞的密實度。

4 微振爆破技術施工效果分析

在本次施工過程中，為了充分檢測爆破對地表危舊建筑物帶來的影響，因此在每一次爆破過程均展開全面檢測。實際工程中應用的以期為TC-4850測振儀。檢測儀器軍備相應布置在隧道掌子面拱頂部分，并盡可能使其與居民樓更近。為了針對本次應用爆破方案的控制效果展開分析，因此選擇針對連續20個最大振動數據進行統計（如表3所示）。

通過表3能夠清晰發現，本次工程的全部振動速度均被控制在0.5cm/s以內，實際爆破振動控制成果具備較強實踐意義。

表3 振動數據統計

5 結語

為了在側穿磚混結構居民樓爆破施工中，最大限度保障建筑物具備結構安全，因此本次施工通過微振爆破設計，通過應用多級楔形掏槽形、控制炮孔裝藥量、選擇合理裝藥結構、調整起爆網絡等相關減振措施，進一步將振動速度控制在合理范圍內，將危舊建筑物受到影響降到了最低。