何歐

摘 要：當(dāng)前，在我國高速公路隧道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度的不斷加快下，已經(jīng)廣泛應(yīng)用了爆破法。隨著超長距離、大斷面以及大埋深高速公路隧道開挖工程在高海拔及高寒等惡劣環(huán)境下的深入落實，逐漸增加了工程的施工難度。特別是在爆破施工過程中，不符合實際或掏槽方式，起爆方法、設(shè)計的爆破參數(shù)、裝藥設(shè)置等，都會增加隧道施工風(fēng)險，甚至?xí)l(fā)難以預(yù)知的重大傷亡事故。為了解決這些問題，以某高速公路隧道工程為例，重點研究預(yù)留光爆層水壓爆破技術(shù)在該項工程中的應(yīng)用效果。首先闡述了光面爆破技術(shù)的原理及特點，其次在明確總體施工工藝的基礎(chǔ)上，嚴格按照炮眼布置及鉆孔要求、炮預(yù)留光爆層厚度的計算、起爆順序、裝藥結(jié)構(gòu)等施工方法，詳細介紹了光面爆破技術(shù)在高速公路隧道工程中的應(yīng)用流程，最后針對應(yīng)用成果進行了探討，已充分證實在工程中應(yīng)用這種施工方法，每茬炮平均進尺可達到3.87m，周邊輪廓圓順，炮眼殘留率達到85%，線性超挖能控制在12 cm以內(nèi)，而且洞內(nèi)爆破后空氣中可吸入物顆粒（PM10）及總懸浮粒物（TSP）含量均有明顯下降，縮短了通風(fēng)排煙時間，加快了施工進度。由此可見，所提出的施工方法，在高速公路隧道工程中應(yīng)用后取得的效果較為顯著，具有較大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道施工;光面爆破技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號：U459 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0013-03

0 引言

根據(jù)新奧法施工的理論要求，隧道開挖應(yīng)采用光面爆破施工工藝。光面爆破主要是在爆破面上的指定位置實施開挖，于掌子面的中心位置開展巖體爆破，并在設(shè)計各段輪廓線上，由內(nèi)而外進行分段微差起爆，但是在隧道光面爆破過程中，應(yīng)該注意需要同時起爆掌子面左右兩部分，這樣光爆效果才能得到保證，以此全部去除設(shè)計方案中開挖面積內(nèi)的巖體，最終形成一個平整的開挖輪廓。而預(yù)留光爆層是為了更好的達到光爆效果而采用的一種爆破方法，它基于爆炸氣體的膨脹作用，水會產(chǎn)生“水楔”效應(yīng)，既能降低裝藥量，還可以破碎巖石。同時，水袋爆破后能進一步降低粉塵對環(huán)境的污染，起到霧化降塵的作用[1]。

1 光面爆破技術(shù)原理

針對光面爆破的理論研究，它的原理從外在而言，指有目的、分段設(shè)置隧道開挖截面上許多相互對稱平行且間隔較小的炮眼，運用低爆速的工程炸藥在科學(xué)控制裝藥結(jié)構(gòu)、炮眼角度及深度的前提下開展分段微差起爆，這樣同一段內(nèi)的所有炮眼必將形成貫穿巖體的裂縫，從而有順序的脫落。這種破壞形式從斷裂力學(xué)的觀點而言，屬于在爆炸發(fā)生過程中，巖石受拉力影響導(dǎo)致自身承載能力不足造成的破壞，在日常生活中這種現(xiàn)象也經(jīng)常能遇見，與我們在撕開兩張郵票時，它們之間小孔處斷開的現(xiàn)象較為相似，皆是因為突然應(yīng)力集中造成的拉應(yīng)力現(xiàn)象而導(dǎo)致的斷裂。縱觀當(dāng)前工程實際情況而言，可從以下幾點體現(xiàn)爆破控制管理[2]：

