羅世云，韓孟微

近年來，全國(guó)各地都在紛紛興建高等級(jí)公路，其中包括許多山區(qū)高等級(jí)公路，如四川成渝高速公路、山西太舊高速公路北京八達(dá)嶺高速公路、貴州貴新高等級(jí)公路等。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，山區(qū)高等級(jí)公路工程在近期將激增。山區(qū)高等級(jí)公路多位于山嶺重丘區(qū)，受地形、地質(zhì)條件限制較大，為了獲得較高的道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，必須增設(shè)大量橋梁，隧道、深挖高填路基等工程，這樣石方工程量大大增加，目前石方工程主要依賴爆破方法開挖，但石方開挖工程受地形、地質(zhì)條件、爆破技術(shù)力量制約，難以進(jìn)行全面優(yōu)質(zhì)、快速施工，因而成為制約工期和質(zhì)量的重要因素。因此如何利用現(xiàn)代控制爆破技術(shù)進(jìn)行山區(qū)高等級(jí)公路各類石方工程的快速、優(yōu)質(zhì)安全開挖是我國(guó)公路工程施工技術(shù)中亟待解決的問題。隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，為了節(jié)約土地資源，許多地區(qū)的公路越來越密集，新建公路隧道時(shí)，往往有立交橋、地下通道，與現(xiàn)有道路平行或相鄰條件。 隧道施工一般采用爆破開挖，而爆破過程會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、飛石、沖擊波等有害效應(yīng)，無疑對(duì)現(xiàn)有公路的隧道運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)成極大威脅。 因此，在施工過程中采取有效措施，確保現(xiàn)有公路的安全尤為重要。本文針對(duì)某公路隧道工程爆破參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并提出了爆破有害效應(yīng)的防護(hù)措施。

1 工程概況

某跨海公路通道工程全線路采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，主線路線全長(zhǎng)5.6945km。起點(diǎn)YK7+285.5在山腰附近，路線往西方向前進(jìn)，沿線主要構(gòu)筑物有大溪邊大橋、隧道。橋梁全長(zhǎng)1825m/9座，占路線長(zhǎng)度的32%，其中大橋1620m/5座，中橋205m/4座，涵洞16道；隧道全長(zhǎng)1118.5m/1座（按左右線平均長(zhǎng)度計(jì)），占路線長(zhǎng)度的19.6%。本路段的橋隧合計(jì)長(zhǎng)度所占路線長(zhǎng)度的比例為51.6%?；ネㄊ搅Ⅲw交叉1處，通道2道。隧道施工由大里程向小里程方向單頭掘進(jìn)。

2 爆破方案確定

根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況，以及所處的地理位置和周邊環(huán)境，結(jié)合具體情況考慮，該隧道采取由大里程向小里程方向單頭掘進(jìn)，Ⅴ級(jí)圍巖段按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及上下臺(tái)階預(yù)留核心土法組織施工，采用人工鉆爆法風(fēng)鉆鉆孔，光面控制爆破技術(shù)，分多個(gè)斷面立體交叉施工；同時(shí)邊開挖邊支護(hù)，確保安全無事故。對(duì)于地質(zhì)條件較差的地段或區(qū)域以機(jī)械施工為主，局部用風(fēng)鎬破除，難度較大的，小范圍采用控制松動(dòng)爆破法施工。根據(jù)圍巖類別及開挖部位不同，采用不同的炸藥單耗，對(duì)于軟巖采取松動(dòng)爆破技術(shù)，爆破施工中根據(jù)實(shí)施爆破效果進(jìn)行調(diào)整。特別是在隧道施工過程中，須根據(jù)掘進(jìn)過程中巖石的類型、走向、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水、施工進(jìn)度等各種因素來制定具體的施工方案。

施工中應(yīng)遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的施工原則，嚴(yán)格控制進(jìn)尺，減少大藥量爆破施工對(duì)圍巖的強(qiáng)擾動(dòng)，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全，并及時(shí)對(duì)開挖后的巖面進(jìn)行支護(hù)、襯砌，充分保護(hù)和利用圍巖的自穩(wěn)能力。

