隧道爆破施工技术

王武平

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

1 工程概况及总体方案

本工程隧道长度较短，拟从进口单向掘进，隧道从进口方向进洞，独头掘进，避免与隧道出口施工产生干扰。掘进时Ⅱ，Ⅲ类围岩采用全断面法、Ⅳ类围岩采用上下台阶法、Ⅴ类围岩采用台阶法加临时支撑，在隧道开挖作业时，必须采取有效的控制爆破，以确保施工安全。采用YT24型气腿式凿岩机钻孔，楔形掏槽的爆破作业方式掘进，并控制循环进尺过长，避免产生的爆破有害效应超过安全规程规定，本工程设计Ⅱ，Ⅲ类围岩循环进尺3 m，Ⅳ类围岩循环进尺2 m以内，Ⅴ类围岩循环进尺1.5 m以内。如遇地层较差时，爆破技术人员应及时根据现场情况修改爆破进尺及爆破参数。隧道开挖采用钻爆法，以新奥法理论指导施工，光面爆破，爆破器材采用2号岩石硝铵炸药(有水地段用乳化炸药)，周边眼采用φ25光爆小药卷。装岩运输采用ZL-50装载机配合25 t自卸式汽车运输，直接运至业主指定的弃碴场。

2 隧道开挖参数设计

1)施工方法及顺序。

施工中严格按照设计要求，遵循新奥法施工原理，软弱地质洞身开挖应坚持:短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌的原则，加强施工临时监控量测，确保施工安全。施工中如遇实际围岩类别与设计资料不符应及时与监理、设计部门联系调整施工方案，确保开挖安全、顺利进行。隧道中停车段、配电室等待隧道开挖成形后，再进行扩挖。

2)炮孔装药量。

a.掏槽孔。

其中，η 为炮孔装药系数，取 η=0.9;L为孔深，LⅢ=3.2 m，LⅣ=2.2 m，LⅤ=1.1 m;r为每米长度炸药量，r=0.78 kg/m。

经计算 QⅢ=2.24 kg，取 2.2 kg;QⅣ，Ⅴ=1.54 kg，取 1.5 kg;QⅤ=1.19 kg，取 1.1 kg。

b.辅助孔。

c.光爆孔。

通常为辅助孔的 1/3 ～ 1/4，取 QⅢ=0.6，QⅣ，Ⅴ=0.4 kg，QⅤ=0.3 kg。

3)爆破网络。

隧道爆破网络设计采用孔内延时，在各隧道口段网络联接时应根据与被保护物的距离不同，按Qmax=R3(VKP/KK′)3/a公式计算结果，控制最大单响药量，使爆破震动不超过安全规程规定。

4)隧道开挖爆破安全距离验算。

根据公司以往的施工经验，隧道掘进爆破的飞石主要为掏槽爆破飞石，而且有着很强的方向性，会沿着隧道轴线呈一定角度扇形飞出，本方案采用上下台阶开挖法施工，在各隧道进出口段50 m内施工时，应对隧道口正前方向进行飞石防护，可在隧道口正前方10 m左右搭设防护架。

3 路基取石场和挖方爆破设计

3.1 爆破设计时各参数的选定

炮孔间距要根据岩石特征、炮孔直径等确定，预裂爆破的钻孔间距选用炮孔直径的8倍～12倍，光面爆破的钻孔间距选用炮孔直径的10倍～16倍。光面爆破或预裂爆破的装药结构要采用不耦合连续装药或空隙间隔装药。靠近预裂孔的主炮孔的间距应不小于1.5倍～2.0倍预裂孔间距。

3.2 钻爆设计参数

钻爆设计参数见表1。

表1 钻爆设计参数表

3.3 预裂爆破设计

1)打眼采用风钻钻机进行，人工清理炮位。装药前用自制扫眼器进行清孔。2)将炸药按设计逐个装入孔中，并挤压密实，用土进行堵眼，木棍捣实，按设计起爆顺序逐次联接导线，用胶布把起爆雷管绑扎牢固。3)设计装药参数见表2。4)爆破设计示意图见图1。

