摘要：传统的隧道开挖方法有钻爆法和盾构法，钻爆法对地质条件适应性强且成本低，既适宜坚硬岩石隧道也适宜破碎岩体隧道，是隧道开挖最常用的施工方法，目前我国钻爆法施工的隧道约占隧道工程总量的95%以上。在隧道爆破施工中采用低密度、低爆速炸药，有效降低单循环炸药用量，减少爆破对围岩的损伤和超挖量，节省了工程成本，满足了工程施工的要求，为类似工程爆破施工提供了宝贵经验。
关键词：隧道工程；控制爆破；爆破设计
引言：
地层条件复杂的情况下，爆破方案的设计是隧道建设安全质量、成本控制的关键工艺。隧道爆破是属于的控制性工程之一，自开工以来，爆破超挖量大造成严重的经济损失，为合理控制超挖量，有效降低工成本，亟需重新优化设计该隧道爆破方案。通过现场施工总结爆破开挖过程，本着充分合理利用毫秒差。爆破形成的临空面，可有效地减少对围岩的扰动，保证爆破效果。通过分析研究该隧道围岩情况及爆破过程规律，总结出适合该隧道的爆破设计方案。
1隧道洞口安全影响因素
隧道洞口的安全问题一直是隧道施工中关注的重点，拱顶或掌子面坍塌、地表大变形、仰边坡坍塌、落石等是隧道洞口施工中较常出现的工程事故。这些事故往往带来重大的人员伤亡和财产损失，严重影响到隧道施工的安全和效益。其中，影响到隧道洞口安全的一大因素就是洞口开挖爆破。在隧道掘进工程中，炸药爆炸会释放出巨大能量，大部分爆破能量用于岩石的破碎和抛掷，但也有约2％～6％的爆炸能量会以振动的形式向外传播。爆破振动在隧道洞口围岩和边坡中传递动态应力，振动波会在洞口自由界面和临空面产生反射，使得动应力产生叠加效应，易加深岩土体介质损伤，降低围岩、边坡介质的强度。同时，爆破振动的反复加、卸载也会使介质损伤程度加剧，给隧道洞口的稳定带来隐患。
对于隧道洞口而言，一般所处的地质条件较为复杂。软弱围岩、浅埋偏压、高仰边坡、丰富地下水等不利地质较为常见。在不良地质条件，比如节理裂隙发育、地下水丰富等情况下，爆破振动能量更易被介质吸收，从而加剧介质损伤破坏，降低围岩体的强度。
由于大跨度隧道洞口开挖截面面积大，爆破施工对原岩扰动大，爆破振动极易造成对隧道结构综合体的不利影响。因此，需要对洞口的爆破开挖施工进行优化设计，增强施工效率，降低工程风险，在保证施工安全的前提下最大限度的推进工程建设。
2爆破方案优化
2.1钻爆施工要求
根据现场地质条件，合理设计爆破参数，使得开挖进尺控制在2榀拱架间距范围内。超挖量控制在10cm以内。合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上。选用低密度、低爆速、低猛度的炸药，隧道采用2号岩石乳化炸药，非电毫秒雷管起爆。
装药结构及堵塞方式：周边眼装药结构：用32药卷不耦合间隔装药，其中导向作用的眼不装药。掏槽眼：仅中心较深炮孔底部装药1节，上下两孔不装药。其他眼：均采用连续装药结构，距离孔口50~60cm为宜。所有装药炮眼用炮泥或软纸团堵塞，周边眼堵塞长度不小于25cm。
2.2优化设计原则
针对该洞口爆破开挖实际地质地形条件、施工问题来进行爆破优化设计，优化的基本参考依据和原则是：依据洞口岩土体物理力学性质进行相应爆破参数设计，主要是根据岩层节理裂隙发育情况、岩性软硬情况、岩石波阻抗大小等，设置合理的炸药单耗，并据此来优化设计炮孔孔距、排距、药量等参数。依据洞口爆破台阶开挖规模和施工环境来优化设计爆破方案，主要是根据开挖掌子面的状态、循环施工要求、施工机械和条件等来设计掏槽方案、辅助眼布置、周边眼布置、爆破参数、起爆方案等。依据现场监测数据及结果对爆破方案参数进行适时修正改进优化效果，现场监测的内容包括主要监测点的质点振动速度监测、岩石破碎率观测、掌子面平整度观测、爆破飞石观测、洞口地表环境观测等。