3 隧道爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

降低爆破地震、噪聲、沖擊波和飛石等有害效應(yīng)，減少對(duì)非開挖區(qū)（圍巖）的介質(zhì)擾動(dòng)；在滿足爆破效果的前提下，盡可能降低炸藥單耗，提高單位循環(huán)進(jìn)尺，以獲取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 隧道V級(jí)圍巖爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

炮孔直徑：由所使用鉆機(jī)的鉆頭直徑?jīng)Q定d=42mm；

炮孔深度：炮孔深度受開挖面大小的影響，炮孔過深，周邊巖石的夾制作用較大，故炮孔深度不宜過大，在保證圍巖穩(wěn)定前提下盡可能加大循環(huán)進(jìn)尺。根據(jù)循環(huán)進(jìn)尺的設(shè)計(jì)要求，炮孔深度如下：

循環(huán)進(jìn)尺為0.7m時(shí)，炮孔深度為0.8m；

三臺(tái)階開挖施工爆破設(shè)計(jì)及炮孔孔網(wǎng)參數(shù)（圖1）

第一步：上臺(tái)階施工

由于上臺(tái)階需要保留核心土，第一步開挖的斷面形狀比較復(fù)雜，且沒有自由面，在斷面底部采用三對(duì)炮孔進(jìn)行楔形掏槽。掘進(jìn)孔參數(shù)孔距在70～80cm 左右，排距在70cm左右（具體參見圖1）。底孔對(duì)爆破的要求不高，采用普通爆破技術(shù)。周邊孔要求較高，采用光面爆破技術(shù)。

圖1 三臺(tái)階炮孔布置及起爆順序示意圖

孔網(wǎng)參數(shù)：

掏槽孔：孔距100cm；排距45cm,布置6個(gè)炮孔。

掘進(jìn)孔：孔距在70～80cm，排距在70cm左右,布置26個(gè)炮孔。

底孔：孔距在72～80cm，布置20個(gè)炮孔。

周邊孔：孔距40cm，布置46個(gè)炮孔。

第二步：核心土開挖

由于核心土上方和側(cè)面的圍巖已經(jīng)開挖，形成了很好的自由面

。采用抬炮進(jìn)行爆破施工，可以適當(dāng)增加炮孔間距和排距。

孔網(wǎng)參數(shù)：

第一排排距108cm，孔距113cm，布置5個(gè)炮孔；

第二排排距90cm，孔距102cm，布置7個(gè)炮孔；

第三步：中臺(tái)階左開挖

中臺(tái)階上方的上臺(tái)階已經(jīng)開挖，形成了兩個(gè)自由面，與核心土部分開挖比較，圍巖的夾制力增加，同時(shí)為減少爆破對(duì)開挖輪廓的破壞，提高圍巖的穩(wěn)固性，周邊孔采用光爆技術(shù)。

孔網(wǎng)參數(shù)：

第一排排距80cm，孔距81cm，布置10個(gè)炮孔；

第二排排距80cm，孔距77cm，布置11個(gè)炮孔；

第三排排距70cm，孔距78cm，布置11個(gè)炮孔；

第四排排距70cm，孔距79cm，布置11個(gè)炮孔；

周邊孔孔距 40cm，布置8個(gè)炮孔。

第四步：中臺(tái)階右開挖

由于中臺(tái)階左部分已經(jīng)開挖，中臺(tái)階的右部分爆破條件比左邊得到改善，可以充分利用這一條件，適當(dāng)加大孔距。周邊孔采用光爆技術(shù)保證周邊輪廓的光滑平整。