1.1 爆破振動

它的控制管理針對地鐵開挖爆破或地下工程來說，一般包括對已建地下工程和周圍構(gòu)筑物的影響分析、地表沉降控制以及基本的爆破效果控制。爆破效果的控制涵蓋了超欠挖工程量與巖體的爆出程度，這對整個工程進度與施工成本有直接影響;在城市地下工程開展過程中，已有地下空間較多且地下管道與周圍構(gòu)筑物密集，極需對地表沉降予以有效控制，例如，我國上海某工程施工過程中，因為沒有全面了解周圍地質(zhì)環(huán)境，造成周圍居民樓和公路地表在施工過程中出現(xiàn)傾斜和下沉，引發(fā)了非常嚴重的安全隱患;當(dāng)前對已建工程和工程周圍構(gòu)筑物的影響分析，主要表現(xiàn)在爆破振動引發(fā)的影響程度，作為一種爆破施工難以預(yù)防的負影響，爆破振動在城市建設(shè)中的導(dǎo)致的負效應(yīng)較大，需要制定相關(guān)的動態(tài)反饋措施，并進行實時監(jiān)控，不然極易造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動及周圍建筑開裂的現(xiàn)象。故而，需要嚴格控制爆破振動對周圍的影響程度。

1.2 循環(huán)爆破

在建設(shè)高速公路隧道過程中，雖然說它沒有城市地下的密集管道與構(gòu)筑物，但是因為地形條件的復(fù)雜性，控制管理難度依然不容忽視。近年來，我國出臺了相關(guān)標準，逐漸規(guī)范了爆破施工，但針對高速公路建設(shè)方面，管理與監(jiān)督手段仍然不足，除了上述需要控制爆破振動對周圍的影響程度外，還需要重視對每次循環(huán)爆破效果的管控。爆破效果的好壞對高速公路來說與城市工程有一樣的要求，都需要對爆破面的規(guī)則與超挖欠挖進行嚴格控制;在控制振動大小過程中，因為每次循環(huán)開挖的單次裝藥量較多，進尺也比城市工程大，怎樣才能在保證施工安全的前提下，推動施工的快速開展將于下面予以更深入的探討及分析。

2 光面爆破技術(shù)特點分析

在我國現(xiàn)階段高速公路隧道施工中，光面爆破這種控制爆破開挖方式較為常用，其能有效控制開挖后圍巖的爆破輪廓線較為規(guī)則、平整，不僅減少了對周圍巖體帶來的破壞，還能控制開挖爆破中的超挖欠挖，為圍巖自身穩(wěn)定性提供了充足保障。縱觀當(dāng)前施工情況和理論研究得知，其具有特點在隧道掘進施工中可表現(xiàn)為以下幾個方面[3]：

設(shè)計爆破參數(shù)，對單次爆破量和超欠挖進行嚴格控制，特別是在較差的地質(zhì)條件下，不穩(wěn)定巖石效果相對較為明顯。

光面爆破技術(shù)與其他爆破方法相比，針對于周圍地層的爆破振動影響，在開挖過程中較小;能對開挖爆破時過大振動導(dǎo)致的對地面構(gòu)筑物的影響和塌方現(xiàn)象予以有效避免，在增強作業(yè)安全性的同時，還能提升施工效率，其效果在巖質(zhì)較差或圍巖等級不高的條件下更為顯著。FE2EA4C7-3244-48AE-9847-AEA3170429DE

通過合理鉆孔和布孔方法及對巖性的分析，在光面爆破開挖中，運用炸藥能量，能對施工成本予以最大程度降低。

3 光面爆破技術(shù)的施工工藝及方法

3.1 工程基本情況

作為國家“一帶一路”戰(zhàn)略部署“絲綢之路大通道”的重要組成部分，本工程中的高速公路隧道是某地區(qū)建設(shè)項目的控制性工程，左線長11.764 km，右線11.775 km，共設(shè)置兩處斜井，輔助施工兼運營通風(fēng)。整個隧道地形地質(zhì)、水文氣象條件復(fù)雜，最大埋深1 225 m，隧道建設(shè)具有超長距離獨頭掘進、涌水量大、地應(yīng)力高、施工風(fēng)險高、氣溫極寒等顯著特點，是目前國內(nèi)設(shè)計施工難度最大、風(fēng)險最高的高速公路隧道之一[4]。