表2 预裂爆破设计装药参数表

3.4 光面爆破设计

1)设计装药参数见表3。

图1 爆破设计示意图

表3 光面爆破设计装药参数表

2)设计图示见图2。

图2 预留光爆层爆破设计示意图（单位：cm）

3)钻孔采用手风钻施工，边眼倾角与设计坡度一致，边眼位置要准确，应先测量放设边线再布置边眼。

4)边眼采用间隔装药，辅助眼采用连续装药结构。辅助眼先于边眼起爆。

4 爆破安全施工措施

4.1 凿岩安全措施

1)各种凿岩机械必须保持技术状况良好、安全、灵活、可靠。操作人员须按操作规程作业。作业前应检查压气胶管接头，机械连接螺帽等是否安全牢固。2)凿岩前必须进行“四检查”和“四清除”。即检查和清除炮眼和残炮;检查和清除盲炮(由爆破员处理);检查和清除顶、帮、掌子面浮石;检查和清除支护的不安全因素。3)凿岩时应做到“四严禁”。即严禁打残眼;严禁打干眼;严禁戴手套扶钎杆;严禁站在凿岩机钎杆下。4)退出凿岩机或更换钎杆时，应减速慢退，切实注意钎杆位置，避免钎杆脱落伤人。5)凿岩台架应安装牢固，周边应与洞帮相顶实，前部与掌子面距离应小于50 cm。6)凿岩时若遇流砂层或突然涌水地段，应停止作业，并迅速报告有关部门，制定安全措施。7)作业完毕，应将所有的设备和工具移至安全地点。

4.2 爆破安全措施

本工程隧洞爆破设计采用非电毫秒导爆管分段簇联火雷管引爆系统，爆破作业由持有爆破证的爆破员操作，爆破作业规定如下:1)不准在同一工作面使用不同批号和厂家的雷管，不准使用燃速不同的导火索，爆破器材必须经严格检验符合国家标准的方能使用。2)有以下情况时不能进行爆破施工:a.有滑坡危险;b.通道堵塞或通道不安全;c.工作面有炮眼温度异常或涌水危险;d.对设备安全无有效防护措施时;e.未进行充分准备工作，作业面无照明设施的。3)爆破前必须发出警示信号，待所有人员及设备撤至安全区域方能点炮。4)放炮结束后，在确认无盲炮超过30 min，爆破作业人员方可进入爆破作业点。5)加工起爆药包和爆药卷应在安全地点进行，无关人员一律不得在场，加工数量不应超过当班爆破作业需用量。6)加工药包、装药联线现场严禁烟火。7)装药前应对炮眼进行清理和验收，装药时严禁使用铁质工具，装药完毕要用炮泥堵塞，操作要温和，不可用力过猛。8)发现盲炮或怀疑有盲炮，应立即处理。处理盲炮应由当班爆破员进行，无关人员不准在场。当班来不及处理，应详细交班。盲炮未处理好之前，禁止在工作面进行其他作业。9)禁止用铁制掏勺掏出炮泥，掏炮泥时不得用力拉动起爆药包引线，严禁从炮眼中强力拔出雷管。

4.3 通风防尘安全措施

1)粉尘浓度，有害有毒气体含量在30 min内降低到允许范围内(见表4)。

表4 各主要有害气体安全浓度表

2)坚持以风、水为主的综合防尘措施，做到湿式凿岩标准化，通风排尘、喷雾洒水制度化，个人防护经常化。

3)凿岩用水尽量保持清洁，禁止使用污水，要求固体悬浮物不大于150 ng/e，pH值为6.5～8.5。给水量(重量)应达到排粉量的10倍～20倍，一般不小于5 kg/min～8 kg/min。