孔網(wǎng)參數(shù)：

第一排排距80cm，孔距90cm，布置8個(gè)炮孔；

第二排排距80cm，孔距94cm，布置8個(gè)炮孔；

第三排排距70cm，孔距86cm，布置9個(gè)炮孔；

第四排排距70cm，孔距86cm，布置9個(gè)炮孔；

周邊孔孔距 40cm，布置8個(gè)炮孔。

第五步：下臺(tái)階左開挖

下臺(tái)階左部分開挖同中臺(tái)階左部分開挖技術(shù)雷同，技術(shù)要求一致。

孔網(wǎng)參數(shù)：

第一排排距90cm，孔距78cm，布置11個(gè)炮孔；

第二排排距90cm，孔距77cm，布置11個(gè)炮孔；

第三排排距121cm，孔距74cm，布置11個(gè)炮孔；

周邊孔孔距 42cm，布置7個(gè)炮孔。

第六步：下臺(tái)階右開挖

下臺(tái)階右部分開挖同中臺(tái)階右部分開挖技術(shù)雷同，技術(shù)要求一致。

孔網(wǎng)參數(shù)：

第一排排距106cm，孔距86cm，布置9個(gè)炮孔；

第二排排距100cm，孔距84cm，布置9個(gè)炮孔；

第三排排距110cm，孔距8cm，布置8個(gè)炮孔；

周邊孔孔距 41cm，布置8個(gè)炮孔。

第七步：仰拱開挖

考慮施工和鉆孔方便，仰拱采用向下鉆垂直孔的方法進(jìn)行爆破開挖。炮孔的孔深根據(jù)仰拱的輪廓進(jìn)行調(diào)整（具體參見圖1）。進(jìn)尺為0.7m時(shí)布置一排孔，進(jìn)尺為1.4m時(shí)布置兩排孔。為提高爆破效果，起爆順序采用楔形起爆（參見圖1）。

孔網(wǎng)參數(shù)：

孔距：100cm。

排距：布置兩排時(shí)，排距100cm左右。

炮孔布置參數(shù)及起爆順序參見圖1。

炸藥單耗q

炮孔深度為0.8m時(shí)取q為0.85Kg/m3。

炮孔深度為1.6m時(shí)取q為0.8Kg/m3。

3.3 孔網(wǎng)參數(shù)和裝藥量

（1）設(shè)炮孔孔深為0.8m，炮孔利用率為0.86

理論總裝藥量為：

其中：q為單位炸藥消耗量，本設(shè)計(jì)取0.85kg/m3；S為開挖斷面面積，S為160m2；L為炮孔深度；η為炮孔利用率。

理論炮孔數(shù)目N為：

其中Q0=αLG/h=0.5×0.8×0.2/0.2=0.4kg（α-炮孔平均裝藥系數(shù)，取0.5；h-每個(gè)藥包長(zhǎng)度為0.2m，G-每個(gè)藥包重量為0.2kg）。

實(shí)際施工過程中考慮操作和管理方便，掘進(jìn)孔和周邊孔裝都裝2條藥，掏槽孔多裝1條藥。不同之處是周邊孔采用隔孔裝藥，兩個(gè)裝藥孔之間的那個(gè)炮孔起定向作用。

實(shí)際炮孔數(shù)296個(gè)，裝藥炮孔個(gè)數(shù)為258個(gè)（周邊孔隔孔裝藥）104.4kg。

（2）循環(huán)進(jìn)尺為1.4m時(shí)

設(shè)炮眼眼深為1.55m，炮眼利用率為0.9。

理論總裝藥量為：

其中：S約為160m2。

理論炮眼數(shù)目N為：

實(shí)際施工過程中考慮操作和管理方便，掘進(jìn)眼和周邊眼裝都裝2條藥，掏槽眼多裝1條藥，不同之處是周邊眼采用隔眼裝藥，兩個(gè)裝藥眼之間的炮眼起定向作用。

實(shí)際炮眼數(shù)296個(gè)，裝藥炮眼個(gè)數(shù)為258個(gè)（周邊眼隔孔裝藥），與理論計(jì)算值比較炮眼數(shù)略多于理論值，裝藥量吻合較好。

4 裝藥填塞和起爆網(wǎng)路及其注意事項(xiàng)

