复杂围岩环境下高速公路隧道爆破施工研究

毛仕仁

（广西工程技术研究院有限公司，广西 南宁 530200）

0 引言

交通网络的建设与发展，为城市化建设的稳定推进，提供有利的前提条件，而随着道路交通等级的提升，必然需要在复杂围岩环境中，以爆破施工的方式开凿出宽敞的高速公路隧道，从而有效缩短交通的行进时间。但实际爆破施工期间，需要结合复杂围岩环境的不确定性做好详细规划与部署，使其能够尽可能削弱围岩的影响，使其应力保持在和谐稳定的状态下，为高速公路隧道的施工与顺利通车提供可靠的安全保障。

1 基于复杂围岩环境开展高速公路隧道爆破施工的风险

广西地区位于云贵高原的东南侧，整体以西北高，东南低的走向为主，呈现明显的倾斜状态，当地山体数量多且连绵不断，山系多以弧形为主，受太平洋板块与印度洋板块的持续挤压，地质结构稳定性不足，容易因外在作用力而损害山体的内部应力情况，进而造成严峻的后果。由于该高速公路施工项目需要涉及穿插多座隧道，分散于不同的山区，而广西作为多民族聚集自治区，很多少数民族习惯居住在山区附近，因此，在对其采取爆破施工的过程中，需要注重其对居民安全和日常工作、生活的影响，尽可能控制好因爆破而产生的飞石和振动等问题。另外，经过实地勘察与走访，发现目标施工区域的山体围岩为Ⅴ级，表层集聚大量碎石、风化岩石、残坡积土等，不具有良好的稳定性，因此，在开展施工期间，需要注重加强隧道防护处理，针对部分断层带或碎石带等容易发生坍塌事故的区域进行重点观察，并采取科学支护措施做好充足防护准备。

2 在复杂围岩环境下进行高速公路隧道爆破施工的有效措施

2.1 工程概况

某高速公路隧道全长3876m，采用双向四车道建设标准，预期设计速度为80km/h，其坐落于我国广西壮族自治区的层峦山区中，峰峦叠嶂，坡陡谷深，施工山体内部存在复杂的围岩环境，多以火山岩、沉积岩、变质岩，并夹杂着层状石灰岩等，整体隧道宽度为26m，不同等级的围岩所能提供的物理学参数也会存在明显的区别。为保障高速公路隧道能够在规定时间内，以良好的稳定性和安全性如期完工，需要将不同等级的围岩性质参数进行有效对比，并采取控制变量的实验方式，确保其采取爆破施工期间，不会对复杂围岩山体环境的内在应力造成破坏和威胁。经反复商讨和详细分析，采取科学高效的爆破开采施工，为某高速公路隧道建设施工的顺利完成提供可靠的支持与保障。

2.2 处于复杂围岩环境下高速公路隧道爆破施工的技术要点

2.2.1 地质环境勘测技术

为解决处于复杂围岩环境下的高速公路隧道施工，切实降低隧道施工作业的实际难度，相关施工部门需要合理应用现代新型施工技术，在地质环境勘测技术的作用下，有效推动高速公路隧道爆破施工建设的具体效果。事实上，复杂的围岩环境，会对高速公路的隧道施工进度产生明显的干扰和阻碍，为确保工程总体的安全性与稳定性，传统施工技术已经无法满足基本的需求，容易遗留下严重的风险隐患，比如塌方、变形等事故，不仅造成施工人员的生命安全不能得到可靠保障，同时还会造成施工成本的显著增加，延长实际的交工期限。

因此，对于某高速公路隧道爆破施工项目而言，施工管理人员需要结合当地的实际情况和地理特点等信息，采用先进的精密仪器展开详细勘测，并根据数据记录绘制出对应的地质构造示意图，为后续爆破挖掘工作的有序推进创造有利前提基础。而技术工作人员则需要针对相关数据信息，对隧道爆破施工方案的可行性展开综合评估与分析，并根据目标山体的地质构造示意图，对原始爆破施工方案的细节进行调整和改进，尽可能降低总体的施工成本，为高速公路隧道爆破施工的总体效果提供支持与保障[1]。