4)喷雾水要常开，隧洞内有人，喷雾不停。

5)装岩前，应向工作面10 m～15 m内的顶、帮和岩碴上洒水，岩碴要分层洒水，洒湿洒透。

4.4 爆破技术方法及技术措施

1)采用多排微差爆破技术。增大开挖量，使岩石松动，控制爆破地震和飞石。2)孔内采用分段(间隔)装药爆破技术。使被爆岩体、药包分布均匀，改善爆破块度。3)应用空隙装药爆破技术。降低爆破初始压力对岩体粉碎作用，提高爆破有效利用，降低炸药单耗，改善爆破质量。4)应用排间和孔间顺序微差爆破技术。可降低爆破地震波，减少炸药单耗，改善爆破效果。5)综合运用各种爆破器材(导爆索、导爆管雷管、电雷管、微差起爆仪等)，采用复式爆破网络。确保爆破网络可靠，达到预期爆破效果。6)严格控制微差爆破中最大一段的齐爆药量。降低爆破地震波的危害。7)科学的划分爆破区域，采取相应的控制爆破技术措施，确保安全施工。8)根据开挖工作面的推进和变化，应随时注意改造临空面及松散爆堆的堆积方向，以加强控制爆破个别飞石的主抛方向。9)根据被爆岩性的变化，应随时进行试爆，摸索最佳炸药单耗和最佳装药结构，以提高和改善爆破效果。

5 复杂地层掘进技术措施

在破碎、松散等不良复杂地层段中掘进，应遵守“超前锚、短开挖、弱爆破、早支护、快封闭、勤量测”的原则及时采取措施，派有经验的人员统一指挥，确保安全通过。

1)不同类别的围岩，采用不同结构形式的安全防护技术。

2)超前锚杆支护法。施工中一发现可能出现破碎带的迹象，马上沿隧洞轮廓线钻孔，孔深至少应大于循环进尺1 m(一般为3 m～5 m)，然后充填砂浆，再插入锚杆，锚杆的外插角宜为5°～10°，安设的锚杆使一定区域成为一个整体，以锚杆长度作为控制长度形成模拟挡土墙，通过此挡土墙来抵抗背后土压，以达到超前支护的效果。

3)锚喷网联合支护。喷锚的效果来源于它的及时性、独特性、灵活性及柔性密贴性。喷射混凝土具有比较好的柔韧性，其蠕变性和可压缩性都相当大，其延伸率可达10%，为了改善喷射混凝土的静态抗拉强度、挠性疲劳强度、冲击强度、抗振性能、柔韧性和抗裂性能，可在每立方米素混凝土混合料中加入80 kg～100 kg的钢纤维。这是一种安全、快速、有效的临时支护方法。钢筋网的作用在于提高喷射混凝土结构物的整体性，使喷层中的应力均匀分布，避免应力局部集中，提高喷射混凝土支护抵抗长期机械震动和爆破震动的能力，可以避免个别危石冒落，并可以防止或减少因混凝土收缩而产生的裂纹，为了起到上述作用，要求钢筋直径不宜过大，网度不宜过密，应紧贴岩石。施工中钢筋采用φ6 mm～φ10 mm钢筋，间距为200 mm～300 mm。

4)围岩量测。现场围岩量测是锚喷支护监控设计和施工管理的重要内容。通过量测可及时掌握围岩动态和支护受力情况，判断围岩稳定程度和支护效果，为设计和施工提供信息，以便检验、修改支护参数和修改施工方法。

5)为了安全、顺利地通过断层，保证工程质量，要及时采取以下措施:a.因岩石很松散，易掉块，开挖时应采用小装药、弱爆破、短进尺的方法，减少围岩受爆破影响程度，且岩层的暴露空间小，不至于出现大量的掉块、塌方。b.在碰到断层前1 m～2 m，即开始打超前锚杆进行超前支护，对围岩进行超前加固。c.每一循环爆破完后，立即喷混凝土，以封闭岩石软弱面，使其形成一层柔性薄壁支护，暂时稳固围岩。待混凝土喷完后立即打系统锚杆，确保围岩不出现有害松动，然后再挂上一层钢筋网，最后再喷上一层混凝土，彻底封闭围岩。

6)在采取以上支护措施的同时再通过围岩位移量测来观察围岩，了解围岩的变化情况，具体量测方法可采用木楔法、观察法、听音判断法、振动法中的一种或几种，再配合收敛计等仪器观测围岩，以便采取相应的措施。

7)当施工中遇地下水有变大情况时，应进行超前探水，放水引排，应配备足够的排水设备。当涌水量较大时，应先灌浆封堵止水，后进行支护。