4.1 裝藥填塞

4.1.1 裝藥

合理分配炮孔底部裝藥。爆破對(duì)于底部巖石的充分破碎應(yīng)是整個(gè)爆破的重點(diǎn)，一旦殘留根底，勢(shì)必給清運(yùn)工作帶來很大的麻煩。只有底部巖石得到充分的破碎。則上部巖石即使沒有完全破裂，也會(huì)隨著底巖的松散而塌落或相互錯(cuò)位產(chǎn)生裂縫，清運(yùn)十分便利。合理分配底部炮孔孔底部藥量，即在所計(jì)算的單孔藥量不變的前提下，底部藥量比常規(guī)情況應(yīng)有所增加，據(jù)實(shí)爆經(jīng)驗(yàn)，底部藥量以占單孔藥量的60%～80%為宜，當(dāng)數(shù)孔同時(shí)起爆時(shí)，靠近側(cè)向臨空面的炮孔系數(shù)取小值，反正取大值。

4.1.2 填塞

確保填塞長(zhǎng)度。填塞長(zhǎng)度常為藥孔深度的1/3，而對(duì)于夾制性較大巖石的爆破需要加大單孔藥量或需要嚴(yán)格控制爆破飛石時(shí)，則填塞長(zhǎng)度取炮孔深度的2/5較為穩(wěn)妥，這樣既能防止飛石減少?zèng)_炮的發(fā)生。

4.2 起爆網(wǎng)路

隧道爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)，采用導(dǎo)爆管毫秒雷管孔內(nèi)延期起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)按掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底孔的起爆順序，再按周邊被保護(hù)物的允許振速和與爆點(diǎn)的實(shí)際距離計(jì)算出的最大允許単響藥量嚴(yán)格進(jìn)行分段后，再將各段別的延時(shí)導(dǎo)爆管雷管裝入孔內(nèi)，采用“一把抓”連接方式，即連接時(shí)將露出孔外的導(dǎo)爆管綁扎在起爆雷管上，達(dá)到從低段位到高段位逐段起爆的目的。先掏槽再擴(kuò)槽，輔助孔次于擴(kuò)槽孔起爆，周邊孔次于輔助孔起爆，底孔最后起爆。

4.3 施工注意事項(xiàng)

（1）適當(dāng)降低循環(huán)進(jìn)尺和炮孔深度

為最大化減小爆破震動(dòng)的影響，需要減少爆破總藥量，所以需降低循環(huán)進(jìn)尺和炮孔的深度。鉆孔時(shí)炮孔傾斜角范圍一般在4°以內(nèi)。

（2）加強(qiáng)對(duì)中隔墻的防護(hù)

在對(duì)左、右線主洞進(jìn)行施工時(shí)，需要對(duì)中隔墻進(jìn)行全方位、全封閉的保護(hù)，將鋼管架和竹板全面封閉起來，降低爆破沖擊波和飛石損害。

（3）鉆爆作業(yè)要求

鉆爆作業(yè)必須按照鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆眼、裝藥、接線和引爆；鉆眼前應(yīng)定出挖面中線、水平、斷面輪廓，標(biāo)出炮眼位置，經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)要求后方可鉆眼。炮眼的深度、角度、間距應(yīng)按設(shè)計(jì)要求確定，并符合下列精度要求：掏槽眼：眼口間距誤差不得大于5cm;輔助眼：眼口排距、行距誤差均不得大于5cm；周邊眼：沿隧洞斷面輪廓線上的間距誤差不得大于5cm，炮眼方向可以3%～5%的斜率外插，眼底不得超出開挖斷面輪廓線10㎝，最大不得超過15㎝。

爆破均采用不耦合裝藥。炮孔應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙鉆鑿在一個(gè)布孔面上，鉆孔偏斜誤差不超過1。；裝藥前應(yīng)對(duì)作業(yè)場(chǎng)地、爆破器材堆放場(chǎng)地進(jìn)行清理，裝藥人員應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備裝藥的全部炮孔進(jìn)行檢查；裝藥前應(yīng)將炮眼內(nèi)泥漿、石屑吹洗干凈，已裝藥的炮眼應(yīng)及時(shí)用炮泥填塞，周邊眼的填塞不宜小于30cm;地下水較多的地方，應(yīng)采用具有防水性能的爆破材料，敷設(shè)爆破網(wǎng)絡(luò)時(shí)接頭不得浸在水中；進(jìn)行爆破時(shí)，所有人員應(yīng)撤離至安全地點(diǎn)，爆破后必須待有害氣體排出后方可至開挖面工作，并用水噴灑爆堆；應(yīng)加強(qiáng)洞內(nèi)車輛調(diào)度，統(tǒng)一管理，安排好每個(gè)工序的施工作業(yè)時(shí)間，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，非操作人員應(yīng)退至安全地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)情況異常應(yīng)立即停機(jī)撤離；鉆眼、出渣、爆破等施工人員進(jìn)入隧道后對(duì)拱部進(jìn)行檢查，確認(rèn)無浮石，無冒頂危險(xiǎn)時(shí)方可開始作業(yè)；通往爆破區(qū)的路口應(yīng)設(shè)置安全警戒標(biāo)志。

