林昌健

（中鐵十九局集團(tuán)第七工程有限公司，廣東珠海 519020）

0 引言

現(xiàn)代鐵路隧道施工要求在不過(guò)多擾動(dòng)隧道圍巖、周邊環(huán)境、地表建筑的基礎(chǔ)上，完成開(kāi)挖作業(yè)?；诖耍刂票萍夹g(shù)憑借著其高效、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)得到廣泛青睞，尤其是光面爆破、預(yù)裂爆破等技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用推廣，目前已形成較為成熟的體系，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)分析對(duì)提升鐵路隧道施工質(zhì)量、保證施工安全等具有重要意義。

1 控制爆破技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)二次世界大戰(zhàn)后，各國(guó)均面臨著繁重的城市重建、改建任務(wù)，自此爆破技術(shù)被廣泛用于各種工程建設(shè)中。但是，傳統(tǒng)的爆破技術(shù)具有炮眼利用率低、超/欠挖情況嚴(yán)重、大塊率高、空氣沖擊波大、飛石粉塵過(guò)多等缺陷。因此，控制爆破成為業(yè)內(nèi)一大研究重點(diǎn)，即在爆破施工時(shí)，通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)、施工、防護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)爆炸能釋放的有效控制，在獲得預(yù)期爆破效果的同時(shí)，將爆破范圍、介質(zhì)破碎程度、堆積形狀、爆破危害等控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

1950年，瑞典在大隧道均質(zhì)堅(jiān)硬巖石爆破試驗(yàn)中，得到了一個(gè)平整的開(kāi)挖面，被稱(chēng)為Smooth Blasting，自此光面爆破技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，標(biāo)志著控制爆破技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的階段。20世紀(jì)60年代，光面爆破在鐵路邊坡開(kāi)挖中得到了推廣應(yīng)用，后又進(jìn)入鐵路隧道施工領(lǐng)域，并形成了一個(gè)較為完善的體系。

2 實(shí)例探析控制爆破在鐵路隧道施工中的應(yīng)用

2.1 工程概況

南角亭2號(hào)隧道緊鄰既有云桂正線(xiàn)南角亭1號(hào)隧道，其中LDKO+147.46～210 m段線(xiàn)間距僅為18.73～24.2 m（凈間距為5.33～15 m）；根據(jù)勘測(cè)地質(zhì)資料顯示，本隧道最大埋深僅42 m，隧道進(jìn)出口段埋深較淺，隧道所處地層及風(fēng)化層較厚，且LDKO+220 m～LDKO+250 m段線(xiàn)路左側(cè)約40 m地表有一處一層框架建筑，百色紀(jì)念公園環(huán)山路于本隧K0+318.5上方通過(guò)，環(huán)山路土基面標(biāo)高為200.197 m，隧道在此處埋深為25.857 m，為確保施工安全及施工過(guò)程中地表建筑物安全，在進(jìn)行爆破掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)采用弱爆破或控制爆破，其中LDK0+155 m～LDK0+300 m段必須采用控制爆破，分別以地表建筑物、南角亭1號(hào)隧道為保護(hù)對(duì)象，允許爆破振動(dòng)速率分別不超過(guò)2.5 cm/s，10 cm/s。

2.2 隧道掘進(jìn)爆破方案

2.2.1 鉆孔機(jī)械及爆破材料的選用

鉆孔設(shè)備選用氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，本工程為山體內(nèi)開(kāi)挖，原則上采用2#巖石硝銨炸藥，若洞內(nèi)巖體含水量較多，則選用乳化防水炸藥。為確保隧道爆破后的開(kāi)挖輪廓，周邊光爆采用小藥卷進(jìn)行，使周邊輪廓保留爆破殘留孔痕跡。

2.2.2 炮眼布置及爆破參數(shù)的選擇

本工程為平巷掘進(jìn)爆破，僅一個(gè)自由面，進(jìn)尺直接限制了炮眼的深度，故采用平行直線(xiàn)掏糟眼、輔助眼、周邊眼的布置形式進(jìn)行爆破施工。

