复杂环境下隧道爆破施工控制技术

复杂环境下隧道爆破施工控制技术

刘江

浙江正方交通建设有限公司 浙江金华 322009

摘要：交通化建设进程的加快以及施工技术的革新使得隧道建设项目的数量也随之增加，由于我国地质条件的复杂性，部分隧道在建设过程中需要面对多样化复杂的结构，极大的增加了隧道爆破施工的难度。为了降低隧道爆破施工对周围环境的影响，就需要施工单位采用有效的控制方式对隧道爆破振动进行控制，增强隧道爆破施工的安全性与可控性。

关键词：复杂环境；隧道爆破；施工技术；振动控制

引言：

隧道爆破施工的控制直接关系到了周边建筑的安全和施工人员的安全，特别是在复杂环境下的隧道施工，爆破产生的振动会传递到周边建筑，如果不加以控制，就会导致周边建筑的损毁以及人员伤亡。因此需要结合隧道的具体结构和周边环境因素，选择适当的爆破控制技术，如喷射混凝土、砂浆锚杆以及无支护隧道围岩等方式增强隧道的稳定性，降低爆破振动对周边的影响。本文主要就复杂环境下隧道爆破施工控制技术进行探析。

1.复杂环境下隧道爆破对周边的影响

近年来我国的隧道工程建设数量和规模都不断的提升和扩大，与之相对应的则是隧道施工环境愈发复杂，无论是埋深较浅的水下隧道，还是与建筑物净间距小于10m的隧道，其施工环境都十分复杂，且对周边环境的影响较大。可以预见的是，随着社会经济的发展和城市化进程的不断加快，复杂环境下的隧道工程数量也会不断增多。我国城市地区的人口密度相对较大，隧道爆破施工产生的振动会对周边的环境产生较为剧烈的影响，如果不对隧道爆破施工产生的振动加以控制，那么不仅隧道现场施工人员的安全得不到保障，周边区域居民的人身财产安全也会受到威胁。故此，加强复杂环境下隧道爆破施工控制是十分有必要的^[1]。

在今后的复杂环境下隧道爆破施工，需要严格控制爆破的炸药用量、爆破布孔、爆破位置和建筑之间的距离位置的等与振动的关系，有效的控制爆破的振动，降低爆破对周边区域居民的影响，切实保护现场施工人员的人身安全。

2.爆破方案设计和安全检验

2.1 爆破总体设计

根据设计文件的要求和隧道岩体实际情况，拟将隧道爆破分成两阶段实施。

1、试验阶段，隧道进口段洞口以内 50m 范围暂定为试验阶段，试验阶段就是要用最小的炸药量获取影响爆破震动衰减的相关数据、指标，为调整、修正爆破参数提供依据。试验阶段现场选取掌子面一定区域进行钻孔爆破，爆破总装药量控制在 10kg 以内，通过微差起爆技术控制最大单响药量分别为 3.0kg，在隧道底板及最近建筑物基础上处安装测振仪器，收集爆破震动数据。

2、正式实施阶段，该阶段利用爆破试验取得的成果，制定科学的爆破参数和实施细节，严格、科学的收集振动数据。实施阶段隧道 V 类围岩采取台阶开挖，全断面分为上下两个台阶，上台阶高度 5.87m，下台阶高度 3m。按照“短进尺、弱爆破”原则严格控制循环进尺，前期循环进尺控制在 1m 以内，后期根据爆破振动监测结果调整循环进尺。上台阶采取水平钻孔，采用孔内、孔外微差起爆技术严格控制最大单响药量，有效降低爆破震动。下台阶采取纵向钻孔，采用逐孔起爆技术降低爆破震动^[2]。

3.复杂环境下隧道爆破施工控制技术

3.1 利用喷射混凝土控制隧道振动速度

爆炸压应力波在围岩内传播时，遇到围岩与喷射混凝土的分界面时，一部分爆炸压应力波会由分界面反射到围岩内，变成反射拉伸波; 另一部分会通过分界面透射到混凝土内继续传播，透射波也为压应力波，当透射波遇到自由面时不再发生透射，只发生反射，变成反射拉应力波。

3.2 利用砂浆锚杆控制隧道振动速度

常用的水泥砂浆锚杆在正常工作时，主要依靠孔内的水泥砂浆与围岩的粘结、水泥砂浆与钢筋的粘结使锚杆与岩体结合成一体。当受到爆破振动作用，水泥砂浆与岩体的粘结力、水泥砂浆与杆体的粘结力受损，甚至是脱裂。