2.2.2 断层与破裂带施工技术

面对广西壮族自治区复杂围岩施工环境，为确保高速公路隧道爆破施工能够安全、有序进行，需要额外注重断层或破裂带区域的施工技术。一方面，施工操作人员需要经过系统化培训，充分了解复杂围岩环境对隧道爆破施工的阻碍和负面影响，可以在进行施工之前，对隧道内部施工的地质环境展开科学合理的预测分析，并利用先进的有效施工工艺来提供辅助作用。例如，在处理断层区域的隧道爆破施工期间，工作人员可以用超前注浆导管来提供稳定、高效的支护施工，不仅能够有效增强施工环境的可靠性，同时还能预防和减少安全隐患[2]。另一方面，在高速公路隧道爆破施工时，工作人员可以采用光面爆破的施工技术，不会对周围岩石产生较为明显的振动影响，使施工区域更加安全、可靠，而且还会对后期施工奠定良好的保障基础，促进高速公路隧道爆破施工效率和质量的同步提升。

2.2.3 爆破技术的具体参数

在复杂围岩环境下，要想实现安全爆破施工，需根据施工方案确定爆破技术参数，依托于多次试验获得理想爆破效果，然后方可大规模施工。技术参数确定要点可总结如下：①确定单位炸药消耗量。作为直接影响岩石破碎程度、碎片飞行距离、爆堆形状的技术参数，需要结合多方因素综合确定，以此保证隧道围岩的稳定性。具体包括炸药特性分析、横截面设计、岩石特性考量、装药方案等，其中，要确保炸药硬度、爆炸力、密度和塑性满足施工要求。由于准确计算难度较大，故可引入BIM 技术，通过全面、准确地现场调研反复模拟单位炸药消耗量，分析爆破效果与安全性，最终确定消耗量。②炮眼相关技术参数。在数量方面，根据岩石体积合理确定布置数量，原则是在保证爆破效果的基础上尽可能减少钻孔数量；在深度方面，要综合考量现场环境、围岩类型和开挖方法，一般在1.2～3.5m；在直径方面，根据炸药性能、隧道断面尺寸、钻孔钻速确定炮眼直径，做好临时支护措施；在利用率方面，最佳区间为0.85～0.95，若是断面较大，则调整为0.8～0.9，一般取中间值计算[3]。

2.2.4 隧道变形控制技术

通常，在广西等处于复杂围岩环境的高速公路隧道爆破施工中，由于其施工场所的盐质泥岩含量较高，当其遭遇爆破等较为强烈的施工操作时，容易出现明显的软化情况，导致高速公路隧道施工产生坍塌问题，对施工操作人员的生命安全构成严重的威胁和影响。为避免同类情况的发生，工作人员需要针对隧道变形控制技术进行合理运用，使其全面增强施工区域的盐质泥岩性能，不会出现因爆破而造成坍塌事故的情况，为作业人员营造出更加安全可靠的施工环境。另外，为切实增强高速公路隧道爆破施工环境的结构稳定性，工作人员要采取科学可靠的预防措施，例如以混凝土的喷射施工来提高锚杆支护的稳定性和牢固性，使其具备更加卓越的抗压性能，有效防止坍塌、变形等问题的出现和发生，为高速公路交通网络的建设发展给予可靠支持与助力。

2.2.5 钻孔排水动力支架施工

基于复杂围岩环境下，容易在爆破施工和开挖期间，出现严重水土流失问题，导致施工环境恶劣，不仅影响施工人员的操作，同时还会对高速公路隧道爆破施工的具体要求产生偏差和影响。因此，施工单位需要灵活运用钻孔排水动力支架施工技术，可以在最大程度上，切实提高作业区域的排水效率，为施工进度的有序推进，提供可靠的支持与保障。工作人员需要在施工环境的地质构造示意图及相关数据的基础上，对钻孔的位置进行反复对比，为该技术实际性能的有效展现，提供良好的促进作用。同时，为降低施工难度，工作人员可以结合实际状况，运用不同的支护技术，一方面能够切实保障施工环境的稳定性，另一方面也会对施工效果的高效提升，给予良好的帮助，为高速公路隧道爆破施工的有序进行奠定坚实基础。

2.2.6 超前注浆施工技术

基于复杂围岩的高速公路隧道项目施工条件较为复杂，提高爆破施工质量，可采用超前注浆技术改变地质条件，为后续作业的开展奠定良好基础。技术实施期间，现场施工人员需规范化处理施工过程中产生的污泥，提升地质强度，然后科学确定注浆压力。作为一项关键参数，其科学水平直接关系到浆液扩散范围以及最终的注浆效果，为使注浆压力顺利克服地层阻力、静水压力，可采用式（1）计算单孔注浆量：