（1）安全用藥量。根據(jù)設(shè)計(jì)圖要求，LDK0+155 m～LDK0+300 m段必須采用控制爆破，分別以地表建筑物、南角亭1號(hào)隧道為保護(hù)對(duì)象，允許爆破振動(dòng)速率分別不超過(guò)2.5 cm/s，10 cm/s。以《爆破安全規(guī)程》為準(zhǔn)，計(jì)算見(jiàn)公式（1）。

式中Q——安全用藥量

V——爆破震動(dòng)速度最大值

R——爆破中心與隧道邊墻、地表建筑物的距離，m

k，α——地質(zhì)條件等多種因素有關(guān)的系數(shù)

南角亭2號(hào)隧道緊鄰既有云桂正線(xiàn)南角亭1號(hào)隧道，其中LDKO+155 m～+185 m段，爆破中心至南角亭1號(hào)隧道邊墻的距離為14～20 m。Ⅴ級(jí)圍巖最大齊爆炸藥量9.47～53.95 kg。

LDKO+220 m～LDKO+250 m段線(xiàn)路左側(cè)約40 m地表有一處一層框架建筑，此處隧道埋深為最大值42 m，爆破中心至建筑物距離為58 m，最大齊爆炸藥量66.83 kg，因此本隧道最大齊爆炸藥量以確保南角亭1號(hào)隧道的安全來(lái)控制。

（2）非電毫秒雷管的選用。本工程選用非電毫秒雷管，實(shí)際起爆間隔＞50 ms，現(xiàn)場(chǎng)注意控制安全用藥量。

（3）初步選擇每循環(huán)進(jìn)尺。南角亭2號(hào)隧道LDK0+155 m～+185 m段，爆破中心與既有南角亭1號(hào)隧道邊墻距離為15～20 m，上、下臺(tái)階每循環(huán)掘進(jìn)0.6 m；LDK0+185 m～+271 m段，爆破中心與既有南角亭1號(hào)隧道邊墻距離為20～25 m，上、下臺(tái)階每循環(huán)掘進(jìn)1.2 m。LDK0+271 m～+410 m段，爆破中心與既有南角亭1號(hào)隧道邊墻相距＞30 m，安全用藥量（Ⅴ級(jí)圍巖）最大允許93.21 kg，按微振爆破炮眼布置，每循環(huán)進(jìn)尺3 m。

（4）微振爆破鉆爆設(shè)計(jì)。Ⅴ級(jí)圍巖上下臺(tái)階法開(kāi)挖。LDK0+155 m～LDK185 m段爆破設(shè)計(jì)。上臺(tái)階光面爆破，楔形掏槽，周邊眼不耦合裝藥。上臺(tái)階斷面為95.03 m2。LDK0+155 m～LDK185 m段與既有南角亭1號(hào)隧道邊墻間距15～20 m，進(jìn)尺按0.6 m設(shè)計(jì)。

炮眼數(shù)量（個(gè)）N=（（kS）（/ηr））×1.1=（(1×95.03)（/0.75×0.78)）×1.1=178.69，實(shí)際為180個(gè)。式中N為炮眼數(shù)量；k是單位炸藥量，取1 kg/m3；S為開(kāi)挖斷面，單位m2。表1為 LDK0+155 m～LDK185 m段上臺(tái)階光爆參數(shù)。按爆破設(shè)計(jì)計(jì)算得到最大振速8.55 cm/s。

表1 LDK0+155 m～LDK185 m段上臺(tái)階光爆參數(shù)

下臺(tái)階光面爆破。進(jìn)尺按照0.6 m設(shè)計(jì)，周邊眼和輔助眼裝藥結(jié)構(gòu)同上臺(tái)階。下臺(tái)階斷面為65.69 m2。

炮眼數(shù)量（個(gè)）設(shè)計(jì)為N=123.5，實(shí)際為125個(gè)。表2為L(zhǎng)DK0+155 m～LDK185 m段下臺(tái)階光爆參數(shù)表。按爆破設(shè)計(jì)計(jì)算得到最大振速8.6 cm/s。

