下穿输水隧道工程爆破施工及安全控制措施

马会力

(中铁十八局集团 第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

下穿输水隧道工程地质条件复杂，经常会遇到坚硬的岩层，仅凭机械和人为开挖，难度太大，成本太高，难以满足施工经济效益的需求，而且容易引起安全事故。采取爆破施工技术，可有效解决这一问题。随着新技术、新设备的应用，我国爆破技术愈发先进，可实现精确爆破和定点爆破，将其应用到下穿输水隧道工程施工中，可有效解决坚硬岩层对施工进度、施工成本的限制。但是，爆破会形成很大的力，控制不当容易引起一系列安全问题，这就需要施工单位能够结合现场地质水文条件，严格把控爆破施工的每个细节，并且做好安全控制措施。基于此，开展下穿输水隧道工程爆破施工及安全控制措施的分析研究具有非常重要的意义。

1 工程概述

黑白面将军山隧道工程项目位于珠海市拱北南湾城区，隧道工程北起珠海大道，穿越黑白面将军山，南至南琴路，线路全长约3.86 km，其中隧道段左线长3 645 m，右线长3 735 m。由于黑白面将军山隧道南口工区与供澳输水隧洞斜交，其中右线交于YK4+568.323，左线交于ZK4+579.824(左线该区段已完成开挖、初支、二衬等工作)，右线拱顶距离供澳输水隧洞底直线距离仅5.25 m。为确保安全，公司编制了《黑白面将军山隧道右线下穿供澳输水隧洞段爆破工程方案设计》。本方案施工范围为隧道右线YK4+550～YK4+623(掌子面)段，长73 m，爆破工程量约9 700 m3，设计采用单侧壁导坑法(CD法)开挖。黑白面将军山隧道与供澳输水隧洞相对位置平面图如图1所示。

图1 黑白面将军山隧道与供澳输水隧洞相对位置平面图

2 下穿输水隧道工程爆破施工技术的应用要点

2.1 选择合适的爆破方案

黑白面将军山隧道工程下穿岩层的等级为Ⅳ级围岩，按照地质条件的特点，在具体施工中采取了单侧壁导坑法。为控制施工质量，循环进尺的深度不超过1.0 m，而下穿输水隧道工程段的循环进尺深度不超过0.8 m[1]。为掌握爆破施工中的安全信息，在整个施工中应配合总包、检查单位切实做好地质超前预报，为开展安全的爆破施工提供必要的技术支持。

本工程右线下穿供澳输水隧洞段(YK4+550～LGYK4+590，长40 m)及试验段(YK4+590～LGYK4+623，长33 m)，按照爆破施工方案要求进行超前支护，并开展CD法开挖施工[2]。爆破施工方案设计以YK4+550～LGYK4+590段为例，每循环进尺1榀(0.8 m)，各分部开挖尺寸以施工图设计或总包单位施工组织设计为准。炮孔的布置施工示意图如图2所示，爆破设计参数如表1所示。试验段(YK4+590～LGYK4+623)炮孔布置参照图2，每循环进尺1.0 m。

图2 炮孔的布置施工示意图

表1 爆破设计参数表

2.2 钻孔和验孔

确定好爆破施工方案之后，按照不同隧道段开挖方法的不同以及爆破范围的要求，标记出每个掏槽眼、辅助眼、周边眼的具体位置，每个爆破孔位的深度、位置、倾角等参数都要清楚标记出来。在钻孔时，选择合适的钻孔设备，严格按照爆破设计方案进行钻孔操作。钻孔施工人员达到钻孔面后，要先检查工作面是否安全。如果存在安全隐患，就不能钻孔，先要进行加固处理。确认安全无误后，选择湿式凿岩机进行钻孔，钻孔时要及时清理孔内残渣，认真检查安全界限，并在专人指挥下完成钻孔[3]。钻孔完成之后要及时检验，检验内容包括钻孔的深度、倾斜度、孔内残渣、钻孔数量等，凡是不符合设计要求的应及时补救。

2.3 装 药

在案例工程施工中，为保证爆破的安全性和质量，掏槽眼、辅助眼、底眼都选择了连续装药结构，而周边眼选择了间隔装药结构。各药卷之间通过高质量导爆索相互连接，并用竹片固定，导爆索外孔连接时必须选择三角形连接方法[4]。具体的装药结构如图3所示，导爆索连接起爆网路示意图如图4所示。

