小净距隧道围岩开挖施工中如何做好控制爆破与过程检测

摘 要：在小净距隧道施工时，开挖范围内围岩爆破同时对周边有既有构造物造成影响，必然存在爆破开挖围岩和保护围岩以及保护周边既有构造物这一相互矛盾，如何解决好此问题是施工中关键及难点。隧道围岩开挖施工时合理选择爆破方法和爆破参数，做好控制爆破与加强检测，可以最大限度降低爆破对围岩的损伤及对周边建筑影响控制在安全范围之内。文章以嘎拉山隧道右线施工为例进行浅述。

关键词：小凈距；隧道围岩施工；控制爆破；检测

1 工程概况

本项目为拉萨至贡嘎机场专用公路贡嘎机场连接线工程，本项目利用原拉萨至贡嘎机场公路上的既有嘎拉山隧道作为右线隧道，隧道长2448米/1座（以单洞计），利用原嘎拉山隧道的辅助导坑新建左线隧道2448米/1座（以单洞计）。新建隧道与既有隧道净距不足30m（最小净距仅为26m），按照隧道设计规范相关标准属于小净距隧道。

1.1 新建隧道地质情况

1.1.1 隧道岩土体工程地质特征

隧址区的岩土类型其工程地质性质有明显差异，根据其成岩作用的不同划分成岩体和土体两大类型：土体类和岩体类。

1.1.2 隧道围岩分级

该隧道围岩以Ⅲ级为主，局部有Ⅳ级。隧道围岩为花岗闪长岩。

1.1.3 隧道洞室及进出口的稳定性

（1）洞身段围岩稳定性。隧址区地处岗底斯～念青唐古拉板片南缘与雅鲁藏布江缝合带北缘的接触地带，属于强震带中的想对稳定区，隧址区场地基本稳定。（2）洞口斜坡稳定性评价。隧道进、出口地表覆盖有厚度小于0.5m的薄层第四系坡残积碎石土，下伏基岩风化强烈，节理裂隙发育，岩体破碎，在洞口开挖施工中易产生松散层破碎，风化层掉块、崩塌等现象，对洞口斜坡稳定造成一定影响，建议施工是予以清除并做好洞口支护措施。

1.2 既有隧道概况

既有嘎拉山隧道作为右线隧道，隧道长2448米/1座（以单洞计），新建左线隧道与既有隧道净距不足30m（最小净距仅为26m），原既有嘎拉山隧道位于直线上，纵坡采用人字坡，建筑界限净宽10.50，净高5.0m，隧道内轮廓采用三心圆断面，采用锚喷支护复合模注砼衬砌，内夹防排水层，路面采用单向横坡，坡度2%。

2 关于爆破振动要求

为保证既有隧道结构安全，确保隧道开挖过程中围岩的稳定性。对钻爆施工进行严格的监测和控制，设计建议按一下标准进行控制：一般段振动速度10cm/s；对既有隧道存在纵向裂缝、裂缝密集段落，爆破振动速度按5cm/s控制。

3 控制爆破

3.1 控制爆破参数

根据设计文件及施工组织要求采用楔形掏槽及微差控制爆破方式。

3.1.1计算炮眼数量N

N=qS/ηγ

式中：N-炮眼数量，不包括未装药的空眼；q-单位炸药消耗量；S-开挖段面积（m2）；η-装药系数；γ-每米药卷的炸药质量，kg/m。

3.1.2 炮眼深度及直径

炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的0.5～0.7倍，同时考虑到本项目每循环掘进要求进行深度。为克服及减少岩石的夹制作用，掏槽眼、底眼深度、辅助掏槽眼深度加深，周边眼、辅助眼不进行加深。钻孔采用YT-28风钻，钻头直径为Φ40mm，炮眼孔径为Φ42mm。

3.1.3 光面爆破不耦合系数（D）及装药直径（d）

D=dk/di

式中：D-不耦合系数；dk-炮眼直径（cm）；di-装药直径（cm）。

3.1.4 周边眼间距（E）、最小抵抗线（V）和相对距系数（K）

最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些；断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些；最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。