（4）嚴(yán)格控制單響藥量和段間延期時(shí)差

通過減少爆破單發(fā)裝藥，可以有效控制爆破振動(dòng)速度，最大限度地減少爆破擾動(dòng)和對(duì)圍巖破壞。為此，雷管的不同段別也用于相同的分層炮孔中，以減少單發(fā)裝藥。 相鄰段之間的延時(shí)時(shí)間的選擇非常重要。 使用非電毫秒雷管的相鄰段的延遲時(shí)間應(yīng)超過50 ms，可以使用連續(xù)段來滿足要求。 通過合理設(shè)置雷管段，可以避免爆破震動(dòng)波疊加，減少單次裝藥，達(dá)到降低爆破振動(dòng)影響的目的。

（5）光爆孔全部采用導(dǎo)爆索裝藥

為了順利爆破，周邊孔必須同時(shí)起爆。所以導(dǎo)爆索應(yīng)該鋪設(shè)在所有周邊孔里，以增加爆炸的威力。 各孔導(dǎo)爆索接出孔外后，先由主導(dǎo)爆索連接，再接分段導(dǎo)爆索延時(shí)雷管。

（6）有序裝藥，適當(dāng)堵塞

在裝藥前應(yīng)檢查炮孔質(zhì)量并用高壓風(fēng)吹干。 裝藥時(shí)，將雷管段別預(yù)先分開，按設(shè)計(jì)順序裝藥，固定放置并分組，保證裝藥作業(yè)有序，防止雷管段別混亂，影響爆破效果。 裝藥后，用炮泥堵塞20cm。 裝藥和堵塞質(zhì)量高可以增強(qiáng)爆破效果，減少爆破振動(dòng)。

（7）爆破飛石控制

爆破抵抗線朝向空地方向，避免飛石飛向有人群或建筑的地方。選擇合理單耗裝藥量是控制飛石的關(guān)鍵，單孔裝藥量過大，必然造成大量飛石過遠(yuǎn)等現(xiàn)象，必須選擇合理的單耗。處理好有水孔，加強(qiáng)堵塞，保證良好的堵塞質(zhì)量。堵塞長(zhǎng)度不夠或堵塞質(zhì)量不好，特別是有水炮孔，勢(shì)必造成沖炮，出現(xiàn)大量飛石。為了防止個(gè)別飛石濺出造成傷害，針對(duì)隧道口正面部位進(jìn)行搭建雙層排架，對(duì)隧洞口進(jìn)行遮擋式覆蓋。洞口施工用變壓器，在爆破時(shí)采取臨時(shí)斷電或近體覆蓋措施。

5 結(jié)論

（1）隧道的爆破開挖是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，特別是不同級(jí)別圍巖的情況下，需要根據(jù)不同的圍巖特點(diǎn)采取合適的施工方法，并結(jié)合施工加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，不斷優(yōu)化控制爆破參數(shù)。

（2）光面爆破設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取周邊孔少裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合裝藥。能夠降低圍巖損傷和減小爆破震動(dòng)的效果，對(duì)周邊輪廓成型、減少超欠挖、減少成本具有很大意義。

（3）不同循環(huán)進(jìn)尺的爆破方案不盡相同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況采取不同的爆破方案。

（4） 通過保證各炮孔的裝藥和堵塞質(zhì)量，特別是周邊孔的布置，同時(shí)控制各炮孔間的起爆時(shí)間，采用合理的延時(shí)，能夠得到比較理想的爆破效果。