城市浅埋隧道爆破技术控制要点与安全性研究

冯壮雄

（浙江省隧道工程集团有限公司，浙江 杭州 310011）

随着经济的发展与时代的进步，隧道工程领域已经从传统的钻爆法单一工作量施工向着大规模、大方量高速工期推进的盾构挖掘法转移。但受科技进步条件限制，在部分岩质隧道，尤其是大断面异型（扁平状大矢比）城市多车道岩质隧道依旧采用传统爆破技术进行施工。该类隧道受地形、景观和城市地理区位制约，一般埋深比较小、地质岩体较为坚硬，但地表或多或少存在一些需要保护的建构筑物，所以工程中的主要问题就是隧道爆破的安全性问题。在此笔者基于多年行业发展现状与现场工作经验展开探讨，重点就爆破影响的主因及其改良方法进行阐述，希望能为同行提供建设性意见。

1 某工程具体情况概述

某市政工程线路起讫里程K0+000 ～K5+750.504，路线全长5.751km，最小曲线半径790m，最大直线长度507.46m，是外环公路与城市联接线的市政道路一部分。本标段隧道1 座，即凉棚岭隧道，为分离式隧道，右洞长624m、左洞长615m，单洞净宽度为17m，横断面组成：右机电线路通道0.75m+右侧人行道1.5m+右侧非机动车道2.75m+行车道3m×3.75m+左侧机电线路通道0.75m。隧道净高8.44m，最大开挖断面223m2。隧道洞口段地形坡度10 ～15°，两端洞口Ⅴ级围岩，隧道轴线最大埋深89.0m。地表地形起伏不大，工程地质为白垩系馆头组凝灰质砂岩，局部基岩出露。隧道所在山体地表建有公园（含2 个水塘，面积分别为1300m2和2000m2）、气象站、管理房、通讯基站等建（构）筑物。隧道采用钻爆法施工，Ⅳ级围岩根据实际地质情况采用环形开挖预留核心土法开挖法或上下台阶法开挖。Ⅲ级围岩采用上下台阶法开挖。严格按照新奥法原理，坚持“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”，将隧道超前地质预测预报与监控量测贯穿于整个隧道施工过程，确保隧道安全掘进。前期爆破作业时监测到爆破振动始终徘徊在临界值附近，但还是极大地影响了施工进度，造成其他工序大量窝工，且爆破时人员在地表的感官也不好，部分房屋发生裂缝。

2 城市浅埋隧道爆破技术控制要点

爆破技术作为有限破坏与高效开发综合的掘进开发手段已经运用成熟。其主要原理为利用亚硝酸盐等化学物质产生聚类反应并集聚释放，在有限空间内展开破坏以达到预期施工目的。其中炸药为重要工作载体。当前常用的工作方式为炸药配合起爆雷管在相应钻孔中前提进行部署，并在相对应雷管起爆设备的引导触发下爆炸，从而得到高温高压气体，在能量守恒前提下达到工作面破坏、击碎的目的。

2.1 爆破可能产生的灾害

基于室内试验与现场运用效果看出，隧道掘进作业需要在可控的能量范围内以达到有限空间掘进又不影响周边围岩稳定的前提下进行，但爆破需要炸药在密闭空间内产生极快速的化学裂变反应，其产生的冲击波和高温高压气体等能量在解决施工遇到的坚硬岩层后，也会同步产生能量对周边环境形成爆破地振、爆破冲击波、爆破飞石、噪音、粉尘和爆破毒气等灾害，并伴随爆破的整体过程。隧道爆破施工在一个相对封闭的空间中进行，除施工小环境外，对周边大环境的影响就是爆破冲击波形成的爆破振动破坏。

2.2 技术控制要点

（1）堵塞爆破技术。该种爆破技术由来已久，其中最原始的方式就是运用现场钻渣石粉进行炮孔柱塞，以达到降低冲击波、飞石等扰动伤害的可能。最新研究表明，运用防水炸药配合液体堵塞效果较好，可以达到炮孔受力均匀，爆破瞬间吸收余热废气、粉尘等有害物质的可能，能在安全生产的同时极大降低生产运行成本。当前，除了运用水，还可以应用橡皮泥等半塑性材质进行封堵，效果更优。

（2）无限分段起爆网络技术。在爆破开挖中，为了有效提高工作效率，防止集中爆破带来的不便，通常采用多点同时爆破的方式，方便一次爆破的完成。虽然使用这种方法可以提高爆破效率，但瞬间产生的较大爆破能量对周边环境造成的危害仍未解决。而有效应用无限分段起爆网络技术，可以有效地解决这一问题。该技术主要是通过闭合起爆网络，利用爆管形成孔内及孔外结合延期引爆炸药进行爆破。为了保证起爆信息的准确传递，一般采用双发雷管复式联接，确保爆炸效果。

（3）电子雷管和光纤起爆技术。该爆破技术包括两部分，即电子雷管和引爆光纤，虽然起始的方式会有一定的差异，但最后的控制都是由电子设备和秘钥进行，这种爆破技术有一定的新颖性，能减少爆炸事故的发生概率，但应用成熟度稍显不足。

综上所述，在城市隧道钻爆法施工中爆破安全隐患较大，需要综合考量并制定行之有效的预防措施，全面保障城市隧道爆破开挖工程的稳定进行，否则，一旦发生安全事故，对社会危害极大。通过比较分析，上述爆破施工安全问题中，爆破振动的影响尤其突出，是所有钻爆法施工隧道工程影响周边环境安全与社会和谐的关键性问题。

