高原城区复杂敏感环境暗挖隧道精细控制爆破施工工法

张云甫

1.前言

随着我国城镇建设的飞速发展，因城市的拓展及缓解城市交通压力，在综合考虑工程造价、施工周期以及对周边环境影响等因素，城市隧道的建设逐渐受到青睐，但城市隧道建设具有埋深较浅、地表建筑物密集两个突出特点且所处的施工环境也越来越复杂敏感，对爆破安全控制技术要求也越来越高，因此精细控制爆破技术得到了重视和发展。在爆破工程中应用检测新技术及其它有利于安全作业的新工艺、新技术、新器材，实现配套推广，不断地提高了爆破施工作业的信息化和智能化水平。

2.工法特点

2.1爆破地位置复杂特殊敏感，周期长，施工安全，工效高。

2.2数码电子雷管起爆系统的应用能精确任意设定控制起爆延期时差达到起爆能量控制功能，操作轻便，同时提高了爆破效果、显著地减小了单响的药量，爆破精度和震动也能得到有效控制。

2.3 TC-6850N无线网络测振系统的应用能对振动现场进行长期有效监测，为控制爆破震动提供有效的数据，操作轻便，节约了网络连接时间，减少人力。特别适用于测试环境复杂敏感施工等需要长期监测爆破振动的项目。

2.3水压爆破其雾化降尘和降噪作用效果更好，缩短通风排烟，加快了工序循环，改善了作业环境，保护作业人员身体健康及减少环境污染;炮眼底水袋在“水楔”作用不但进一步破碎岩石，还提高了炸药能量利用率，即节省炸药，提高经济效益;除此之外，由于爆破后岩石破碎、爆堆集中，加快了装碴出碴时间。

2.4采用数码电子雷管控制爆破与机械导洞或掏槽创造新的辅助自由面相结合的综合施工方法利用了各种施工方法的优点，对于复杂敏感环境下隧道的爆破施工，有利于加快施工进度，减少人力、物力的投入，降低了成本，减小了爆破危害。

3.适用范围

本工法适用于各种地层、周边环境复杂敏感以及地下工程周边建筑物密集环境下隧道精细控制爆破。工法中确定的延时参数适用于石灰岩地层，其他地层的延时参数需爆破试验确定。

4.工艺原理

复杂敏感环境隧道精细控制爆破法是通过新型起爆网络综合各种技术措施在允许安全振动的前提下高效地完成复杂敏感环境下的爆破施工。首先结合国内外现有的一些类似控制标准及科研试验、总结，通过一些试验和理论分析，提出对有争议的结构、设施的合理振动控制标准;然后通过建立的无线远程振动监测系统，远程实时监控爆破振动数据，及时调整爆破施工参数，通过掌子面掏槽创造临空面，运用数码电子雷管平峰微震精细控制爆破施工工艺逐孔起爆和精确延时等方式降低爆破振动达到最佳的爆破效果;最后通过采取综合降尘措施对爆破粉尘和噪声进行有效控制，减小对周边环境的污染，以达到在复杂敏感环境下隧道控制爆破的目的。

5.施工设计施工要点

5.1设计施工要点

5.1.1控制爆破设计

针对东绕城路1号隧道进口浅埋的客观条件，为确保地表构筑物安全以及减少对周边单位、居民正常办公生活的干扰，充分考虑到施工进度及施工效率，结合数码电子雷管的性能和优势，上台阶采用机械掏槽+数码电子雷管控制爆破开挖法、数码雷管一次起爆法、数码雷管+普通毫秒雷管一次起爆法三种方案进行控制爆破开挖。

1机械掏槽+数码电子雷管控制爆破开挖法

机械掏槽+数码电子雷管控制爆破开挖法，首先采用单臂掘进机对上台阶进行机械掏槽，掏槽面积长6m×宽3.8m，深2.5m，创建爆破临空面，然后对周边围岩采用数码电子雷管起爆。

