呂梁山小斷面隧道復雜爆破設計*

朱長江，龐志剛

（1.甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741025；2.山西宏安爆破工程有限公司，山西 呂梁 033000）

呂梁山隧道位于山西省呂梁市離石區，呂梁山區的工程地質條件比較復雜，施工難度較大，如果按照以往單一的爆破施工設計，則很可能出現爆破施工事故。因此，本次隧道爆破設計重點根據不同圍巖類型進行了爆破參數的分類設計和數碼電子雷管微差分段設計。

1 呂梁山隧道概況及工程地質條件

呂梁山隧道掘進斷面面積為6.76 m2，屬小斷面隧道，其起點在離石區寨子溝，終點在離石區牛家嶺，該隧道所處地貌單元為梁峁狀中低山區和剝蝕低中山地區，部分地區為黃土覆蓋。該隧道位于呂梁市離石區，四季變化明顯，屬于暖溫帶大陸性的干旱半干旱季風氣候。該隧道地處山西地震帶西部，地震活動相對較弱，一般均小于5 級，離石區的地震云峰加速度為0.05，地震動反應譜特征周期為0.45 s，對應地震基本烈度為6 度。

本標段隧道地形起伏相對較大，巖體物理風化剝蝕作用比較強烈，在山體表層上，風化堆積物或強風化殼較為發育，遇到集中降雨后，基巖表面的強風化殼和坡面風化堆積物可能發生山體坍塌與滑坡，要預防地質災害安全隱患。

根據隧道區域巖性組成構造分析可知，這部分山體主要是由片麻巖組成，山坡表層巖體風化作用比較強烈，裂隙相對發育，如遇降水，水流會沿裂隙下滲向地下深部進行補給。呂梁山隧道穿過多個常年流水溝谷，巖體富水性一般，匯水區域較明確，但匯水面積較大，隧道區域水文地質條件比較復雜[1-2]。

2 隧道掘進爆破設計

為了提高呂梁山隧道的開挖質量與效率，在掘進中必須要參照合理的爆破參數進行施工，因此在隧道掘進前，爆破專業人士要做鉆孔爆破設計和試驗。爆破設計的具體步驟包括中心孔的掏槽方式、輔助孔和周邊孔的炮眼布置、裝藥結構和裝藥量以及炮孔堵塞方式、起爆方法和起爆順序等。做爆破試驗前，先根據以往爆破設計經驗，按照爆破施工要求初選各項爆破設計參數，再進行多次小規模的爆破試驗，選出合理的隧道爆破設計參數，以保障隧道施工質量與施工安全[3-5]。

2.1 鉆孔方式選擇設計

根據呂梁山隧道工程地質條件及其掘進斷面的大小，中心孔宜采用單空孔直桶菱形掏槽方式，布置在開挖隧道斷面中心位置，其裝藥長度比例原則上不低于原炮孔深度的90%，到中心孔最近的空孔距離不大于中心孔孔徑的1.5 倍。

2.2 爆破參數設計

網絡起爆所用火工材料為數碼電子雷管專用起爆器、標準銅芯電線、2 號巖石乳膠炸藥和數碼電子雷管。爆破參數設計包括2 號巖石乳膠炸藥消耗總量、單孔裝藥量、隧道斷面總鉆孔數量、一次開挖循環炸藥量、輔助孔平均炸藥量、周邊孔平均炸藥量、中心孔的選型以及中心孔炸藥量等。

爆破巖體的炸藥消耗量，取決于巖體性質、隧道斷面面積大小、所打炮孔質量和深度以及中心孔掏槽方式等因素。根據隧道斷面面積大小，可以先按照經驗公式計算再做適當調整后取值，也可以直接查爆破手冊等書籍獲得，具體各項爆破參數取值見表1。

表1 各類圍巖段隧道掘進爆破參數明細表

2.3 炮孔分布及數量設計

根據隧道爆破參數設計情況，對隧道的炮孔孔位進行了布置。炮眼分布間距的合理性非常重要，會直接影響到炸藥能否分布均勻，進而影響到爆破塊度的均勻度。同樣，炮眼數量的設計也非常關鍵，會影響到鑿巖爆破的工作量和爆破效果，進而影響到隧道成型和施工進度。下面根據經驗公式，專門做了炮眼數量的計算，在施工中需要根據施工情況做好參數調整，以取得良好的爆破效果。

炮眼數量N 的計算公式為

式中：q 為炸藥單耗量，Ⅲ類圍巖取q=1.16 kg/m3，Ⅳ類圍巖取q=0.99 kg/m3，與此同時Ⅴ類圍巖取q=0.63 kg/m3；s 為開挖面積，Ⅲ類圍巖s≈13.09 m2，Ⅳ類圍巖s≈14.00 m2，Ⅴ類圍巖s≈14.93 m2；r為每1 m 長度炸藥的質量，2 號巖石乳化炸藥的r=0.75 kg/m；η 為炮眼裝藥系數，Ⅲ類圍巖η=0.45，Ⅳ類圍巖η=0.43，Ⅴ類圍巖η=0.38。

經計算可知：III 類圍巖N=45，共布孔45 個（不包括中心孔）；IV 類圍巖N=43，共布孔43 個（不包括中心孔）；V 類圍巖N=33，共布孔33 個（不包括中心孔）。

2.4 鉆孔、裝藥、堵塞炮孔與聯網起爆等注意事項

本工程隧道掘進采用全液壓鑿巖臺車進行鉆孔，鉆孔時分上、下兩個平臺同時進行，鉆孔過程中要注意檢查鉆孔角度，鉆孔的孔位偏差要控制在爆破技術規范所規定的允許偏差范圍內，以保證爆破施工效果。

鉆孔完畢后，進行清孔，然后根據計算好的藥量對各孔進行裝藥。周邊孔采用不耦合裝藥的裝藥結構，孔口裝半個藥卷，裝藥后，用自制炮泥將孔口封堵好。

2.5 起爆及爆破減振措施

本工程隧道掘進工程分5 段起爆，起爆順序是從中心孔向周圍先后起爆，具體起爆順序是首先起爆中心孔，其次起爆輔助孔，再次起爆頂部及兩邊的光爆孔，最后起爆底部炮孔。

由于呂梁山山體風化較為嚴重，工程地質條件不好，為了保證本次隧道掘進爆破工程施工的安全順利進行，爆破施工人員進行了大量的爆破振動測試。通過調整數碼電子雷管的微差分段延時，以達到其引爆炸藥后，爆炸產生的爆破振動波互相干擾而使部分爆破能量得以抵消的效果，減小了炸藥爆炸對隧道周圍巖石的破壞。多次爆破減振試驗表明，設置數碼電子雷管的微差分段延時為30~50 ms 時，對隧道圍巖破壞性最小，掘進爆破的減振效果最好。

3 結束語

由于呂梁山區的工程地質條件比較復雜，因此呂梁山隧道雖然斷面面積較小，但是施工難度大。本次隧道爆破設計根據隧道內不同圍巖類型進行了爆破參數的分類設計，通過隧道爆破現場施工效果來看，隧道實施分類爆破后，Ⅳ類圍巖尤其是Ⅴ類圍巖的穩固性有所提高；然后通過數碼電子雷管的分段微差延時設計，減小了炸藥爆破后產生的振動對隧道巖石穩固性的破壞。因此，本次隧道爆破設計既保證了隧道掘進施工的安全和效率，又節省了企業的施工成本。