隧道开挖控制爆破及安全防护探讨

蓝天诚

（中铁十七局集团第六工程有限公司　福建福州　360000）

1　工程简介

西山隧道起讫里程为DK255+949.62～DK256+859，全长909.38m，其中Ⅴ级围岩379.38m，占隧道总长的41.7%，开挖工法采用六步CD法、三台阶临时仰拱法（设临时钢架）；Ⅳ级围岩360m，占隧道总长的39.6%，开挖工法采用三台阶临时仰拱法、三台阶法；Ⅲ级围岩70m，占隧道总长的7.7%。

在西山隧道线路左侧72～102m范围有一条中石油西气东输三级管道青龙寨隧道，与线路夹角为84°。在西山隧道进口端线路左侧有一中石化东孚油库，西山隧道爆破过程中，对西气东输三级管道、管道隧道及东孚油库的影响，振速控制在2cm/s。

2　隧道开挖方法及钻爆设计

2.1　施工方法

开挖施工前采用TSP、地质雷达、超前钻探、加深炮孔、地质素描等方法进行超前地质预报，坚持“机械开挖、喷锚紧跟、监控量测、及时反馈和修正”的原则。

根据施工图设计，Ⅴ级围岩采用六步CD法或是开挖三台阶临时仰拱法（设临时钢架），拱部在开挖前应施作洞身管棚或是小导管超前支护；洞身Ⅳ级围岩采用三台阶临时仰拱法开挖，拱部易坍塌段落在开挖前应施作必要的小导管超前支护；Ⅲ级围岩地段采用台阶法开挖；Ⅱ级围岩地段根据地质情况采用全断面法开挖。

采取凿眼、爆破、铲装、运输等工程流水作业的方法，按队伍专业化、施工机械化、信息化、管理科学化的原则，精心组织施工。使整个工程施工形成凿眼、爆破、铲装、运输等多项目齐头并进的作业格局。

2.2　钻爆设计

根据施工图设计及现场实地调查，西山隧道采用控制爆破开挖，爆破施工主要保护对象为中石油西气东输管道和青龙寨隧道以及中石化东孚油库。对保护建筑物和构筑物主要采取主动防护的方式，爆破时采用微差控制爆破方法，严格控制装药量，减小爆破振动对保护建筑物和构筑物的影响。

2.2.1选用爆破器材

（1）炸药选择

本工程爆破采用φ32mm的2#岩石乳化炸药；

（2）雷管选择

采用数码雷管；

（3）导爆索

用于周边眼光面爆破；

（4）起爆系统

采用CHA-1000型起爆器及激发针。

2.2.2爆破施工工艺流程（见图1）

2.2.3Ⅴ级围岩弱爆破钻爆参数

（1）炸药单耗q：根据围岩的实际情况，及周边土体的开挖情况，炸药单耗取q=0.3～0.6kg/m3，实际炸药单耗应根据爆破实际结果进行合理调整。

（2）布孔形式：根据需爆破岩体的实际情况，合理布置炮孔。当布置单个炮孔时，炮孔布设在爆破岩体的中心部位，当布置多个炮孔时，炮孔尽量以梅花形布设，使炮孔均匀分布在爆破岩体内，达到较好的破碎效果。

（3）孔、排距：当以梅花形布置多个炮孔时，为减少爆破振动对周边围岩的扰动，采用多打孔，少装药，取孔距a=0.6m，排距b=0.5m。实际孔、排距应根据现场实际情况合理调整。

（4）炮孔深度：炮孔深度应根据被爆破岩体的实际情况调整。

图1　爆破施工主要工艺流程图

（5）装药结构：采取连续装药结构。

2.2.4Ⅳ级围岩钻爆参数

（1）炮孔直径：d=38～42mm。

（2）炮孔数量：炮孔数目参考公式：N=3.3（fS2）1/3计算结果确定。

式中：N为炮孔数目个数（光面爆破适当增加6～12%）；

f为岩石坚固系数；

S为隧道掘进断面面积，m2。

（3）炸药单耗：q=0.6-1.2kg/m3。

（4）炮孔布置方式：采用复式楔形掏槽，在中心偏下位置布置掏槽眼，辅助眼均匀布置在掏槽眼与周边眼之间，掏槽眼深度比辅助眼、周边眼深 10～20%，周边眼底部外倾 3～5°。

（5）辅助眼：a=b=700mm。

（6）周边眼光面爆破：炮眼间距a=（10～15）d，周边眼间距a周=500mm。

（7）底板眼：底板孔由于压渣的原因，应适当加密，间距一般为辅助孔的80%左右，设计为0.6m。

（8）炮眼深度L：采用手持式凿岩机钻孔，孔深L=1.5m，其中掏槽眼应比辅助眼、周边眼加深20%。

（9）装药结构：辅助眼、掏槽眼和底板眼采用连续装药，周边眼采用水袋间隔装药。所有装药炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞长度不小于40cm。以上爆破参数经试爆后，根据现场实际情况进行调整，以达到最佳爆破效果。