1）钻爆设计原则及控制标准

根据地质条件，开挖断面、开挖进尺、单臂掘进机性能、爆破器材等编制光面爆破设计。开挖进尺2m，地表的振速控制在0.5cm/s左右。

根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10cm，炮眼堵塞长度10cm。

2）光爆参数的选择

光爆孔钻孔时要严格控制钻孔外插角度和外插量，保证轮廓面平整成型。

4）施工步骤

第一步：单臂掘进机就位后，做好除尘准备，在隧道中心用单臂掘进机截割一个宽6m、高3.8m、深2.5m的小导洞，小导洞面积约为22.8m²，开挖方量为57m。

第二步：退出单臂掘进机，装载机配合自卸车出碴后，开挖台架就位。沿Ⅰ部完成小导洞轮廓线，从隧道中心由内向外依次布设炮眼。如图5.2.1-1所示。

掏槽眼：共计2个，孔深2.3m，炮孔夹角为42°，装药量1.2kg，采用数码电子雷管逐孔爆破，孔间延时3ms。

扩槽眼：共计17个，均为垂直打眼，与Ⅰ部开挖小导洞轮廓线间距W=70cm，孔间距80cm，孔深2.3m，装药量1kg。采用数码电子雷管逐孔爆破，孔间延时3ms。

进一步扩大临空面，促进后续爆破作业。

辅助眼：共计18個，均为垂直打眼，相邻炮孔间距80cm，孔深2.2m，装药量0.6kg。采用数码电子雷管逐个爆破，孔间延时3ms。

二圈眼：共计22个，均为垂直打眼，相邻炮孔间距70cm，孔深2.2m，装药量0.4kg。采用数码电子雷管逐个爆破，孔间延时3ms。

周边眼：共计53个，均为垂直打眼，孔间距40cm，孔深2.2m，装药量0.2kg，采用数码电子雷管逐个爆破，孔间延时3ms。

底板眼：共计6个，孔间距80cm，孔深2.2m，装药量0.8kg，采用数码电子雷管逐个爆破，孔间延时3ms。

5）装药量及起爆顺序

装药量及起爆顺序详见表5.2.1-4。

2数码雷管一次起爆法

数码雷管一次起爆法，即上台阶全部采用数码雷管进行单孔精准微差控制爆破。

1）钻爆设计原则及控制标准

根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等编制光面爆破设计。开挖进尺2m，地表的振速控制在0.5cm/s左右。

根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10cm，炮眼堵塞长度10cm。

2）掏槽方式

掏槽方式采用双楔形掏槽。

3）光爆参数

光爆参数选择参照5.2.1-1。

4）炮眼布置及孔位延时设计

具体炮眼布置及孔位延迟设计见图5.2.1-2。

在距上台阶底部约50cm，距隧道中线2.1m范围内分别布设掏槽，第一排掏槽孔，共计14个，孔深1.5m，与横向夹角约40°，相邻炮眼间距均为60cm，孔内延时设置为5ms，单孔装药量0.8kg;在距隧道中线间距为2.6m处设置第二排掏槽孔，共计12个，孔深为2.3m，与横向夹角约46°，相邻炮孔间距为80cm，单孔药量1.0kg，与第一排掏槽孔段间延时为30ms，孔内延时为3ms。

辅助眼共计57个，孔深2.2m，孔内延时均为3ms，段间延时均为50ms，单孔装药量为0.6～0.8kg。

掏槽眼与辅助眼均采用数码电子雷管逐孔起爆。

周边眼共计51个，孔深2.2m，相邻炮孔间距40cm，孔内延时均为3ms，段间延时为60ms，单孔装药量0.2kg。

底板眼共计15个，孔深2.2m，相邻炮孔间距80cm，孔内延时均为3ms，段间延时60ms，单孔装药量0.8kg。

5）起爆顺序及装药量

起爆顺序及装药量详见表5.2.1-5。

所有炮孔均采用42mm钻孔钻设，成孔直径约为50mm。合计使用数码电子雷管149发，总装药量为83kg。

3数码雷管+普通毫秒雷管一次起爆法

数码电子雷管+普通毫秒雷管一次起爆法，即上台阶掏槽眼及辅助眼采用数码电子雷管起爆，周边眼及底板眼采用普通毫秒雷管起爆。

1）钻爆设计原则及控制标准

根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等编制光面爆破设计。开挖进尺2m，地表的振速控制在0.5cm/s左右。

根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10cm，炮眼堵塞长度10cm。

2）掏槽方式

掏槽方式采用双楔形掏槽。

3）光爆参数

光爆参数选择参照5.2.1-1。

4）炮眼布置及孔位延时设计

具体炮眼布置及孔位延迟设计见图5.2.1-3：

距上台阶底部约50cm，距隧道中线2.1m范围内分别布设掏槽，第一排掏槽孔，共計14个，孔深1.5m，与横向夹角约40°，相邻炮眼间距均为60cm，孔内延时设置为5ms，单孔装药量0.8kg;在在距隧道中线间距为2.6m处设置第二排掏槽孔，共计12个，孔深为2.3m，与横向夹角约46°，相邻炮孔间距为80cm，单孔药量1.0kg，与第一排掏槽孔段间延时为30ms，孔内延时为3ms。

