馮壯雄

（浙江省隧道工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310011）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與時代的進(jìn)步，隧道工程領(lǐng)域已經(jīng)從傳統(tǒng)的鉆爆法單一工作量施工向著大規(guī)模、大方量高速工期推進(jìn)的盾構(gòu)挖掘法轉(zhuǎn)移。但受科技進(jìn)步條件限制，在部分巖質(zhì)隧道，尤其是大斷面異型（扁平狀大矢比）城市多車道巖質(zhì)隧道依舊采用傳統(tǒng)爆破技術(shù)進(jìn)行施工。該類隧道受地形、景觀和城市地理區(qū)位制約，一般埋深比較小、地質(zhì)巖體較為堅硬，但地表或多或少存在一些需要保護(hù)的建構(gòu)筑物，所以工程中的主要問題就是隧道爆破的安全性問題。在此筆者基于多年行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)場工作經(jīng)驗展開探討，重點就爆破影響的主因及其改良方法進(jìn)行闡述，希望能為同行提供建設(shè)性意見。

1 某工程具體情況概述

某市政工程線路起訖里程K0+000 ～K5+750.504，路線全長5.751km，最小曲線半徑790m，最大直線長度507.46m，是外環(huán)公路與城市聯(lián)接線的市政道路一部分。本標(biāo)段隧道1 座，即涼棚嶺隧道，為分離式隧道，右洞長624m、左洞長615m，單洞凈寬度為17m，橫斷面組成：右機電線路通道0.75m+右側(cè)人行道1.5m+右側(cè)非機動車道2.75m+行車道3m×3.75m+左側(cè)機電線路通道0.75m。隧道凈高8.44m，最大開挖斷面223m2。隧道洞口段地形坡度10 ～15°，兩端洞口Ⅴ級圍巖，隧道軸線最大埋深89.0m。地表地形起伏不大，工程地質(zhì)為白堊系館頭組凝灰質(zhì)砂巖，局部基巖出露。隧道所在山體地表建有公園（含2 個水塘，面積分別為1300m2和2000m2）、氣象站、管理房、通訊基站等建（構(gòu)）筑物。隧道采用鉆爆法施工，Ⅳ級圍巖根據(jù)實際地質(zhì)情況采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法開挖法或上下臺階法開挖。Ⅲ級圍巖采用上下臺階法開挖。嚴(yán)格按照新奧法原理，堅持“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”，將隧道超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報與監(jiān)控量測貫穿于整個隧道施工過程，確保隧道安全掘進(jìn)。前期爆破作業(yè)時監(jiān)測到爆破振動始終徘徊在臨界值附近，但還是極大地影響了施工進(jìn)度，造成其他工序大量窩工，且爆破時人員在地表的感官也不好，部分房屋發(fā)生裂縫。

2 城市淺埋隧道爆破技術(shù)控制要點

爆破技術(shù)作為有限破壞與高效開發(fā)綜合的掘進(jìn)開發(fā)手段已經(jīng)運用成熟。其主要原理為利用亞硝酸鹽等化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生聚類反應(yīng)并集聚釋放，在有限空間內(nèi)展開破壞以達(dá)到預(yù)期施工目的。其中炸藥為重要工作載體。當(dāng)前常用的工作方式為炸藥配合起爆雷管在相應(yīng)鉆孔中前提進(jìn)行部署，并在相對應(yīng)雷管起爆設(shè)備的引導(dǎo)觸發(fā)下爆炸，從而得到高溫高壓氣體，在能量守恒前提下達(dá)到工作面破壞、擊碎的目的。

2.1 爆破可能產(chǎn)生的災(zāi)害

基于室內(nèi)試驗與現(xiàn)場運用效果看出，隧道掘進(jìn)作業(yè)需要在可控的能量范圍內(nèi)以達(dá)到有限空間掘進(jìn)又不影響周邊圍巖穩(wěn)定的前提下進(jìn)行，但爆破需要炸藥在密閉空間內(nèi)產(chǎn)生極快速的化學(xué)裂變反應(yīng)，其產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓氣體等能量在解決施工遇到的堅硬巖層后，也會同步產(chǎn)生能量對周邊環(huán)境形成爆破地振、爆破沖擊波、爆破飛石、噪音、粉塵和爆破毒氣等災(zāi)害，并伴隨爆破的整體過程。隧道爆破施工在一個相對封閉的空間中進(jìn)行，除施工小環(huán)境外，對周邊大環(huán)境的影響就是爆破沖擊波形成的爆破振動破壞。