3.1.5 每一循环装药量计算及分配

Q=qV

式中：Q-一个爆破循环的总用药量（kg）；q-爆破1m3岩石炸药的消耗量（kg/m3）；V-1个开挖循环进尺爆落岩石总体积，m3。

3.1.6 各炮眼装药量分配

因为计算炮眼数量时，取定了一个η值，由周边眼装药集中度q可以计算出周边眼装药系数η4，再设其它各炮眼装药系数取值：掏槽眼η1，底板眼η2，辅助眼η3，则

a×η1+b×η2+c×η3+d×η4=（a+b+c+d）η

式中：a-掏槽眼个数；b-底板眼个数；c-辅助眼个数；d-周边眼个数。

对比计算所得的η值是否与前面取定的η值一致，若一致则按上列装药系数进行分配是可以的；若计算结果不一致，则需重新调整η值代入N=qS/ηγ，并适当调整所设掏槽眼、底眼、辅助眼装药系数，使试选η值与计算η相符。

确定装药系数后就可以计算每个炮眼的装药量。

M=γLη

式中：M-单个炮眼的装药量（kg）；γ-每米药卷的炸药质量，kg/m；L-炮眼深度（m）；η-装药系数。

计算得每个炮眼的装药量后再根据炸药类型确定单孔条数。

3.1.7 装药结构和起爆方式

施工中采用如图1装药结构：（1）1/2普通标准药卷（Φ32）起爆；（2）普通标准药卷沿长度方向对半切（相当于Φ20小药卷）不耦合间隔装药。周边眼详细结构如图1所示。

图1 周边眼装药结构示意图

3.1.8 光面爆破的分区起爆顺序

掏槽眼——辅助掏槽眼——辅助眼——底板眼——周边眼。采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管，周边眼用导爆索一次同时起爆。

3.2 爆破冲击波安全允许距离

根据GB6722-2011《爆破安全规程》和《新编爆破工程实用技术大全》规定：

爆破时空气冲击波的安全距离为

RK=KKQ■

式中：RK-空气冲击波对掩体内人员的最小允许距离，单位为米（m）；KK-系数，对于人员为25～60；Q-一次爆破的炸药量，秒延时爆破取最大分段药量计算，毫秒延时爆破按一次爆破的总药量计算，单位为千克（kg）。

上式適于平坦地形，当地形条件不同时，应适当调整。如在狭谷中爆破时，沿沟的方向安全距离应增大50%～100%；处于山坡背面时，安全距离值可减少30%～70%。

4 钻爆方案的选用

4.1 钻爆方案一

此方案适用于新建嘎啦山隧道有辅助通道的Ⅲ级围岩全断面开挖地段。

4.1.1 方案一炮眼布置图（见图2）

图2 炮眼布置正面图

4.1.2 方案一钻爆参数（表1）

表1 方案一钻爆装药参数表

4.2 钻爆方案二

此方案适用于新建嘎啦山隧道有辅助通道的Ⅳ级围岩地段。

4.2.1 方案二上台阶爆破设计

（1）上台阶炮眼布置图（见图3和图4）

图3 上台阶炮眼布置正面图

图4 IV级围岩垂直楔形掏槽布置图

（2）上台阶钻爆参数（表2）

表2 方案二上台阶钻爆装药参数表

4.2.2 方案二下台阶爆破设计

（1）下台阶炮眼布置图（见图5）

图5 下台阶炮眼布置正面图

（2）下台阶钻爆参数（表3）

表3 方案二下台阶钻爆装药参数表

4.2.3 方案二仰拱爆破设计

（1）仰拱炮眼布置图（见图6）

图6仰拱炮眼布置正面图

（2）仰拱钻爆参数（表4）

5 爆破安全检算

5.1 爆破用药量检算

5.1.1 安全用药量

根据爆破安全规程规定，并结合设计、现场实际、工程类比及提高安全系数综合考虑，允许安全振速小于5cm/s，其中Ⅲ级围岩无辅助通道进尺为2.5m地段，允许安全振速小于10cm/s。可计算隧道掘进爆破每循环最大单段起爆药量。