表2 LDK0+155 m～LDK185 m段下臺(tái)階光爆參數(shù)表

LDK0+185 m～LDK241 m段爆破設(shè)計(jì)。該段與既有南角亭1號(hào)隧道邊墻間距20～25 m，斷面尺寸[2]b=6.4 m，光爆參數(shù)、炮眼布置及裝藥結(jié)構(gòu)同LDK0+155 m～LDK185 m段，進(jìn)尺按1.2 m設(shè)計(jì)。

LDK0+241 m～LDK410 m段爆破設(shè)計(jì)。該段與既有南角亭1號(hào)隧道邊墻間距＞30 m，進(jìn)尺按3 m設(shè)計(jì)。此段中，LDK0+241 m～+271 m，LDK0+271 m～+310 m，LDK0+386 m～+410 m 段的光爆參數(shù)、炮眼布置及裝藥結(jié)構(gòu)與LDK0+155 m～LDK185 m段類(lèi)似，而LDK0+310 m～+386 m為單線(xiàn)段。

2.3 爆破施工要點(diǎn)

（1）隧道口山體表面清理與支護(hù)。爆破前，首先對(duì)開(kāi)挖隧道口山體表皮進(jìn)行清理，包括洞口的危石、松石、浮土等，在清理時(shí)，隧道口兩側(cè)山體要保證1∶1.25的坡度，洞口邊仰坡按支護(hù)設(shè)計(jì)采用錨噴支護(hù)方法加固洞口邊坡的穩(wěn)定，并及時(shí)施作洞門(mén)及擋墻，保證人員出入安全。

（2）測(cè)量、放樣。隧道開(kāi)挖前應(yīng)先進(jìn)行測(cè)量定位，本工程選用全站儀開(kāi)展測(cè)量控制，在掌子面標(biāo)明開(kāi)挖輪廓、炮孔。

（3）鉆孔。本工程選用直線(xiàn)掏槽，掏槽孔對(duì)孔誤差不超過(guò)3cm；周邊孔外插角 1°～2°，對(duì)孔誤差（環(huán)向）≤2 cm，其他≤5 cm。完成鉆孔工作后，做好檢查工作。

（4）試驗(yàn)確定爆破參數(shù)。經(jīng)過(guò)多次爆破試驗(yàn)，做好每次爆破記錄，將所得出的最佳進(jìn)尺和合理單耗，作為爆破的最終參數(shù)。在試驗(yàn)爆破前檢測(cè)爆破器材質(zhì)量，不合格產(chǎn)品禁止使用。

（5）裝藥、堵塞。檢查、試驗(yàn)爆破器材、起爆網(wǎng)路；裝藥前，根據(jù)實(shí)際調(diào)整裝藥量，并在圖紙上標(biāo)明相關(guān)參數(shù)；按《爆破安全規(guī)程》、設(shè)計(jì)裝藥，確保雷管段號(hào)準(zhǔn)確；按爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行炮孔堵塞，確保長(zhǎng)度、質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

（6）起爆系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)。本工程為非電微差爆破網(wǎng)路，起爆器起爆；爆破網(wǎng)路聯(lián)網(wǎng)作業(yè)，由專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員操作；聯(lián)網(wǎng)完畢后，做好全面檢查，確保無(wú)誤。

（7）爆破后檢查及處理。是否有危巖或洞口邊坡塌坍現(xiàn)象，是否有有害氣體或天然氣泄漏，是否有盲炮如在施工過(guò)程中檢查人員發(fā)現(xiàn)盲炮等不安全隱患，應(yīng)及時(shí)上報(bào)處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前我國(guó)鐵路隧道建設(shè)數(shù)量持續(xù)增加，不少工程均要使用控制爆破技術(shù)，有的是用以防護(hù)隧道附近或是地表的既有建筑，有的是用以?xún)尚￠g距隧道同時(shí)施工作業(yè)等。在工程實(shí)踐中，必須嚴(yán)格根據(jù)施工項(xiàng)目實(shí)際情況，合理確定開(kāi)挖方案、炸藥量，配置優(yōu)良爆破器材，嚴(yán)格按照規(guī)范開(kāi)展爆破施工，并做好全程監(jiān)控，確保爆破作業(yè)的順利實(shí)施，為隧道建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。