3.3 利用无支护隧道围岩增强隧道的稳定性

无支护岩石隧道的临界振动速度与隧道的形状、尺寸、岩石的物理力学特性等有关。卢文波^［3］提出围岩岩性相差较大的隧道，围岩稳定性的爆破振动临界速度为 20 ～ 50cm /s。朱瑞庚指出爆炸地震波作用下岩石隧道围岩稳定的条件是围岩的静应力与爆炸地震波产生的动应力之和小于或等于岩体的动力强度在此基础上给出岩石隧道出现崩塌时隧道周边岩石质点的临界振动速度 30 ～50cm /s，根据前面研究成果，结合现场实际施工，确定I ～ II，III、IV 和 IV 围岩距掌子面 1m 处振速分别为50cm /s、40cm /s、30cm /s。根据爆破近区隧道拱顶围岩振动规律，则便于测量的距掌子面 30m 处对应的振动速度为 6． 1cm /s、4． 9cm /s、3． 6cm /s。控制隧道围岩主要是控制围岩爆破振动速度、控制最大一段药量和控制隧道爆破进尺。通过理论研究分析和现场试验、测试、工程验证。

4.复杂环境下隧道爆破施工监测

4.1 加强施工过程中的爆破监督

施工过程中经常会出现地质变化，甚至发现地下管线与踏勘资料不相符的现象。有时候施工单位为了减少麻烦，故意隐瞒不报，造成事故发生。施工过程中遇有重大变更应及时停止施工作业，并重新组织专家论证。在四平山隧道施工中，治安支队民警在对北京西北热电中心配套热网四平山穿山隧道工程爆破现场安全检査时，了解到正在爆破施工的隧道入口约８４０！１！折返点上方约７ｍ处有一条正在使用的燃气管线与隧道垂直交叉，此燃气管线是原首钢的燃气管线，直径５００ｍｍ，壁厚１０ｍｍ，内部压力０．０９ＭＰａ，属中压管线，已使用多年。现已移交北京市燃气集团第五分公司管理，而在爆破工程审批时，施工单位在提交的书面说明中地下管网情况是：进、出口爆破作业点５０ｍ区域内无地下管网，与现实情况严重不符，且“爆破应急预案”中也未有针对燃气管线相应的措施。鉴于隧道与燃气管线距离很近，爆破施工单位未与燃气管理单位协商出解决方案，隧道的施工爆破极易诱爆燃气管线，造成严重事故，故存在严重安全隐患。治安支队及时对爆破施工单位下发“治安隐患通知书”，立即启动叫停模式，责令其整改^[4]。

4.2 实施严格管控模式

一是全程押运炸药运输车辆制度。要求建设单位、施工单位及爆破运输单位加强领导押车运输。必须有两台押运车（一台为前导车，另一台为后卫车）护送炸药运输车辆。每辆押运车车上配备四名携带防爆器具、身着保安制服的安保人员，全程押运炸药运输车辆，以确保安全。二是设置炸药运输车专用车位专人看守制度。炸药运输车到达爆破工地后，关闭工地大门，炸药运输车停入专用车位（提前用黄线划定并标明运雷管和运炸药车留足安全距离），拉设警戒线，四名安保人员看护火工品的装卸、转运。

5.结束语

本文结合隧道的建设，对隧道爆破振动控制理论、控制标准和隧道爆破技术进行研究，得出:( 1) 隧道钻爆施工时掌子面后方围岩振动规律。该规律为控制隧道围岩稳定和指导隧道爆破施工的理论基础。( 2) 隧道围岩稳定性控制标准及施工措施，可以具体指导隧道的爆破施工，确保隧道围岩稳定不塌方。( 3) 隧道电子雷管爆破技术和隧道电子雷管与导爆管联合爆破技术。该技术，把隧道爆破施工产生的振动降低到最低程度，满足复杂环境下隧道自身安全和附近建( 构) 筑物安全。

参考文献：

[1] 刘曙亮,王猛,陈郁平,刘德虎,刘振宇.城市复杂环境下硬岩隧道非爆破施工关键技术研究[J]. 市政技术.2021.39(09):87-92.

[2] 宋其程.复杂环境下的隧道爆破施工技术研究[J].工程技术研究.2020.5(14):92-94.

[3] 刘义国,刘忠民.浅析城市复杂环境下隧道爆破施工安全监管模式[A].中国铁道学会工程分会:中国铁道学会.2019:134-137.

[4] 傅洪贤,孔恒,吴进科.复杂环境下隧道爆破施工控制技术[J].土木工程学报.2019.50(S2):286-291.