3 爆破技术在城市浅埋隧道施工中的安全控制

3.1 爆破振动检测

首先，需要在城市隧道爆破前对相应工区及附近的已有地下管网和建构筑物进行振动检测核算。相应的混凝土部件因为其材料的抗剪切、抗振性有限等原因，在一定爆破振动前提下，其会受到不同程度的破裂损坏，如若炸药量过高，且释放能量不受控，则会产生灾害性后果。所以，进行不同程度、不同维度和不同工作界面的信号还原式振动检测，有助于安全生产和生产进度监控。另外，还需要在爆破施工前根据周边环境和当前设计，进行一定程度的小药量现场爆破试验，然后运用实验数据同比放大进行损坏评估与防护，并验证爆破振动检测相关仪器的灵敏度，全方位模拟建构筑物的振动扰动情况并建立函数关系式，确保施工的合规性和爆炸冲击的可控性。

3.2 浅埋隧道爆破振动控制

根据现场小规模爆破试验可知，按一般隧道钻爆法施工，会由于能量释放给周边环境带来较大的破坏性冲击，影响安全生产。所以必须采取一定的措施进行爆炸能量的控制。

（1）选择合理的切割结构。通过对振动影响因素的综合监测，发现在装药量大致相同的情况下，采用掏槽爆破方法，振动效果更明显。这主要是因为围岩对切割位置有很大的限制作用，且二者之间的距离非常近，影响范围大，振动强度大。因此，为了改善这种模式和现象，利用现代大口径快速钻孔机械的成熟性，对岩基作业面进行小间距密集钻大口径空孔，再在大口径空孔之间钻小口径爆破孔少药量爆破。这不仅降低了炸药使用量，也降低了围岩之间的相互夹制作用，提高了破碎岩石进尺和循环效率，同时也降低了对地表振动问题。

（2）雷管起爆时间分散控制。在隧道开挖中，通过辅助周围的一些孔，可以提高雷管爆破的分散性能，增加相同位置的孔数，从而降低振动强度。此外，其可以更有利于爆破，提高爆破效果。选择雷管时，尽量选用一些高精度的数字电子雷管，将时间延长到更精确的设置，还能通过减少雷管峰值的错动振动，充分发挥其优势，提高爆破效率。

（3）爆破振动监测及参数优化。在浅埋隧道作业中，爆破工作应全程观察和预测。根据监测内容，对爆破开挖情况进行实时监测。监测重点应放在浅埋隧道的地表、衬砌结构、浅埋隧道入口的桥拱及其与围岩的交界处，按距离远近、破坏对象抗性大小，优化和调整参数，使隧道施工综合效益最大化。

4 确保城市浅埋隧道控制爆破有效实施的安全措施

（1）爆破。包含钻孔、装药、堵塞防护、安全警戒、引爆、爆后检查等工作。钻孔前必须根据超前地质预报成果确定详细的爆破方案并技术交底；钻孔过程中严格按设计要求进行，钻孔结束要洗孔并逐孔检查钻孔质量；装药必须按设计要求的装药型式、装药量、雷管段别进行，如需改变，必须由当班爆破技术负责人批准；爆破作业各个爆破孔必须采用合格材料进行堵塞防护，以降低爆破空气冲击波、爆破噪声、爆破毒气的产生，增加爆破效果；爆破前必须由爆破安全员统一指挥警戒，确保本区域、相邻隧道区域、地表等所有受影响区都得到安全控制；引爆前不得提前联接起爆设备，必须在安全警戒完成得到确认，确定所有的爆破准备工作都已完成后，由现场爆破负责人统一指挥连线引爆；爆破后通风并等待15min 以上，且风质监测合格后才能进入现场进行爆破后检查，主要检查爆破点附近设备的安好性、爆区的准爆性、隧道岩体的稳定性、隧道壁浮石处理，爆堆安全、残留炸药回收、地表建构筑物检查等。装药、堵塞防护、安全警戒、引爆、爆后检查等工作必须由相关持证人员进行。

（2）爆破相关工作。隧道施工总包方、爆破安全主管方、爆破安全监理方、土建监理方必须在爆破前后对爆破现场及附近和地表建筑物进行安全勘察和可靠性评估；同时进行地表沉降及位移监测、地表水引排、爆破振动监测、地质超前预报；爆破后当及对隧道开挖出的轮廓进行初支封闭，及时对隧道进行二次加强初期支护和最终衬砌支护；注意对岩体中的裂隙水及时封堵，防止地表沉降位移加速；对隧道有限空间进行通风监测，只有当空气安全指标达到标准，施工人员才能进行下一步的工作。同时，爆破作业全过程（含爆破器材领用及剩余器材退库）摄像确认后的信息上报当地公安监管部门。

5 结束语

综上所述，在进行城市浅埋隧道爆破作业时，对周边环境影响的主要因素是爆破振动。为了保证施工安全，通过改良传统的掏槽爆破方式，用新型分散式空眼爆破方式掘进隧道，同时辅以逐孔、孔内分段等延期爆破手段重点对爆破中的技术要点进行控制，设计合理的爆破方案，并严格按照规范要求进行爆破作业，可最大限度保证爆破安全、降低爆破作业对周边环境产生的负面影响。同时，做好爆破施工过程中各项数据的监测工作，并适时对相关参数进行调整，确保爆破作业的各项指标都保持在预警范围值内。