图3 光面爆破装药结构示意图

图4 导爆索连接起爆网路示意图

按照孔位和爆破介质体积以及单耗的不同，选择合适的雷管和装药数量，严格控制每个起爆药包的制作质量，选择木质炮棍进行装药。在放入雷管之间，要在炮棍的辅助下将药卷的一端插入到炮孔中，插入雷管的力度要适当，切不可拧插和用力敲打[5]。在安装起爆药包时，严禁刮破、对折、打结导爆管，以免影响爆破效果。整个装药过程要严格遵循从上到下的原则，以免掉落石头破坏整个起爆系统引起瞎炮。装药完成之后及时堵塞炮孔，装一个炮孔，堵塞一个，以免遗漏引起安全问题。本工程在炮孔堵塞时选用了砂质黏土、黄泥混合而成的混合物，堵塞炮孔时要避免损坏起爆网络。

2.4 起爆网络

当炮孔装药和堵塞全部完成之后，在现场监理的指挥下，现场设备和人员必须全部撤离到安全地带，由专人进行起爆网路连接，保证周边每个光爆孔导爆索引出孔口的长度符合设计要求[6]。由于在本工程施工中，光爆孔和隧道掘进的主爆孔相互连接，形成了同一个起爆网路，所以在具体起爆操作时，需要按照掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼的起爆顺序逐步推进。本工程爆破施工起爆网路示意图如图5所示。

图5 隧道爆破电子雷管起爆网路连接示意图

3 下穿输水隧道工程爆破施工安全控制措施

在下穿输水隧道工程施工中，虽然采取爆破施工技术能够大幅度提升施工效率，但同时也存在一定的安全隐患。为保证施工质量和安全性，必须做好安全控制措施[7]。本工程在爆破施工中采取了如下安全控制措施，取得了良好效果。

3.1 保证爆破振动安全设计的科学性

在《爆破安全规程》中有明确规定，在爆破施工中必须科学设计爆破振动安全，爆破地震波振动速度，同段起爆允许的最大药量和爆破中心道测点的安全距离可以表示为

(1)

式中：Qm为微差爆破时同段的最大装药量,kg；R为爆破中心到建筑物之间的距离,m；V为建筑物或者构筑物和允许的安全震速，m/s；K为爆破点到保护对象之间地形和地质条件的相关系数，K的取值为180；α为爆破震动的衰减指数，取1.6。

为保证爆破施工道路安全性，本工程要求爆破时震动速度不能超过5 cm/s，爆破振动速度按照式(1)可算出允许震动速度时爆破最大单端药量和距离之间的关系(表2)。

表2 V=5.0 cm/s时各炮孔Qm与R的关系表

在式(1)中，K和α的数值为经验值，在具体施工中需要按照试验爆破的真实数据进行适当调整，以最大限度保证爆破施工的安全性。

3.2 爆破飞石安全控制措施

《爆破安全规程》也明确规定，在下穿输水隧道工程爆破施工中爆破安全警戒的范围不能小于300 m。为降低爆破空气冲击波造成的不良影响，保证施工的安全性，可从预防产生强烈空气冲击波和削弱空气冲击波传播两个方面同时入手进行控制[8]。比如：合理布药，优化参数，必须严格控制最小抵抗线和单耗，严格限制单孔药量以及一次起爆药量，尽量选择分段延期起爆技术，以降低炸药的无故消耗。此外，还要严格控制装药的长度和装药量，提前进行试爆，以确定真实的爆破参数，充分了解先爆破的药包对后续药包最小抵抗线方向、量值造成的影响，科学调整各药包之间的距离、装药量、起爆时差。

3.3 处理好盲炮

盲炮也是引起爆破施工安全问题的主要因素之一，必须对盲炮进行有效处理。(1) 经过系统检查确认起爆网路完好后，可重新起爆。(2) 选择用木、竹或其他不产生火花的工具，去除炮孔中填塞物，通过药包进行诱导爆破。(3) 在安全地点通过远距离操作风水喷管的方法，吹出盲炮填塞物和炸药，并及时收回雷管[9]。(4) 可采用平行孔进行装药爆破，但要保证平行孔到盲炮之间的距离不小于0.3 m。

4 结 语

通过实际案例应用分析发现，下穿输水隧道工程爆破施工和安全控制措施，应严格控制进尺开挖深度，遵循多打孔、少装药的施工原则，可有效保证炮孔布设的精度。此外，还要结合施工经验和现场工况，不断优化爆破参数，爆破振动速度控制在5 cm/s以下。同时，做好爆破施工方案设计，并且对施工爆破钻孔、装药、填塞、起爆网路控制好力度，大幅度提升爆破效果。针对爆破中形成飞石、盲炮等，需要采取有针对性的控制措施，以保证整个爆破工程施工的质量和安全性，在爆破施工中值得类似工程参考借鉴。