复杂环境下的隧道爆破施工技术研究

宋其程

（广西金建华民用爆破器材有限公司，广西 百色 533000）

1 工程概况及施工难点

1.1 工程概况

拟建罗妹2号隧道进口桩号为K0+080，设计高程为936.78m，出口桩号终点为K0+340，设计高程为939.38m，隧道长260m，最大埋深50.5m，为单拱短隧道。隧道全线均位于直线上，纵坡为1%。隧道设计开挖断面尺寸：半圆拱半径为6.100m，边墙高度为1.935m，上下台阶合计标高为8.035m，隧道最大宽度为12.200m。隧道进、出口段位于洼地边缘，由东向西下穿一近南北向的山坳口，两端地势较低，中部地势较高，地形起伏较大，覆盖层较薄，部分基岩裸露，地表植被较发育。隧道轴线地面高程介于944～991m，相对高差约47m。罗妹2号隧道呈西北走向，采用由西北端向东南端单向爆破开挖，隧道开挖进口端（K0+080）正北方向5m处有1条待拆的民用电缆线和1条由山顶木材厂横穿过进洞口的居民用电线路，西南方向分别为790县道、罗妹隧道和乐业县公安局警犬中队，距离790县道32m，与原罗妹隧道净距24m，距离乐业县公安局警犬中队42m。罗妹2号隧道开挖进口端上方山顶垂直距离50m、水平距离65m处有1个木材加工厂、1栋普通民房及1条居民用电线路；其余方向为荒地和山体。隧道进口端周围环境具体如图1、图2所示。

图1 隧道进口周围环境及其警戒示意图

1.2 施工难点

图2 隧道进口周围环境图

罗妹2号隧道周围环境复杂，应加强爆破有害效应控制，根据《爆破安全规程》（GB 6722—2014）核算出爆破振动影响情况如表1所示[1]。

表1 爆破振动影响情况表 单位：m

2 爆破方案设计

罗妹2号隧道开挖中Ⅲ级围岩开挖长度为130m，Ⅳ级围岩长度为40m，V级围岩长度为90m，全部采用上下两个台阶爆破开挖法进行开挖[2-3]。上台阶超前开挖30m后，开挖下台阶。上台阶每循环爆破进尺3.0～3.2m，为便于清碴，在掏槽内布置3个破碎孔。爆破开挖轮廓及分层布置图如图3所示。

图3 围岩一般地段上下台阶断面分配图（单位：cm）

2.1 隧道上台阶爆破开挖

罗妹2号隧道上台阶采用光面爆破控制隧道周壁开挖的平整度和水平楔形孔掏槽方式，每循环进尺3.0～3.2m，掏槽孔深4.2m，掏槽眼的孔口间距为1.0～1.5m，孔底间距为0.5～0.8m，崩落孔、周边孔深3.6m。掏槽孔、崩落孔、周边孔具体设计参数如下[4-5]。

（1）掏槽孔。破碎孔布置在掏槽孔面中心位置，先于掏槽孔起爆，爆破后为掏槽孔设置自由面，使掏槽孔爆破后，掏槽效果明显。一般破碎孔直径为42mm，个数为3个。为保证掏槽效果，同时保证整个上台阶爆破后能形成较为完整的轮廓，根据类似工程经验，破碎孔布置在两排掏槽孔的中心位置上，如图4所示。装药系数为0.90～0.95，炸药单耗为6～10kg/m3。

图4 上台阶掘进炮孔布置及断面图（单位：cm）

（2）崩落孔。崩落孔钻孔深度取值为3.0m，炮眼直径d炮眼=42mm，孔距为80cm。

（3）周边孔光面爆破参数。炮孔直径d=[1/(8～18)]a（a=0.5～0.7m，a为光爆孔孔距）；光爆层厚度W光=(10～12)d；炮孔密集系数m=E/W光；不耦合系数D=d孔/d炸=1.25～2.0；线装药密度q=0.1～0.2kg/m。