隧址區(qū)以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主，地層巖性上覆第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、卵石、碎石、塊石、漂石;下伏基巖以石炭系凝灰?guī)r、熔結(jié)泥灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖和泥盆系中統(tǒng)大南湖組凝灰質(zhì)砂巖、花崗巖、輝綠巖為主。隧道進口段獨頭掘進長度3.9 km，出口段3.6 km，通過斜井輔助施工的中間區(qū)段更是長達4.2 km以上，超長距離通風(fēng)在一定程度上增強了隧道施工的難度。

開挖爆破是整個施工過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其效果好壞決定了隧道的施工質(zhì)量、進度和效益，乃至決定著整個項目何時通車運營。因此在隧道施工中，爆破開挖采用兩臺阿特拉斯BOOMERXL3D型三臂巖機鉆孔，根據(jù)隧道圍巖條件，采用預(yù)留光爆層水壓爆破技術(shù)，嚴格控制超欠挖，減少對圍巖擾動，降低爆破開挖的粉塵濃度，改善洞內(nèi)施工環(huán)境等一系列措施的應(yīng)用，是項目管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 總體施工工藝

本隧道Ⅲ級圍巖采用全斷面法施工，在掌子面圍巖完整性較好、自承能力較強地段，為了給周邊眼的爆破創(chuàng)造更多的臨空面，在開挖過程中采用了預(yù)留光爆層分次光面爆破法。即第一循環(huán)爆破時周邊眼不爆破，只起爆掏槽眼、輔助眼和底眼;第二循環(huán)爆破時上循環(huán)的周邊眼和本循環(huán)掏槽眼同時起爆。這樣使周邊眼爆破時沿隧道縱向增加了一個臨空面，更好的提高光爆效果。

在爆破過程中采用水壓爆破技術(shù)，施工現(xiàn)場配備了水袋機和炮泥機，按工藝要求加工水袋和堵塞炮泥。裝藥時在孔底和孔口放置1～2個水袋，炮泥封口，以降低粉塵濃度，改善洞內(nèi)環(huán)境[5]。

3.3 施工方法

3.3.1 炮眼布置及鉆孔要求

隧道Ⅲ級圍巖斷面開挖面積86.65 m2，布置炮眼184個。鉆孔前，測量人員在掌子面精確放樣各炮眼位置并做好標記，鉆孔時按放樣位置施鉆。鉆眼應(yīng)符合下列要求：

第一，掏槽眼。嚴格遵循設(shè)計深度和角度標準開展作業(yè)，在5 cm內(nèi)控制眼口排距與行距偏差。

第二，輔助眼。嚴格遵循設(shè)計深度和角度標準開展作業(yè)，在5 cm內(nèi)控制眼口排距與行距偏差。

第三，周邊眼。在設(shè)計斷面輪廓線上，針對開眼位置可以調(diào)整輪廓線，并在5 cm內(nèi)控制偏差;炮眼眼底與開挖斷面輪廓線相比不能超出15 cm，盡量控制在10 cm內(nèi)，外斜率要控制在50 mm/m。

第四，應(yīng)在5 cm范圍內(nèi)控制內(nèi)圈炮眼至周邊眼的排距偏差。

第五，按炮眼布置圖，在完成鉆眼后開展檢查并詳細記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，遇到不滿足規(guī)定的炮眼時應(yīng)重鉆，待檢查完全符合后即可裝藥實施起爆。

第六，裝藥前需要使用吹洗干凈炮眼內(nèi)的石粉與泥漿。所有裝藥的炮眼均應(yīng)堵塞炮泥，確保堵塞質(zhì)量完好。

3.3.2 預(yù)留光爆層厚度的計算

在光面爆破中，光爆層的厚度即為最小抵抗線。利用馬芹永學(xué)者給出的公式，將圖1數(shù)據(jù)代入公式W=Q/C×a×Lb，其中Q為單孔裝藥量，取1.35kg;C為爆破系數(shù)，相當(dāng)于炸藥單耗值，取1.2 kg/m3;a為孔距，取0.45 m;Lb為炮孔深度，取4.3 m。