式中：V-质点允许振动速度5cm/s（Ⅲ级围岩无辅助通道进尺为2.5m地段允许振速为10cm/s）；R-新建到既有隧道边墙外侧的水平距离；K-硬岩50～150；中硬岩150～250；软岩250～350；α-衰减系数，硬岩1.3～1.5；中硬岩1.5～1.8；软岩1.8～2.0。

（1）方案一：K取100，α取1.4。

当R=26m时， ；

（2）方案二：K取200，α取1.65。

当R=26m时， ；

5.1.2 实际单段最大用药量

根据上述不同工法不同进尺的钻爆设计计算，可得出最大段实际用药量如下所示：

（1）方案一：

（2）方案二：

结论：实际用药量均小于钻爆设计中安全用药量，因此钻爆设计是可行的。

5.2 爆破振动检算

根据公式 分别计算出七种钻爆方案的振速并汇总如表5：

表5 爆破振动检算值汇总表

结论：上述方案均符合《爆破安全规程》及相关规范的要求，同时满足一般段振动速度10cm/s要求以及在既有隧道存在纵向裂缝、裂缝密集段落，爆破振动速度按5cm/s控制的要求。

6 爆破过程检测

6.1 爆破振动检测目的

现场测试拟达到以下目的：（1）通过最大振动速度测试，为依托工程提供爆破测试结果，指导承包人修正爆破参数，以确保施工安全。（2）收集现场爆破振动各项技术要点，对测试结果进行汇总分析，回归确定振动速度方程中的K、α值，为将来的施工应用提供更多参考依据。（3）了解振动速度在隧道内的空间分布规律，以便明确施工布置上应注意的问题。（4）通过实测，明确安全起爆段差。（5）通过实验测试，确定安全振动速度。

6.2 爆破振动监测

6.2.1 震动测试实施流程图（如图7）

图7 振动测试实施流程图

6.2.2 仪器选用及应用

记录仪使用TC-3580Usb爆破振动记录仪，该仪器已通过中国测试技术研究院鉴定。测点放置两个水平和一个垂直传感器，传感器托盘采用石膏粉（石膏粉加水搅拌，十分钟后凝固）固定于预先筑好的浆平台上。三向测点上使用的水平传感器方向与垂直向垂直，传感器上的水平指示气泡应在中间。为了得到准确的数据和保护设备的安全，每个测点上的设备全部用一个40mm*40mm*15mm厚的钢板长方体罩子盖住，具体仪器和传感器的连接方法如图8。

图8 震动测试仪器与传感器连接示意图

利用TC-3580Usb专门分析软件，可完成对仪器工作状态的设置和读回采集到的波形进行分析和处理。图9为TC-3580Usb分析软件界面。

根据萨道夫斯基回归公式 的原理，利用分析软件所带的回归公式，通过不同位置测点的振动速度计算得出K、α值。并根据现场实测数据，调整爆破参数，将一般段振动速度控制在10cm/s以内，对既有隧道存在纵向裂缝、裂缝密集段落，将爆破振动速度控制在5cm/s以内。同时，根据现场爆破情况及监测结果，可适当地调节开挖进尺。

图9 TC-3580Usb 分析软件界面

7 结束语

小净距隧道爆破施工合理选择爆破方法和爆破参数，过程中做好控制爆破与加强检测，最大限度降低爆破对围岩的损伤及对周边建筑影响，最终确保安全前提下实现隧道顺利贯通。

参考文献

[1]JTG D70-2004.公路隧道设计规范[S].

[2]JTG F60-2009.公路隧道施工技术规范[S].

[3]西藏贡嘎机场至泽当专用公路嘎拉山隧道、雅江特大桥扩建工程嘎拉山隧道设计图纸[Z].

[4]GB6722-2011.爆破安全规程[S].

[5]新编爆破工程实用技术大全（2002）[Z].

作者简介：韩发辉（1977，6-），男，现任中铁十二局集团第三工程有限公司项目经理部总经济师，工程师。