式中：Q——单孔注浆量，m3/孔；R——浆液扩散半径，m；L——注浆孔深，m；a——浆液填充系数；n——地层裂隙，%；η——浆液消耗率。

其中，扩散半径一般取值2.5m；浆液填充系数取值范围为0.3～0.9，与施工现场的岩石情况有关，需要适当灵活调整；η 一般取值1.1。

完成注浆量的准确计算后，需要选择合适的注浆方式。若是工程无特殊要求，则一般选择前进式注浆方法，随着每段掘进工作的开展，立即开展某段注浆作业。若是现场单孔出水率在10m3/h 以下时，那么注浆长度可达到5～8m；若出水率在10m3/h 以上、30m3/h以下，则要以3m 为单位划分注浆段；若出水率在10m3/h 以上，要停止钻孔立即注浆。注浆完成后8h 拆除注浆设备[4]。

2.3 复杂围岩环境高速公路隧道爆破施工的控爆减震措施

2.3.1 中空孔直眼掏槽爆破方法

在复杂的围岩环境下，高速公路隧道爆破施工需要做好控爆减震措施，由于对隧道进行爆破时，爆炸所产生的冲击力形成爆炸应力波，冲击会以柱体波的形式向爆炸点外传递，如果不进行有效释放，爆炸冲击波就会对围岩造成冲击，使围岩受到严重的震荡损伤，不利于隧道整体的结构稳定，容易导致危险事故发生。为了有效减小冲击波对围岩层造成的损害，可以采用中空孔直眼掏槽爆破方法进行干预，通过在掌面上预钻一个大直径空心孔，并将掏槽孔布置在大直径空心孔周围，有效地增加了掏槽孔的自由表面积，减少了岩体对炸药的夹持作用，并使炸药的大部分能量在爆轰后通过空心孔耗散，降低了隧道爆破施工炸药进入地层的地震波强度。通过中空孔直眼掏槽爆破方法，可以有效缓解爆炸冲击对围岩层的损伤，从而增强隧道稳定性。

2.3.2 多段微分爆破减震法

复杂围岩环境下高速公路隧道爆破施工控爆减震的另一有效措施是采取多段微分爆破减震法。多段微分爆破减振法将炸药的用药量进行微分处理，通过增加爆炸破裂孔的数量，增加爆破所使用炸药的份数从而减小每份炸药的药量，实现在用爆破当量不变的前提下，减小每个爆破个体的爆炸当量，从而达到保护围岩层的目的。通过多段微分爆破减震法能够确保爆破效果的同时，还能让火药更加均衡地分布在爆破区域内，提高爆破效果，还能到减震的作用。另外通过多段式处理，对爆炸进行延时，通过多段延时起爆，降低爆炸冲击波受到的一次性冲击力，从而减小爆炸对围岩层造成的损伤，着重改善隧道的爆破效果，增强对于围岩层减震的作用，提高隧道爆破安全性。

2.3.3 调整状态及其结构的减震法

在复杂围岩环境的高速公路隧道爆破施工过程中，也可以采取调整炸药状态和炸药结构的方法达到减震目的。在具体施工时，选取炸药时要组织专业技术人员，对爆破地岩体进行详尽调查与分析，根据岩土情况选择适合的炸药，提高炸药爆炸特性与岩土结构的匹配程度，从而提高爆破效率，并且有效降低爆炸对于围岩层的冲击，实现减震。此外，改变还可以通过调整炸药的填充结构，达到减震目，通过结构调整，防止爆破冲击波直接作用于围岩层上，这样既可以有效降低围岩层冲击，又能够提高爆破点位的爆炸冲击，有效提高爆破能力的同时减小有害冲击，提高爆破工作效率，在隧道爆破操作中，对爆破火药采用径向不称盒装药，相较于传统的集中装药，有着显著的围岩层减震效果，还能够进一步提高单位爆破率，在爆破点之间形成距离合适的空气间隔层，可以起到有效的减震作用，这也被称为不耦合系数，在调整状态及其结构的减震法的实际应用中，根据围岩层实际情，计算出对应的不耦合系数，从而确保高速公路隧道爆破施工时围岩层的稳定性和隧道挖掘施工时的安全性[5]。

3 结语

综上所述，高速公路隧道建设施工期间，面对复杂的围岩施工环境和并不均等的空间承载力，使得具体的施工难度明显增加。本文通过以某高速公路的隧道爆破施工为例，结合其存在的风险因素，对全过程施工的技术要点进行深入分析，并搭配对应的控爆减震措施，为高速公路隧道建设施工的总体质量和进度，提供可靠的支持与保障，使其具备良好的稳定性和安全性，为其他隧道爆破施工提供借鉴。