計算得w=1.35/0.45×4.3=0.5

在本公式中，W應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)及地質(zhì)條件加以調(diào)整，經(jīng)多次試驗，實際取值0.65 m。

3.3.3 起爆順序

第一循環(huán)只起爆掏槽眼、輔助眼和底板眼，預(yù)留周邊65 cm的光爆層。使用毫秒雷管微差起爆，起爆順序及連線如圖1。

第二循環(huán)周邊眼和掏槽眼連均用1段雷管，使用預(yù)留的光爆層和本循環(huán)掏槽眼同時起爆，起爆順序及連線如圖2。

3.3.4 裝藥結(jié)構(gòu)

利用三臂臺車鉆孔速度快，孔深長的優(yōu)勢，采用二級楔形掏槽方式，炮眼長度350～500 cm。裝藥結(jié)構(gòu)周邊眼間隔裝藥，間隔裝藥時將藥卷綁在竹片上（如圖3），其他炮眼連續(xù)裝藥。炮眼孔徑45 mm，藥卷為Φ35×200 mm乳化炸藥、炮泥直徑35 mm，水袋用聚乙烯塑料制作，厚0.8 mm、長200 mm、直徑35 mm（如圖4）。

在裝藥過程中應(yīng)注意以下：第一，施工時經(jīng)常發(fā)生輔助眼炮孔內(nèi)裝藥質(zhì)量及連線均完好，但炮孔殘藥較多。經(jīng)多次試驗在掏槽眼起爆藥包前的一級掏槽30 cm、二級掏槽60 cm長度內(nèi)采用耦合裝藥，加大眼底的起爆力度，給輔助眼形成較大的臨空面，取得了較好的爆破效果。第二，孔口炮泥的堵塞質(zhì)量要保證，否則孔口水袋在爆破瞬間將射出炮孔。未形成水霧，起不到降塵效果[6]。

4 應(yīng)用成果

在施工中運用以上方法，經(jīng)過多個循環(huán)的統(tǒng)計，每茬炮平均進尺達到3.87 m，周邊輪廓圓順，炮眼殘留率達到85%，線性超挖控制在12 cm以內(nèi)。同時，通過采樣點的觀測洞內(nèi)爆破后空氣中可吸入物顆粒（PM10）及總懸浮粒物（TSP）含量均有明顯下降，縮短通風(fēng)排煙時間10 min，加快了施工進度30%，并且在Ⅲ級圍巖中月施工進度達到了160 m以上。

5 結(jié)論

本文結(jié)合工程實例，通過對高速公路隧道中預(yù)留光爆層水壓爆破技術(shù)的應(yīng)用研究，得出了以下結(jié)論：

預(yù)留光爆層水壓爆破技術(shù)應(yīng)用在隧道工程中，能更加精確的起爆周邊孔，以此來促使相鄰炮孔間形成貫穿裂縫，取得較為顯著的光面爆破效果;另外，通過對光爆層厚度的合理選擇，能最大程度降低炸藥沖擊波破壞內(nèi)壁的情況，運用新自由面反射拉伸波切向拉伸光爆層巖體，從而減少超挖量，為光爆效果提供了充足保障。

在工程開展中運用預(yù)留光爆層水壓爆破技術(shù)，能減少巖石在周圍孔起爆時的堆積現(xiàn)象，降低炸藥的單耗，并且夾制作用較小，自由面相對增大，大幅度降低了破壞周圍巖體與爆破振動的程度。

在工程開展中應(yīng)用周邊孔內(nèi)水壓爆破方法，通過高溫高壓下產(chǎn)生的水霧化對爆破中粉塵顆粒予以的潤濕吸附，可以起到明顯的降塵效果和作用，實現(xiàn)了對人工作業(yè)環(huán)境的有效改善。

參考文獻

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[4] 劉海波，白宗河，劉學(xué)攀，等.隧道掘進聚能水壓光面爆破新技術(shù)與應(yīng)用[J].工程爆破，2017，23（1）：81-84.

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