复杂地质山岭地区的隧道工程爆破施工技术

王玉琪

（中铁十八局集团 第二工程有限公司，河北 唐山 063000）

水利、交通等工程在建设过程中会面对很多复杂的地质环境，如果采用的施工技术不合理，将会影响工程建设效果和质量。复杂地质环境下的隧道工程建设，如果采用的爆破施工工艺不规范，将会给工程整体结构及周围环境带来直接影响，甚至会造成人员伤亡。随着复杂地质环境下隧道工程规模的扩大，对爆破施工技术进行深入分析显得非常重要。通过对工程所处环境分析，制订合理的爆破施工方案，优化施工设计内容，给隧道施工工作顺利进行打下基础。

1 工程概况

大前石岭隧道位于姜家堡子东侧5 km，沿八里甸子村道西走，交通比较方便。该隧道起止里程DK69+225～DK71+685，隧道全长2 460 m。围岩类别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，其中Ⅵ级围岩140 m（含17 m 明洞）、Ⅴ级围岩170 m、Ⅳ级围岩365 m，Ⅲ级围岩800 m、Ⅱ级围岩985 m。隧道内设置双侧保温水沟、双侧电缆槽，隧道出口低洞口段距洞口400 m设置中心深埋水沟。隧道内设小避车洞69个，大避车洞8个，大避车洞预留余长电缆腔、绝缘梯车洞8个。该隧道表覆第四系全新统坡残积层（Q4dl+pl），下覆震旦系（Z1）石英砂岩。其地层由新至老分述为：（1）岩堆。大部分无土壤和植被覆盖，为裸露碎石或大块石，少部分有土壤覆盖，植被良好，多为低矮灌木及乔木；岩堆岩块一般粒径0.3～1.5 m，属于大石岩堆，岩堆厚度不均匀，为5～16 m；岩堆结构松散，空隙度大，植被发育地区充填细颗粒，具有弱黏性。根据现场调查结果，该岩堆发育阶段属于第二阶段（趋向停止发展阶段），岩堆岩块岩性为石英砂岩，属于硬质岩石。岩堆安息角为32°，渗透系数K=60 m/d。（2）石英砂岩。强风化～弱风化，砂砾、块状结构，节理发育，岩芯呈碎块状及柱状。

2 复杂地质山岭地区的隧道工程爆破施工

2.1 施工方法

在本工程中，隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩均采取全断面挖设方式，凿岩多功能台架、YT28 风动凿岩机钻孔，通过人工方式装药，并将其装入到雷管中，实现爆破处理。在Ⅳ、Ⅴ级围岩中，一般地段根据超前对策采取台阶法施工，在凿岩多功能台架、YT28风动凿岩机的配合下钻孔，人工装药，分段毫秒雷管及塑料导爆管起爆，实现光面爆破［1］。

2.2 爆破设计

2.2.1 测量放线

在钻孔施工之前，需要做好测量放样工作，精准描绘挖设轮廓线和周边眼位置，利用激光铅直仪对边线位置进行测量。在约50 m 的位置处设定中线桩，每间隔100 m 的位置设定一个临时水准点。在每次测量放线过程中，应该对上次爆破断面情况及时核查，利用隧道挖设断面测量系统对测量数据进行处理，并适当调节爆破参数，从而获取理想的爆破效果。

2.2.2 钻孔作业

在钻孔之前，钻孔工作人员应该对炮眼分布情况有所了解，严格根据钻爆设计方案施工。尤其是周边眼及掏槽眼位置，在没有经过上级部门许可的情况下不可随意修改。定人定位，周边眼及掏槽眼需要安排工作经验丰富的人员负责，钻研机钻杆位置确定以后，钻孔位置偏差不得超过50 mm，保证钻孔方向平行，不可出现交错状况［2］。周边眼钻孔外差角度的控制，一般眼深3 m 位置外插角不得大于30°，眼深5 m位置外插角不得大于20°，让两茬炮接口位置台阶不得超过150 mm。全断面法开挖顺序见图1。

图1 全断面法开挖顺序图

2.2.3 周边眼的装药结构

周边眼装药结构作为实现光面爆破的重要因素，要合理把控周边眼装药量，保证装药结构的合理性，让炸药分布均匀。在施工过程中，采取不耦合装药结构，不耦合装药系数通常把控在1.7左右。

2.2.4 装药及联结起爆网路起爆

在选择炸药过程中，需要结合岩石强度选择对应的炸药类型。对于周围富有水源的地段，则需要选择乳化炸药，其余位置则选用2 号岩石硝铵炸药［3］。在周边眼位置，采用直径为25×200 mm 小药卷，不耦合装药；其余炮眼则采用直径为40×200 mm药卷，连续装药。利用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统起爆。在装药过程中，应该参考钻爆设计图纸参与确定装药数量，由上至下进行，导爆管应该事先对号入座。所有炮眼都要利用炮泥封堵，堵塞长度不得低于20 cm。在起爆网路中，采取簇并联方式，形成复式网路，从而确保起爆的具体性和真实性。在联结过程中需要注意，导爆管不可出现打结现象，各个炮眼雷管连接次数应该统一，引爆雷管需要利用黑胶带进行捆扎处理。在网络联合以后，需要安排专业人员进行全面检查。

