李紅英

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司 河北涿州 072750)

臺階法是目前隧道工程施工中常用的施工方法，可有效降低對隧道圍巖造成的擾動(dòng)，保證施工的安全性。但在隧道臺階開挖中，經(jīng)常會(huì)遇到堅(jiān)硬的巖體，進(jìn)行開挖難度大，成本高，此時(shí)通常會(huì)采取爆破技術(shù)[1]。每種爆破技術(shù)都有其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，在選擇爆破方法時(shí)，需要結(jié)合圍巖的特點(diǎn)以及開挖的需求進(jìn)行合理選擇，電子雷管爆破網(wǎng)路施工技術(shù)，是一種爆破精度比較高的爆破施工技術(shù)，在隧道工程、礦山工程、地鐵工程、水利工程等項(xiàng)目施工中經(jīng)常會(huì)用到。因此，研究隧道臺階法開挖的電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工關(guān)鍵技術(shù)意義重大。一些學(xué)者對電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工關(guān)鍵技術(shù)已開展相關(guān)研究工作。韓翔宇[2]研究隧道擴(kuò)挖對既有隧道結(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律，得到既有隧道的最大振速在迎爆側(cè)邊墻。汪鑫[3]研究爆破產(chǎn)生的振動(dòng)荷載對鄰近隧道的影響，得出黃草隧道的爆破振動(dòng)規(guī)律。李秀地等[4]研究得到爆破施工對既有隧道迎爆側(cè)影響較大，主要集中在隧道的拱角和墻角等部位。周俊汝等[5]研究了爆破整個(gè)過程中地震波頻率的衰減情況，得到了其一定的變化規(guī)律。謝烽[6]研究隧道周圍巖體的振動(dòng)規(guī)律，得出波形疊加模型對爆破區(qū)的周圍分析均適用。管曉明[7]研究了電子雷管延期時(shí)間設(shè)置對隧道減振效果的影響。上述研究證明了電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但當(dāng)前施工方面并未有效把控施工要點(diǎn)，不利于提升電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工技術(shù)應(yīng)用效果?；诖?，文章以黑白面將軍山隧道為背景，針對電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工的要點(diǎn)，分析了施工中需要注意的關(guān)鍵問題及應(yīng)對措施。研究成果在提升施工效率、施工安全等方面有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概述

1.1 工程概況

珠海黑白將軍山隧道工程，位于珠海市南灣城區(qū)，北起珠海大道，穿越黑白面將軍山，南至南琴路，施工交通比較便利。黑白面將軍山隧道雙向六車道，左線長3645m，右線長3735m，屬于長大隧道。右線南口為220m大跨段，雙向八車道，斷面寬23.11m，高13.91m，V級圍巖段，擬采取礦山法進(jìn)行施工，爆破工程計(jì)劃工期為24個(gè)月。根據(jù)分工，隧道爆破施工分南口工區(qū)和北口工區(qū)，其中南口工區(qū)，隧道施工長左線長度為1865m(ZK3+150～ZK4+835)，有線長1605m(YK3+310～YK4+915)，合計(jì)全長為3290m，爆破石方量約50萬m3。

1.2 工程施工難點(diǎn)

該工程周邊環(huán)境較為復(fù)雜，隧道附近區(qū)域有高壓電塔、村莊以及供水隧道，因此在爆破施工中需要通過人工挖孔樁的方式構(gòu)建擋墻及隔離樁。此外還采用降振效果明顯、安全性高的電子雷管爆破技術(shù)，以控制爆破及局部靜態(tài)爆破的方式，選用低爆速炸藥，并嚴(yán)格執(zhí)行爆破參數(shù)，振速控制為2cm/s。爆破施工時(shí)，附近周圍群眾暫時(shí)疏散，高壓線路暫停供電。

2 電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工的要點(diǎn)

2.1 合理布設(shè)起爆網(wǎng)絡(luò)

在黑白將軍山隧道工程臺階法開挖中，考慮到周邊環(huán)境的復(fù)雜，為避免對周邊區(qū)域造成影響，決定采用電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)。和其他爆破技術(shù)相比，電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有安全性高、延時(shí)精度高、可自定義等特點(diǎn)，具有良好的降振效果，而且非常利于安全管理[8]。具體的電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法為：結(jié)合爆破區(qū)域環(huán)境情況，在每個(gè)爆破孔中安裝1發(fā)電子雷管，相互之間采取并聯(lián)的方法聯(lián)接成一個(gè)整體(見圖1)，采取和電子雷管同生產(chǎn)廠家的專用爆破器進(jìn)行起爆，在淺孔中安裝雷管時(shí)孔間延遲時(shí)間為17ms，前后排延時(shí)時(shí)間為42ms。而進(jìn)行深孔中安裝雷管時(shí)延時(shí)時(shí)間為25ms，前后排的延時(shí)時(shí)間為40ms(見圖2)。