2.2.5Ⅲ级围岩爆破钻爆参数

（1）炮孔直径：d=38～42mm；

（2）炮孔数量：炮孔数目参考公式：N=3.3（fS2）1/3计算结果确定；

式中：N为炮孔数目个数（光面爆破适当增加6～12%）；

f为岩石坚固系数；

S为隧道掘进断面面积，m2；

（3）炸药单耗：q=0.6-1.2kg/m3；

（4）炮孔布置方式：分别在：洞中心偏下位置布置掏槽眼，辅助眼均匀布置在掏槽眼与周边眼之间，掏槽眼深度比辅助眼、周边眼深10～20%，周边眼底部外倾 3～5°；

（5）辅助眼：a=b=800mm；

（6）周边眼光面爆破：炮眼间距a=（10～15）d，周边眼间距a周=500mm；

（7）底板眼：底板孔由于压渣的原因，应适当加密，间距或抵抗线一般为辅助孔的80%左右，设计为0.6m；

（8）炮眼深度：采用手持式凿岩机钻孔，孔深L=2.5m，其中掏槽眼应比辅助眼、周边眼加深20%。

以上爆破参数经试爆后，根据现场实际情况进行调整，以达到最佳爆破效果。

2.2.6Ⅱ级围岩爆破钻爆参数

（1）炮孔直径：d=38～42mm；

（2）炮孔数量：炮孔数目参考公式：N=3.3（fS2）1/3计算结果确定。

式中：N为炮孔数目个数（光面爆破适当增加6～12%）；

f为岩石坚固系数；

S为隧道掘进断面面积，m2；

（3）炸药单耗：q=0.6-1.2kg/m3；

（4）炮孔布置方式：中心偏下位置布置掏槽眼，辅助眼均匀布置在掏槽眼与周边眼之间，掏槽眼深度比辅助眼、周边眼深10～20%，周边眼底部外倾 3～5°；

（5）辅助眼：a=b=800mm；

（6）周边眼光面爆破：炮眼间距a=（10～15）d，周边眼间距a周=400mm；

（7）底板眼：底板孔由于压渣的原因，应适当加密，间距或抵抗线一般为辅助孔的80%左右，设计为0.5～0.6m；

（8）炮眼深度：采用手持式凿岩机钻孔，孔深L=3.5m，其中掏槽眼应比辅助眼、周边眼加深20%。

以上爆破参数经试爆后，根据现场实际情况进行调整，以达到最佳爆破效果。

2.2.7装药结构和起爆网络

隧道掏槽眼、辅助眼和底板眼采用连续装药结构和簇连起爆网路，周边眼采用水袋间隔不耦合装药。

3　施工安全保证措施

3.1　西山隧道控制爆破主要控制措施

（1）加强、完善保护对象周边环境及安全警戒、保护措施；

（2）对西气东输天然气管道和中石化油库的爆破振动速度控制在2c m/s以内；

（3）施工前对西气东输天然气管道、青龙寨隧道结构质量状况、中石化油库进行评价及安全风险评估；

（4）爆破施工Ⅱ、Ⅲ级围岩增设减振措施；

（5）采取可行的防护措施，控制洞口个别飞石，确保无飞石；

（6）委托具有相应资质的第三方检测机构进行振动速率监测，并与产权单位建立安全联动机制及完整档案资料。

3.2　飞石控制防护措施

在爆破施工中控制爆破飞石应考虑以下措施：

（1）炮孔用岩粉或黄泥填塞，保证孔口堵塞长度和加强堵塞质量；

（2）严格按设计和具体地质条件选择单位炸药消耗量和填塞长度，利用地形地质条件，避免炮孔布置在地质弱面或断层、裂隙上；

（3）合理的起爆模式，每个炮孔都具备侧向自由面和延迟起爆时间。

3.2　振动控制措施

（1）根据爆破区域的实际环境情况采用诸如数码雷管爆破、打减振孔等积极的爆破减振技术。

（2）进行爆破振动测试，根据振动测试数据，控制最大段药量，合理选择毫秒间隔时间。

（3）根据被保护物与爆源的相对位置，确定合理的抵抗线方向和起爆顺序。

3.3　冲击波控制措施

隧道内应加强警戒，所有人员撤离到警戒线外，躲避冲击波的伤害。隧道掘进在小于100m时，警戒范围为暗洞洞口100m内；隧道掘进大于100m时，安全警戒点为暗洞洞口周边。

3.4　有毒气体

隧道爆破后，需做好排气通风工作（通风时间不少于30min），并确认安全后，经现场指挥员批准方能进入作业区，并采取通风以外的其它消烟和检测措施，确保每次入洞人员的安全。

4　结语

总而言之，在进行隧道爆破作业时，为了保证施工安全，需要重点针对爆破中的技术要点进行控制，设计合理的爆破方案，并严格按照工艺流程进行操作，最大限度减少作业风险，降低对周围环境的影响。