隧道施工中爆破技术的应用

2020-03-05荆东旭

工程建设与设计 2020年23期

荆东旭

（福建海峡科化富兴建设工程有限公司，福州350001）

1 引言

隧道是一种应用广泛的地下空间形式，在铁路、公路、水利和市政等工程中具有极其重要的作用。在爆破技术实践和发展中，实现爆破作业在完成隧道施工目标的同时，还需要做到尽量不对隧道围岩、隧道周边环境、地表建筑等产生破坏。据此，在隧道爆破作业时，需掌握先进爆破技术及其应用要点。同时要加大研究力度，探索需要认知的技术内容，不断积累经验资料等，从而深入认识隧道工程爆破技术。

2 隧道爆破作业特点

当前，在我国隧道工程实践中，常常是采用钻爆法与掘进机法进行施工。

爆破开挖的主要作业就是钻孔和爆破，同时要做好装运机械出碴等作业，顺利完成隧道建设。爆破作业质量关系着隧道围岩的稳定，以及后续工序施工效率和施工质量，在隧道施工中有着重要地位。

在隧道爆破中，其钻眼、装药和爆破等操作有以下5方面的特点：第一，在钻眼爆破作业中，受隧道滴水、照明和通风等因素影响，实际作业环境条件差。同时由于需要与支护作业、出渣运输等交替开展，因此会限制爆破工作面，加大了实际施工难度【1】。因此，需保证爆破作业操作合理，才能顺利完成爆破循环。

第二，爆破的临空面比较少，岩石会发挥很大的夹制作用，而加大了实际耗费药量，无法充分发挥爆破效果。

第三，钻眼爆破有着较高的质量要求，需要保证隧道方向正确，精度符合要求，且要确保爆破之后隧道断面达到设计标准，不可出现超挖的问题。爆破作业中，需预防飞石将风管、水管和电线等崩坏，尽量保证爆落的岩石块均匀，方便后续装碴运输。

第四，一般隧道的断面会比较大，因此施工成本高。且其服务使用年限较长，在运营中需要定期或不定期地维修保养，会影响到隧道的正常使用。因此施工中要控制好施工质量，避免影响到后期运营。

第五，在爆破作业中，要尽量减少对围岩的扰动，确保周边岩石的完整性。

3 隧道施工中爆破设计与施工

3.1 钻爆法开挖设计

在采用钻爆法进行隧道爆破前，需全面调查研究地质情况、开挖断面大小等信息以及综合钻眼机具和器材性能等以完善钻爆设计，避免出现超挖问题，并减少围岩扰动。设计中需包含的内容有：炮眼布置图、数目和深度，以及装药量、装药结构图等，确定具体的起爆方法、顺序。钻爆设计图内容必须完善，主要有炮眼布置、周边眼装药结构和参数等图表，同时标注好必要的文字说明，确保施工能够顺利进行【2】。施工开挖和爆破方法的选择，需依据隧道工程地质条件进行，如果是硬质岩需一次开挖全断面的情况下，适合采用光面爆破法。如果为软质岩则适合选择应用预裂爆破法。开挖松软地层，采取分部开挖方式，爆破技术采用预留光面层光面爆破法。

3.2 光面爆破技术要求

光面爆破技术应用中，应根据隧道工程围岩特点，合理设计周边眼距及其最小抵抗线。控制好周边眼实际装药量，沿炮眼全长均匀分布药量。爆破中适合使用小直径药卷、低速爆炸药，借助传爆线装药，可以实现空气间隔、满足装药结构要求。起爆操作以毫秒微差顺序进行，且要保证后边爆破临空面良好，尽量缩小周边眼同段雷管间起爆时间差距。光面爆破参数设置方面如周边眼间距、最小抵抗线和装药集中度等，可采用工程类比法确定，或者进行爆破漏洞及成缝试验【3】。受一些因素影响，隧道开挖施工会出现超挖的情况，对此要依据规范严格掌控，以保证实际爆破作业效果。软岩隧道施工中，残留炮孔痕迹应分布均匀，因此，周边眼要保证平整性、圆顺度。光面爆破实施后，开挖岩面上要避免出现爆震裂缝。

3.3 预裂爆破参数、爆破器材选择

首先是预裂爆破参数的选择，在施工现场进行爆破成缝试验来确定，在不具备试验条件的情况下，如果炮眼深度为1.0～3.5m，直径为40～50mm，在岩石为硬岩的情况下，周边眼间距、周边眼至内圈崩落眼间距可分别设定为40～55cm，周边眼装药集中度为0.30～0.40kg/m。

其次是光面爆破器材的选择，主要有炸药、非电塑料导爆系统和导爆索等。其中，周边眼使用的炸药要选择性能良好的品种，且要满足低爆速、低密度和高猛力等要求。选择起爆性能好且分段多一些的雷管，结合毫秒雷管、毫秒等差递增雷管使用，可以有效节约炸药，同时进一步减少振动。非电塑料导爆系统应用操作方便，且安全性、可靠性较强，可以加强施工安全。

最后是隧道掘进循环进尺的选择，具体要依据围岩类别、机具设备、施工进度安排等合理确定。如果具备大型机具设备，完整围岩为中硬及以上的，即可选择深孔爆破，以提高施工效率。开挖软弱围岩中，需将一次进尺控制在1.0～2.0m范围内【4】。

3.4 炮眼设置

第一，炮眼直径。这一参数会影响到凿岩生产率、炮眼数目、耗药量等，适当加大直径和装药，使炸药更加集中，可以提升爆破效率、减少炮眼数量设置。但炮眼直径过大的情况下，需使用重型凿岩机作业。

第二，炮眼数量。该数值与开挖断面和岩石性质等相关，设置的炮眼数量会影响凿岩作业质量。依据设计炸药量和各个炮眼平均分配的原则计算需要的炮眼数量，得出计算结果之后，结合光面爆破、周边眼等，适当进行合理调整。

第三，炮眼深度。要综合考虑围岩级别、循环进尺要求和作业循环时间等确定炮眼深度。在岩石坚硬、断面较大，施工企业可以使用深孔钻机的情况下，台阶法开挖中下台阶可以采用超深孔爆破法。

第四，装药量计算、分配。炮眼装药量影响着实际爆破作业效果，药量不足难以炸开，且会产生过大的爆落石碴块。过量的药量则会对围岩稳定产生不利影响，导致支撑被崩坏、抛碴过于分散等而不利于后续装碴作业。还会使隧道中有害气体增多，需要长时间排烟、供风。具体要依据炸药性能、断面尺寸、炮眼直径等参数确定合理药量。可以进行爆破试验，进一步检验药量参数合理性，直到达到良好爆破效果。

3.5 起爆顺序

设计起爆顺序中，要保证其设计合理，才能确保隧道光面爆破、预裂爆破效果，同时加大临空面，使爆破条件更佳，起爆炮眼在共同作用下可以产生更强爆炸力。为确保爆破顺序设计准确，可以采用毫秒雷管起爆，从里向外层层剥离、破碎，提高炮眼利用率，确保开挖轮廓平整【5】。具体起爆顺序就是掏槽、辅助眼、低板眼、侧壁眼和压顶眼。起爆时需要同时点火，在炮孔中装设不同段雷管，在正确安排下可使起爆有顺序进行。