圖1 電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò)圖(注：1為電雷管起爆器，2為電雷管，3地表為延遲雷管，4為孔內(nèi)延遲雷管)

圖2 電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)爆破孔延時(shí)時(shí)間布設(shè)圖

2.2 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)

在案例工程爆破施工中，為提升爆破效果，在裝藥結(jié)構(gòu)中采取了連續(xù)裝藥的方式，通過連續(xù)裝藥的方式使工序更加緊湊、有序，爆破塊度更加均勻適中，減少雜質(zhì)的混入，提高炸藥的利用率。具體的操作方式采取1發(fā)非電雷管和乳化藥卷緊密連接形成一個(gè)完成的起爆網(wǎng)絡(luò)[9]。詳見圖3。

圖3 爆破裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.3 選擇合適的起爆順序

電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工中，對起爆順序有嚴(yán)格要求，合理的起爆順序，既能很好的保證施工安全，而且還能提升臺階法開挖效果，降低對隧道圍巖造成的擾動(dòng)。該工程爆破施工中，采取的爆破順序?yàn)樘筒劭?、輔助孔、周邊孔的先后起爆順序，這種順序的目的是為了先炸出臨空面，輔助孔就是為周邊孔提供臨空面，進(jìn)而才能炸出更加完整的爆破面。先后順序由孔內(nèi)雷管段位進(jìn)行控制，為更好的保證隧道開挖輪廓線的平整性、光滑度，周邊孔最后可用光面爆破的方法進(jìn)行起爆。

圖4 隧道掘進(jìn)光面爆破導(dǎo)爆索連接起爆網(wǎng)絡(luò)圖(注：1為引爆雷管，2為主線，3為由孔內(nèi)藥串引出的導(dǎo)爆索)

3 施工關(guān)鍵問題及解決措施

雖然電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工技術(shù)，在安全性、控制精度、巖石效果等方面有顯著優(yōu)勢，但在黑白將軍山的施工中，依然有一些問題，需要在施工中高度重視，否則會(huì)引起嚴(yán)重的安全隱患，尤其是對周邊供電塔、村莊及供水管線的影響，主要包括以下問題：

3.1 爆破孔問題

在電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工中爆破孔布設(shè)位置是否合理、鉆孔指標(biāo)是否有效、驗(yàn)孔是否全面，對控制爆破的應(yīng)用效果有很大影響，也是周邊環(huán)境復(fù)雜的本工程所要考慮的重點(diǎn)。為保證爆破孔符合設(shè)計(jì)要求，在案例工程施工中采取了如下控制措施：

在爆破孔布孔時(shí)，按照開挖方法和每次所需施爆破的范圍，根據(jù)電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工的設(shè)計(jì)方案，及臺階法掘進(jìn)的要求，對每個(gè)掏槽眼、周邊眼、輔助眼、底板眼的具體位置明確標(biāo)出。如果對某一個(gè)或者某幾個(gè)孔在孔位、孔深、傾斜角等方面有特殊要求，要進(jìn)行說明，且每個(gè)布孔點(diǎn)需要標(biāo)識清楚。

在爆破孔鉆孔時(shí)，需要結(jié)合臺階法開挖的方式，以及布孔的具體位置，選擇合適的鉆孔設(shè)備，并根據(jù)設(shè)計(jì)方案，調(diào)整對應(yīng)的參數(shù)。鉆孔前，先檢查工作面確定其安全，然后再進(jìn)行鉆孔，否則不能進(jìn)行鉆孔操作。該工程在鉆孔中采取了濕式鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，不能在殘眼中進(jìn)行鉆眼，鉆孔臺車進(jìn)入隧道的道路、臨時(shí)臺架等都需要進(jìn)行全面檢查，保證安全后才能鉆眼。

在爆破孔驗(yàn)孔中，需要對鉆孔的深度、孔徑、清潔等進(jìn)行全面檢查，如果鉆孔存在巖粉，或者各項(xiàng)參數(shù)不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行清孔和補(bǔ)救處理，以便為電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工營造一個(gè)良好的爆破孔，以保證最終的爆破效果能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在爆破孔的網(wǎng)絡(luò)連接方面，隧道掘進(jìn)起爆采用的是逐排連接的電子雷管，具體的延遲時(shí)間要根據(jù)隧道的布孔以及藥量來確定，工程掘進(jìn)爆破不同段的延遲時(shí)間設(shè)置為25ms，如果同一段的藥量沒有滿足最大響藥的校核要求，那么就在組內(nèi)再次分段網(wǎng)絡(luò)細(xì)化，分段的間隔時(shí)間可以適當(dāng)降低，最低為15ms。隧道掘進(jìn)起爆采用簇聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，分片連接，通過脈沖起爆器引爆。每束導(dǎo)雷管的數(shù)量不能超過15根，掘進(jìn)起爆網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。