辅助眼共计57个，孔深2.2m，孔内延时均为3ms，段间延时均为50ms，单孔装药量为0.6～0.8kg。

掏槽眼与辅助眼均采用数码电子雷管逐孔起爆。

周边眼共计51个，孔深2.2m，相邻炮孔间距40cm，单孔装药量0.2kg，采用11段和13段普通毫秒雷管分段起爆。

底板眼共计15个，孔深2.2m，相邻炮孔间距80cm，单孔装药量0.8kg，采用13段普通毫秒雷管起爆。

5）起爆顺序及装药量

起爆顺序及装药量详见表5.2.1-6。

所有炮孔均采用42mm钻头钻设，成孔直径约为50mm。合计使用数码电子雷管83发，普通毫秒雷管66发，总装药量为83kg;单段最大药量为周边眼（13段）及底板眼（13段）起爆时，最大药量为17.4kg。

4爆破网络设计

在埋深较浅、离建筑物较近的区域采用电子雷管平峰微震精细控制爆破施工工艺，工艺流程图见图5.2.1-4。

5.2.2钻孔操作

1钻孔施工工艺流程图见图5.2.2-1

2施工准备：指作业人员、机具等按时到位，达到开工条件。

3场地清理：对掌子面现存在的松石或危石进行清除，将岩石裸露，达到能够钻孔爆破的条件后，方可进行钻孔爆破。

4钻眼布点：钻孔前，根据爆破设计参数用红油漆按设计炮眼间距和布孔方式将孔位标示出来，便于施钻人员施工。

5钻机就位：隧道内钻孔采用手持风钻。

6钻眼、验孔及终孔：手持风钻在风力作用下钻进成孔，钻孔时必须采取湿式钻眼，利用钻杆钻进长度确定孔深，孔深满足要求后即可终孔。

5.2.3装药及爆破

1装药及爆破施工工艺流程见图5.2.3-1

2清孔：在高压风的作用下利用吹枪将孔内的细渣吹出孔外并用木楔封堵，便于炸药的填塞。

3 炸材准备：为规范炸材的使用，每次爆破前均由专业人员将计划炸材用量运至爆破点。

4装药：相对于硝铵炸药易受潮而言，炸药采用乳化炸药。周边眼底部先装1个水袋，然后按照爆破设计装药，间隔部分装入2个水袋，眼口装入1个水袋，堵塞炮泥20厘米。其它部位炮眼先在底部装1个水袋，然后按照爆破设计装药，眼口装入2个水袋，堵塞炮泥60厘米。所有炮眼装药完毕后，连线起爆。辅助眼控制爆破炮孔和离建筑物稍远的掏槽眼控制爆破炮孔装药采用连续柱装药结构形式;距离建筑物较近的周边眼控制爆破炮孔采用分集间断柱装药结构形式;如单孔装药量大于允许最大单响药量时，采用间断装药且孔内微差的装药结构。

5 堵孔：孔口堵塞采用圆柱状粘土炮泥回填进行封口，孔内采用用木质或竹杆炮棍捣密实即可;底部、间隔部、眼口装入水袋，其目的是起到爆破防尘降噪作用。

6网络连接及检查：根据脚线编号，将各炮孔的脚线通过起爆线联为一体，然后起爆线与起爆器连接。

7网络检查及延时设置：电子数码雷管起爆网络在段位较少时，可通过起爆器设置各区域、各段位的起爆延时时间;段位多时，通过便携式电脑设置各段位之间起爆延时时间。非电毫秒雷管起爆网络通过毫秒雷管段位差控制起爆延时时间。

8起爆：安全警戒后，通过输入密码激活起爆器，人工发出“起爆”的语音，起爆器接通直流电源，开始爆破。

5.2.4起爆时差调试与定值

1爆破监测：正式爆破前，于离建筑物、居民区较远的地方选择了一块区域进行了多次试爆，并参照需保护建筑物或设备仪器与爆点之间的距离选点布设TC-6850N无线网络测振仪，通过测振仪对其震速进行监测分析，调整爆破延时时间，使测点震速控制在要求范围内。除了试验测试外，在施工过程中在信号塔、高压电力塔、机关单位等重要设施设置了固定测点进行了长期监控。