2.2 技術(shù)控制要點

（1）堵塞爆破技術(shù)。該種爆破技術(shù)由來已久，其中最原始的方式就是運用現(xiàn)場鉆渣石粉進(jìn)行炮孔柱塞，以達(dá)到降低沖擊波、飛石等擾動傷害的可能。最新研究表明，運用防水炸藥配合液體堵塞效果較好，可以達(dá)到炮孔受力均勻，爆破瞬間吸收余熱廢氣、粉塵等有害物質(zhì)的可能，能在安全生產(chǎn)的同時極大降低生產(chǎn)運行成本。當(dāng)前，除了運用水，還可以應(yīng)用橡皮泥等半塑性材質(zhì)進(jìn)行封堵，效果更優(yōu)。

（2）無限分段起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在爆破開挖中，為了有效提高工作效率，防止集中爆破帶來的不便，通常采用多點同時爆破的方式，方便一次爆破的完成。雖然使用這種方法可以提高爆破效率，但瞬間產(chǎn)生的較大爆破能量對周邊環(huán)境造成的危害仍未解決。而有效應(yīng)用無限分段起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地解決這一問題。該技術(shù)主要是通過閉合起爆網(wǎng)絡(luò)，利用爆管形成孔內(nèi)及孔外結(jié)合延期引爆炸藥進(jìn)行爆破。為了保證起爆信息的準(zhǔn)確傳遞，一般采用雙發(fā)雷管復(fù)式聯(lián)接，確保爆炸效果。

（3）電子雷管和光纖起爆技術(shù)。該爆破技術(shù)包括兩部分，即電子雷管和引爆光纖，雖然起始的方式會有一定的差異，但最后的控制都是由電子設(shè)備和秘鑰進(jìn)行，這種爆破技術(shù)有一定的新穎性，能減少爆炸事故的發(fā)生概率，但應(yīng)用成熟度稍顯不足。

綜上所述，在城市隧道鉆爆法施工中爆破安全隱患較大，需要綜合考量并制定行之有效的預(yù)防措施，全面保障城市隧道爆破開挖工程的穩(wěn)定進(jìn)行，否則，一旦發(fā)生安全事故，對社會危害極大。通過比較分析，上述爆破施工安全問題中，爆破振動的影響尤其突出，是所有鉆爆法施工隧道工程影響周邊環(huán)境安全與社會和諧的關(guān)鍵性問題。

3 爆破技術(shù)在城市淺埋隧道施工中的安全控制

3.1 爆破振動檢測

首先，需要在城市隧道爆破前對相應(yīng)工區(qū)及附近的已有地下管網(wǎng)和建構(gòu)筑物進(jìn)行振動檢測核算。相應(yīng)的混凝土部件因為其材料的抗剪切、抗振性有限等原因，在一定爆破振動前提下，其會受到不同程度的破裂損壞，如若炸藥量過高，且釋放能量不受控，則會產(chǎn)生災(zāi)害性后果。所以，進(jìn)行不同程度、不同維度和不同工作界面的信號還原式振動檢測，有助于安全生產(chǎn)和生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控。另外，還需要在爆破施工前根據(jù)周邊環(huán)境和當(dāng)前設(shè)計，進(jìn)行一定程度的小藥量現(xiàn)場爆破試驗，然后運用實驗數(shù)據(jù)同比放大進(jìn)行損壞評估與防護(hù)，并驗證爆破振動檢測相關(guān)儀器的靈敏度，全方位模擬建構(gòu)筑物的振動擾動情況并建立函數(shù)關(guān)系式，確保施工的合規(guī)性和爆炸沖擊的可控性。

3.2 淺埋隧道爆破振動控制

根據(jù)現(xiàn)場小規(guī)模爆破試驗可知，按一般隧道鉆爆法施工，會由于能量釋放給周邊環(huán)境帶來較大的破壞性沖擊，影響安全生產(chǎn)。所以必須采取一定的措施進(jìn)行爆炸能量的控制。

（1）選擇合理的切割結(jié)構(gòu)。通過對振動影響因素的綜合監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在裝藥量大致相同的情況下，采用掏槽爆破方法，振動效果更明顯。這主要是因為圍巖對切割位置有很大的限制作用，且二者之間的距離非常近，影響范圍大，振動強度大。因此，為了改善這種模式和現(xiàn)象，利用現(xiàn)代大口徑快速鉆孔機械的成熟性，對巖基作業(yè)面進(jìn)行小間距密集鉆大口徑空孔，再在大口徑空孔之間鉆小口徑爆破孔少藥量爆破。這不僅降低了炸藥使用量，也降低了圍巖之間的相互夾制作用，提高了破碎巖石進(jìn)尺和循環(huán)效率，同時也降低了對地表振動問題。