（4）单孔装药量：Q=qaWLm。

式中：Q为单孔装药量，kg；q为单位炸药消耗量，根据经验一般取值为0.85kg/m3，具体根据现场岩层性质适当调整；a为炮孔间距，m；W为最小抵抗线，m；L为炮孔深度，m；m为炮孔所在部位系数。隧道炮孔布置图如图4所示。

由图4可知，中间破碎孔布置数量为3个，间隔60cm；楔形掏槽孔沿空孔对称布置，左右各布置一排，孔距为60cm，楔形掏槽孔倾斜角度为75°，掏槽孔开口与空孔间距为190cm，孔底间距为92.5cm；辅助孔采用80cm×80cm布置，周边孔孔距为50cm。上台阶炮孔段位布置如图5所示。

图5 上台阶炮孔段位布置图

由图5可知，上台阶炮孔共分为18个段位，掏槽孔、破碎孔、崩落孔的时间间隔为10～30ms，周边孔时间间隔5～10ms为宜[6-7]。上台阶一次掘进爆破参数表如表2所示。

表2 上台阶爆破主要参数列表

2.2 隧道下台阶开挖

下台阶临空面多、好，炮孔夹制小，爆破条件较好，由于上部条件超前掘进，形成了减震的自由空间，采用松动爆破方式降低爆破对隧道轮廓影响，控制超欠挖。根据类似施工经验，下台阶炮孔布置如图6所示。下台阶炮孔深度及装药设计如表3所示。

图6 下台阶炮孔布置及剖面图（单位：cm）

表3 下台阶围岩主要爆破参数表

3 爆破振动安全校核

罗妹2号隧道爆破有害效应对周边环境的影响主要是爆破振动。根据《爆破安全规程》（GB 6722—2014）的相关规定，该工程中所爆岩石主要为石灰岩，为中等坚硬岩石，选取K=150，α=1.5，爆破点周边罗妹隧道允许最大振动速度取12cm/s，爆破点周边普通民房允许最大振动安全速度取2.0cm/s。由此可以得出，罗妹隧道最大一段单响允许药量与各保护性建筑物的爆心距的关系如图7所示[8-9]。

图7 罗妹2号隧道不同V值下单响允许最大药量与爆心距离的关系图

由图7可知，当爆破点距离民房＜70m时，一次单响最大药量应根据上图选取民房与爆破点不同距离时的一次单响最大药量；当爆破点距离＞70m时，最大一次单响药量应考虑罗妹2号隧道不受损坏，即最大一次单响药量应＜88.47kg。为控制最大一段单响药量，采用导爆管雷管起爆时，应设计好同段雷管数，采用数码电子雷管起爆时应采用逐孔起爆方案。

4 爆破后隧道变形监测

现场监控量测分为必测项目和选测项目两大类。该工程开展地质和支护状况观察，隧洞周边位移量测、拱顶下沉量测为必测项目[9]。

5 结论

（1）罗妹2号隧道爆破采用上下台阶分阶段爆破掘进的方式即减少一次起爆药量可降低爆破有害效应对周边环境的影响，也使人员物资搭配更加合理，加快了掘进的速度[10-11]。

（2）水平楔形掏槽方式进行掏槽时，掏槽孔区域产生的爆破振动有害效应最大，所以根据Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等围岩不同的岩性，保证掏槽效果的同时，应合理控制掏槽孔和掏槽孔中心区域的破碎孔单孔装药量、延迟时间。

（3）由于罗妹2号隧道对周边建筑产生爆破振动的影响，在不同建筑安全振动速度允许值的情况下，应及时构建单段允许最大药量与爆心距之间的关系图表。确定好不同爆心距的状态下，允许一次单段起爆药量是减少爆破振动危害的关键步骤。

（4）电子数码雷管在隧道掘进过程中，虽然每个炮孔的延迟时间可以自由设定，但是由于电子雷管在隧道掘进中存在瞎炮率，所以每次掘进后，应优化炮孔延迟时间，使之达到爆破最优效果。