2.2.5 爆破作业管理控制

根据“一标准、二要求、三控制、四保证”施工要求，开展光面爆破施工工作。“一标准”指一个控制标准。“二要求”指钻研施工要求及装药连线施工要求。“三控制”包含了钻眼角度、深度及密度的控制，装药量的控制以及测量放线精度的控制。“四保证”是指思想态度保证，不可有“宁超勿欠”思想；技术管理保证，及时结合隧道工程爆破情况，修改爆破参数；施工质量保证，全面落实职责管理体系，由专业人员负责管理，实施自检及互检；经济效益保证，建立经济职责体系［4］。在装药之前，各个炮眼都要用高压风清理，严格按照爆破设计装药结构要求进行设计，做好连接网络工作，控制好导爆索连接方向。

2.2.6 微震爆破

隧道周围采取光面爆破施工技术，对于不良地质，则采取微震控制光面爆破。通常情况下，在进行微震爆破过程中，根据作业面积，最大面积许可装药量为

式中，Qmax表示的是最大一段爆破药量，单位kg；Vkp表示的是安全速度，单位cm/s，取Vkp＝2 cm/s；R 表示的是爆破安全距离，单位m；K 表示的是地形、地质影响系数；a表示的是衰减系数。其中，K、a值主要根据隧道实际情况，通过多次试爆确定K、a 值，根据爆破物和爆心之间的安全距离，得出每段最大装药量［5］。结合以往工作经验，爆破过程中产生的大振速位置一般为掏槽爆破、底板或底角爆破、周边光面爆破。基于此，在爆破施工过程中，需要采取楔形复式掏槽技术施工，也就是结合爆破震动幅度控制炸药用量；对药量大的炮眼，采取分段爆破施工方式。全断面开挖爆破设计图见图2。

图2 全断面开挖爆破设计图（单位：mm）

3 复杂地质山岭地区的隧道工程爆破施工技术

3.1 减震掏槽施工技术

在隧道爆破施工过程中，挖槽爆破作为当前工程行业重点关注的施工技术，掏槽爆破质量如何，将会给爆破挖设效果带来直接影响，挖槽孔深将影响隧道掘进深度。在工程施工过程中，如果洞门顶部设有截水天沟，并且截水天沟中线距边、仰坡开挖边缘大于5 m，需要结合其坡度情况，采取减震掏槽施工技术，防止发生淤积现象。在洞门端墙及挡翼墙背后位置设有一个排水盲沟网，利用外包土工布设定塑料排水盲沟，横竖间距均为2 m，横向、竖向位置采用塑料排水盲沟，排水盲沟在路基面高度处采用ϕ100PVC 管排入侧沟。为了给后续爆破施工工作顺利开展提供条件，在进行掏槽爆破过程中，需要结合掏槽爆破特点，选择最佳的施工工艺，并控制掏槽爆破过程中的影响，减少爆破震动，保证周围建筑安全［6］。

3.2 毫秒延时爆破技术

在隧道施工过程中，如果隧道工作面温度高，将会给施工人员生命安全带来直接影响。为了保证施工正常运行，减少对施工人员的危害，需要采取毫秒延时爆破技术，也就是通过采用毫秒雷管微差爆破技术，实现光面爆破，根据不同的地质构造及围岩级别采用不同的爆破参数，使爆破震动减到最低。在隧道工程施工过程中，采用微差起爆技术，科学控制炸药用量，能够减少震动效应对隧道工程的影响，确保工程建设安全。

3.3 延时干扰减震技术

爆破地震波作为具有震前性的衰减正弦波，假设把各个炮孔延时设计规划在一定时差范畴内。在爆破过程中，震波在相位上为倒相的，让主震波峰叠加，实现干扰抵消，让前爆孔和后爆孔实现孔间干扰减震。通过这种方式，能够精准地计算出爆破地震波主波频率，达到减震的效果。在隧道施工过程中，应该结合爆破震动产生原理、传播路径等，探究各个爆源和传播介质爆破地震波传播规律，建立物理模型。根据工程实际情况，建立岩石、混凝土等介质的爆破冲击损伤安全判据，降低震波给周围建筑带来的影响，通过干扰减震，保证施工安全。

4 结语

对于复杂地质环境下的隧道工程建设施工，要想保证工程整体质量，在爆破施工过程中，需要结合工程实际情况，合理设计施工方案，加强爆破过程控制，科学把控炸药量，明确各个爆破设计参数，让爆破工作顺利进行，减少爆破过程带来的影响，确保工程质量安全。