（2）雷管起爆時間分散控制。在隧道開挖中，通過輔助周圍的一些孔，可以提高雷管爆破的分散性能，增加相同位置的孔數(shù)，從而降低振動強度。此外，其可以更有利于爆破，提高爆破效果。選擇雷管時，盡量選用一些高精度的數(shù)字電子雷管，將時間延長到更精確的設(shè)置，還能通過減少雷管峰值的錯動振動，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提高爆破效率。

（3）爆破振動監(jiān)測及參數(shù)優(yōu)化。在淺埋隧道作業(yè)中，爆破工作應(yīng)全程觀察和預(yù)測。根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容，對爆破開挖情況進(jìn)行實時監(jiān)測。監(jiān)測重點應(yīng)放在淺埋隧道的地表、襯砌結(jié)構(gòu)、淺埋隧道入口的橋拱及其與圍巖的交界處，按距離遠(yuǎn)近、破壞對象抗性大小，優(yōu)化和調(diào)整參數(shù)，使隧道施工綜合效益最大化。

4 確保城市淺埋隧道控制爆破有效實施的安全措施

（1）爆破。包含鉆孔、裝藥、堵塞防護(hù)、安全警戒、引爆、爆后檢查等工作。鉆孔前必須根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報成果確定詳細(xì)的爆破方案并技術(shù)交底；鉆孔過程中嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行，鉆孔結(jié)束要洗孔并逐孔檢查鉆孔質(zhì)量；裝藥必須按設(shè)計要求的裝藥型式、裝藥量、雷管段別進(jìn)行，如需改變，必須由當(dāng)班爆破技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)；爆破作業(yè)各個爆破孔必須采用合格材料進(jìn)行堵塞防護(hù)，以降低爆破空氣沖擊波、爆破噪聲、爆破毒氣的產(chǎn)生，增加爆破效果；爆破前必須由爆破安全員統(tǒng)一指揮警戒，確保本區(qū)域、相鄰隧道區(qū)域、地表等所有受影響區(qū)都得到安全控制；引爆前不得提前聯(lián)接起爆設(shè)備，必須在安全警戒完成得到確認(rèn)，確定所有的爆破準(zhǔn)備工作都已完成后，由現(xiàn)場爆破負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮連線引爆；爆破后通風(fēng)并等待15min 以上，且風(fēng)質(zhì)監(jiān)測合格后才能進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行爆破后檢查，主要檢查爆破點附近設(shè)備的安好性、爆區(qū)的準(zhǔn)爆性、隧道巖體的穩(wěn)定性、隧道壁浮石處理，爆堆安全、殘留炸藥回收、地表建構(gòu)筑物檢查等。裝藥、堵塞防護(hù)、安全警戒、引爆、爆后檢查等工作必須由相關(guān)持證人員進(jìn)行。

（2）爆破相關(guān)工作。隧道施工總包方、爆破安全主管方、爆破安全監(jiān)理方、土建監(jiān)理方必須在爆破前后對爆破現(xiàn)場及附近和地表建筑物進(jìn)行安全勘察和可靠性評估；同時進(jìn)行地表沉降及位移監(jiān)測、地表水引排、爆破振動監(jiān)測、地質(zhì)超前預(yù)報；爆破后當(dāng)及對隧道開挖出的輪廓進(jìn)行初支封閉，及時對隧道進(jìn)行二次加強初期支護(hù)和最終襯砌支護(hù)；注意對巖體中的裂隙水及時封堵，防止地表沉降位移加速；對隧道有限空間進(jìn)行通風(fēng)監(jiān)測，只有當(dāng)空氣安全指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，施工人員才能進(jìn)行下一步的工作。同時，爆破作業(yè)全過程（含爆破器材領(lǐng)用及剩余器材退庫）攝像確認(rèn)后的信息上報當(dāng)?shù)毓脖O(jiān)管部門。

5 結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行城市淺埋隧道爆破作業(yè)時，對周邊環(huán)境影響的主要因素是爆破振動。為了保證施工安全，通過改良傳統(tǒng)的掏槽爆破方式，用新型分散式空眼爆破方式掘進(jìn)隧道，同時輔以逐孔、孔內(nèi)分段等延期爆破手段重點對爆破中的技術(shù)要點進(jìn)行控制，設(shè)計合理的爆破方案，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行爆破作業(yè)，可最大限度保證爆破安全、降低爆破作業(yè)對周邊環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。同時，做好爆破施工過程中各項數(shù)據(jù)的監(jiān)測工作，并適時對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保爆破作業(yè)的各項指標(biāo)都保持在預(yù)警范圍值內(nèi)。