2延时时间的确定：除延时时间外在相同参数的情况下，通过对试爆后的监控量测数据统计分析，确定了爆破最佳的电子雷管起爆时差，孔间延时在3ms，排间延时在60ms时，可以达到平峰减振的爆破效果。

6.质量控制

6.1钻孔精度是确保爆破成功的关键，要求必须做到“准、顺、平、齐”，钻孔深度允许误差为-2cm～+4cm，开孔中心允许误差φ≯2cm;钻孔周边眼外插角偏差不大于1°。

6.2炸药必须按照设计进行安装，装药量偏差控制在±5%以内。

6.3严格遵守国家标准GB6722-2014《爆破安全规程》的规定，爆破个别飞石距离控制在30m。

7.安全环保措施

7.1爆前，充分掌握地形地质情况，视防护对象的相对位置及爆破材料特性参数等基本资料，合理确定爆破参数、装药结构、起爆顺序，并做到精心施工，使飞石控制在安全范围内。

7.2严格控制炸药单耗和装药结构。爆破时对炮孔的岩石特性、节理裂隙要进行细致的踏勘，对孔网参数、装药结构及单耗都要进行认真计算和调整，以达到控制飞石的目的。

7.3确保良好的填塞质量。要选择好的填塞材料、保证有效的堵塞长度。

选择强度高、质量大、韧性好的胶帘覆盖洞口，并用铁丝进行锁扣，形成整体覆盖的方式防飞石。

7.4钻孔设备选用履带式液压凿岩台车，它集动力、凿岩、行走、排渣和集尘等设備于一体，能有效的控制钻孔时的粉尘扩散。

7.5爆破区域在爆前和爆后要洒水浇湿，防止粉尘的扩散。施工便道定期进行洒水，做到文明、环保施工。

7.6采用水压爆破综合防尘降噪措施，即孔口堵塞采用圆柱状粘土炮泥回填进行封口，孔内采用木质或竹杆炮棍捣密实即可;底部、间隔部、眼口装入水袋，其目的是起到爆破防尘降噪作用。封堵结构示意图如图7.1所示。

7.7噪音大的设备，如发电机、空压机等要加装吸音减振设施，减少噪音并使噪音控制在85分贝以下。

7.8保证良好的堵塞，采用圆柱状粘土炮泥回填进行封口。

7.9采用水压爆破法，水袋中的水还可有效地降低进入空气中的爆炸冲击波强度，使其在近距离内衰减为声波，起到消音作用。

8.效益分析

8.1经济效益分析

根据不同部位分别采用水压、创造临空面、延时微差控制爆破进行爆破作业，在炮孔设置方面取得了很好的效果，大大减少单孔装药量，提高了爆破效果，缩短通风排烟，加快施工进度，减少劳动力配置，缩短工期，节约了施工管理成本。

该工法在拉萨市环城路（北段）市政工程建设项目东绕城路1号隧道中成功运用，加快了施工进度，比常规爆破方法提前工期约15天，节约成本共计34.54万元。具体如下所示：

8.1.1水压爆破方法节省炸药（装药量除周边眼外，其余每个炮眼减少半节炸药125g）6.42万元。

8.1.2工期提前，节约28.12万元。

8.2社会效益分析

8.2.1社会效益

复杂敏感环境根据不同部位分别采用水压、创造临空面、延时微差控制爆破进行爆破作业，在炮孔设置方面取得了很好的效果，大大减少单孔装药量，提高了爆破效果，缩短通风排烟，加快施工进度，减少劳动力配置，缩短工期，节约了施工管理成本，取得了良好的社会经济效益。

8.2.2环保效益

与常规方法相比较，复杂敏感环境采用水压、创造临空面、延时微差控制爆破相结合的爆破作业时，不仅降低地震效应危害，同时水压爆破综合措施，对爆破产生的粉尘直接润湿和降低进入空气中的爆炸冲击波强度衰减，起到较好的爆破防尘降噪作用;同时，改善了作业环境，保护作业人员身体健康，环保效益明显。

8.2.3节能效益

复杂敏感环境采用水压爆破综合措施，一提高了炸药能量利用率，减少单孔装药量（装药量除周边眼外，其余每个炮眼减少半节炸药125g），即节省炸药13%;二是提高了爆破效果，降低粉尘浓度，缩短通风排烟20分钟，加快了工序循环，缩短工期，节约了施工机械台班成本。

（作者单位：安徽省路桥工程集团有限责任公司）