圖5 簇聯(lián)隧道掘進(jìn)爆破網(wǎng)路圖

3.2 裝藥問題

裝藥問題是電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工中必須高度重視的問題，如果裝藥劑量控制不好，比如裝藥量過大，導(dǎo)致增加了爆破能力，就可能會(huì)對周邊的村莊、供水線路、供電塔等造成影響。在案例工程電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)裝藥中，對掏槽眼、底板眼、輔助眼采用連續(xù)裝藥方式，周邊眼采用間隔裝藥方式，通過導(dǎo)爆腳線將各電子雷管連接成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)連續(xù)爆破，導(dǎo)爆索的孔外連接采取了三角形連接發(fā)。

為保證裝藥施工的質(zhì)量，按照孔位、爆破介質(zhì)體積、單耗等，選擇合適的雷管和裝藥數(shù)量，先制作好起爆藥包，再用木質(zhì)炮棍進(jìn)行裝藥。在插入雷管之前，要通過木質(zhì)炮棍，在藥卷一端插一個(gè)小孔中，確保插入的雷管適合，禁止擰插。在裝入起爆藥包時(shí)，務(wù)必控制好力度，不得對折，刮破，以免降低傳爆效果。裝藥需由上到下，以免落石砸斷。

電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)需要做好逐排連接，延時(shí)時(shí)間設(shè)置需要按照相應(yīng)的隧道布孔和藥量分配表進(jìn)行有序安裝，不同段別之間，需要至少間隔25ms，如果同段藥量不能滿足最大單響藥量校核的要求時(shí)，可采取組內(nèi)再分段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)細(xì)化，但需要保證間隔時(shí)間不超過15ms，具體的電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)連接示意圖如圖6所示。

圖6 電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)連接圖

3.3 堵塞問題

堵塞也是電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工的關(guān)鍵問題，如果堵塞深度不足，或者是堵塞材料不合理，就會(huì)影響對爆破的控制效果，使洞口附近的建筑造成爆破傷害，該工程中高壓供電塔和村莊距離右線洞口非常近(如圖7)。保證每個(gè)炮孔都有堵塞物進(jìn)行堵塞，絕不可采取無堵塞，直接起爆的方法。該工程在炮孔堵塞中采取砂粘土和黃泥混合物，但在具體堵塞中需要控制好力度，不能破壞起爆網(wǎng)絡(luò)，堵塞長度不能小于40cm，為了保證爆破施工的安全，均采用的是φ32mm筒裝乳化炸藥。在具體施工中可采取向炮孔樁裝入水袋的堵塞方法，這是一種比較先進(jìn)的堵塞技術(shù)，主要是通過水的不可壓縮性，形成水楔效應(yīng)來提升巖石破碎程度，而且水物化之后，才能控制粉塵，盡快散去灰塵，提升臺階開挖的效率。

圖7 黑白將軍山隧道洞口及洞口周邊環(huán)境情況

3.4 爆破安全問題

無論何種爆破方式，在起爆的瞬間會(huì)形成巨大的爆破力，從而威脅安全性，這就需要在電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工中，必須充分考慮爆破力問題，將爆破力控制在一個(gè)合理的范圍，才會(huì)保證本隧道周邊區(qū)域的安全。就案例工程而言，主要的爆破安全問題是爆破振動(dòng)安全設(shè)計(jì)[10]。在《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)中有明確規(guī)定，按照爆破振動(dòng)速度，同響起爆允許的最大裝藥量和爆破中心到測點(diǎn)的距離之間可用下公式(1)來表示：

Qm=[R(V/K)1/α]3

(1)

式(1)中，Qm：微差爆破時(shí)同段最大裝藥量(kg)；R：爆破中心至建筑物的距離(m)；V：建筑物允許的安全振速(cm/s)；K和α表示和爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對象之間地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，就案例工程而言，在電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工中，K取值為180，α取值為1.6[11]。

隧道掘進(jìn)振動(dòng)安全允許振速按照混凝土齡期進(jìn)行考慮，在1～3d內(nèi)，允許的振速為2cm/s～3cm/s，3～7d為4cm/s～7cm/s，建成隧道為12cm/s～20cm/s，而未襯砌的隧道則需要按照7cm/s進(jìn)行考慮。

4 結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)例，文章分析了隧道臺階法開挖的電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工要點(diǎn)，分析結(jié)果表明，在進(jìn)行隧道臺階法開挖中，采取電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工時(shí)雖然可以加快施工進(jìn)度，但同時(shí)對施工全過程的質(zhì)量控制有非常嚴(yán)格的要求。需要結(jié)合隧道工程的特點(diǎn)，嚴(yán)格控制好各結(jié)構(gòu)要點(diǎn)，同時(shí)還要對一些容易發(fā)生問題的環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制，如爆破孔、裝藥、堵塞、安全等，都需要采取有效的控制措施和方法，以最大限度上發(fā)揮出電子雷管爆破網(wǎng)絡(luò)施工的優(yōu)勢，更好的保證隧道施工質(zhì)量。