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2.3爆破参数优化设计
(1)隧道微振控制爆破设计
在岩层中需要进行钻眼爆破，由于是在水渠下进行施工，必须尽量减少对围岩的扰动，严格控制用药量，为此将采取微振控制爆破技术，并尽量采用台阶法、光面爆破开挖。
(2)炸药选型
理论和实践证明，低威力、低爆速的炸药可以有效降低爆破震动效应，因为炸药爆速对爆破质点振动速度有直接影响，爆速越高，爆破产生的振动越大，对于周边眼采用小直径低爆速的光爆炸药。
(3)非电微差起爆网络设计
爆破振动与同段起爆的炸药量密切相关，采用非电微差起爆技术，不但控制单段雷管的起爆药量，又能有效地控制每段雷管间的起爆时间，使爆破地震波形不叠加。这样既能保证岩体破碎达到理想爆破效果，又能消除爆破震动的有害效应。
(4)掏槽形式。
隧道爆破的掏槽跟是爆破成败的关键。也是产生最大振动速度的部位，大量实践和研究表明合理的掏槽方式能有效减少爆破振动。
2.4工艺要求
炮孔间距符合钻爆设计，周边眼间距的误差不大于5cm，辅助眼间距的误差不大于10cm，周边眼的外插角不大于3。；除掏槽眼、周边眼、底板眼外的其它眼孔方向应与隧道方向平行，要求各炮孔底在同一平面上；钻孔结束后清孔。炮孔反向装药，炮眼用炮泥堵塞，一定确保堵塞质量，保障爆破效果。加强炸药管理，严禁多装和少装炸药；爆破网路须有专人连接和专人检测，确保雷管段数准确和网路质量。
3爆破网路
起爆方式采用1~13段非电毫秒延时雷管，利用圈（排）间的毫秒差延时起爆，上台阶起爆顺序由里（掏槽眼部位）向外（周边眼）逐圈进行起爆，中下台阶起爆顺序由靠近临空面到周边眼逐渐延伸进行起爆。周边眼用伸出孔外大于空间距20cm的红线以“T”型方式双向顺次绑扎连接牢固，连接点在各孔口处；其余炮孔均采用孔内延时起爆，每个炮孔内装一个导爆管雷管，采用“捆联”的方式连接整个起爆网络，每捆导爆管控制在15~20根内，而每捆导爆管再用2发1段非电导爆管反向搭接，最后再用“捆连”方式进行连接进行起爆，孔口堵塞炮泥后，用电火花起爆器来引爆非电导爆管从而起爆雷管直至整个网络。
4优化结果分析
上述爆破优化参数主要针对于大跨度隧道洞口软弱围岩和弱质仰坡的特性而设计。由于岩体介质为石英砂岩夹页岩，石英砂岩多呈块状结构，节理裂隙发育，结构面丰富，为充分利用爆破能量，即充分利用炸药爆炸后所形成的应力波叠加效应和降低对围岩和仰坡的振动扰动，上述爆破参数设计中降低了炸药单耗和总药量，适当降低了原施工炮孔数量，强化了微差控制爆破网路设计，优化方案实施前后主要经济技术指标经监测分析。
结束语：
（1）完成了复杂围岩条件下的隧道爆破开挖，通过现场试验及实时调整爆破参数可有效控制超挖量，把超挖量控制在在10cm以内，有效节省了喷浆时间和喷浆量。
（2）通过对爆破方式及孔位的优化减少了钻孔数量，节省了打钻的时间。同时减少围岩损伤，光面爆破效果好，围岩相对较稳定，掉块现象明显减轻。
（3）使用红线引爆雷管，采用顺接搭接和“T”型打结的方式，降低甚至消除了哑炮。
（4）采用导火索集中反接方式，消除了导线不引燃的现象。
（5）对掏槽眼的设计进行优化，能合理利用临空面，达到最大限度的爆破岩层，增大了炸药压力的利用率。
参考文献：
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[3]张龙,覃羽诗,孙懿.隧道爆破施工对既有管道影响的有限元分析[J].江苏建筑职业技术学院学报.2018(04)
论文作者:赵新刚
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/17
标签：隧道论文; 围岩论文; 洞口论文; 炸药论文; 炮眼论文; 雷管论文; 间距论文; 《防护工程》2019年第3期论文;