臨邊古跡控制爆破在隧道中的應(yīng)用探討

姚立秋 （中鐵十六局集團有限公司，北京 100000）

1 工程概況

石板溝一號隧道起點位于青海省西寧市湟源縣境內(nèi)石板溝村，路線近東向西穿越山脊，終點位于湟源縣境內(nèi)下脖項村，設(shè)計為曲線型分離式隧道，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙向4車道。右線起訖樁號為YK34+690～YK34+200，全長 510m，為中隧道，起點設(shè)計高程2478.64m，終點設(shè)計高程2490.8m。隧道出口位于湟水河河岸谷坡上，斜坡陡峭，山體自然坡角約34?！?0。，右側(cè)坡面零星堆積破積碎塊石，左側(cè)坡面為基巖巖體裸露，隧道洞口自然邊坡穩(wěn)定性差。右線出口段施工現(xiàn)場狹窄且無上山道路，洞口位于巖壁面往里6.3m位置，緊臨G109國道、水力發(fā)電站供水干渠、佛爾崖地圣祖佛廟（廟宇高7m，沿G109占地長52m）及石刻名勝古跡，隧道開挖邊線距廟宇僅2m，山體陡峭且洞口上方巖體破碎，在開挖隧道的過程中，會對山體造成非常大的干擾，并引發(fā)落石、坍塌等事故，對千年古跡佛爾崖地圣祖佛廟和造成了比較大的影響。隧道在進行開挖施工時，使用明挖法進行明洞的開挖，并進行整體模筑襯砌，在偏壓地段明洞結(jié)構(gòu)位置需要布置偏壓擋墻，并使用噴錨結(jié)構(gòu)進行明洞臨時邊坡的防護工作，設(shè)計采用ROCOO環(huán)形網(wǎng)+錨桿+混凝土噴射的防護方式進行防護。按照新奧法原理進行隧道洞身的設(shè)計和施工。洞身處圍巖使用機械開挖結(jié)合爆破的方式進行施工，爆破設(shè)計采用光面爆破的形式進行開挖。本文以此工程為例，重點分析了爆破施工過程中臨邊古跡的控制措施。

2 掏槽爆破給振動帶來的影響

在對掏槽爆破引發(fā)的振動較強的問題進行處理的時候，需要高效解決掏槽爆破的單段爆破藥量，通常會使用到以下兩種辦法：①對爆破進尺進行控制，對掏槽眼的裝藥量進行有效降低；②空孔直眼水位探槽辦法，在對掏槽爆破單段藥量進行控制的時候，可以使用加空孔體體積和逐孔引爆的辦法。使用第一種方法會使掘進速度和爆破效率受到影響，從而使施工工期受到一定的影響，該方法只能在極特殊的情況下使用。第二種方法對鉆孔的定向和精準(zhǔn)度有極高的要求，受鉆工技術(shù)水平和鉆研設(shè)備的影響，一般情況下無法滿足設(shè)計的鉆孔精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)，在施工中極少使用[1]。

對振動監(jiān)測的結(jié)果進行仔細(xì)的分析，掏槽爆破、擴槽爆破和周邊眼爆破所使用的單響藥量差不多，掏槽爆破造成的振動是其中最強烈的一種，導(dǎo)致這一情況的主要原因就是掏槽爆破的臨空條件不是很好，使得爆破的抑制作用被突顯出來，所以最終選擇的爆破方法為多級復(fù)式楔形掏槽法。把大楔形掏槽全部更改成為多等級小楔形掏槽，使得各級楔形掏槽的爆破藥量得到有效抑制，使前一級掏槽變成了后一級的臨空面，高效控制了爆破抑制作用，使爆破引發(fā)的相關(guān)反應(yīng)得到較好的控制。

3 在隧道中使用古跡控制爆破

3.1 確定爆破技術(shù)參數(shù)

①選擇爆破臺階。在爆破時，使用上下兩臺階爆破開挖法的辦法進行操作，見圖1。先對上部斷面1進行挖掘，同時將拱圈襯砌好，接著對2、3位置進行爆破挖掘，上一臺階超前4m左右時，下一臺階開始爆破。

②炮孔半徑為2cm，Ⅳ級圍巖和炮孔深度為1m，Ⅴ級圍巖為0.7m左右，依據(jù)E/W=0.7對孔間距和周邊孔進行確定。

圖1 上下臺階挖掘圖示

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

使用連續(xù)裝藥的方法對輔助孔和槽孔進行裝藥，使用不耦合裝藥的方法對周邊孔進行裝藥，在竹片上按照一定的間隔捆綁炸藥卷，炮孔深度等于竹片長度，藥卷的有效間隔為10cm，見圖2。

圖2 周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)圖示

3.3 優(yōu)化掏槽模式

要想高效控制隧道臨邊古跡敏感區(qū)域的爆破振動情況，需要不斷優(yōu)化掏槽爆破的方法，可以按照以下的兩點實施爆破。

①在多級楔形掏槽的核心位置設(shè)置2個淺直炮眼，將其設(shè)置成為第一段爆破掏槽。這2個炮眼的爆破藥量比較少，不會引起劇烈的振動。盡管掏槽體積量不是很大，但是可以對下一級斜眼掏槽的臨空界面條件進行改變，使爆破的抑制作用得到有效控制，使爆破產(chǎn)生的振動效應(yīng)控制在最小的范圍之內(nèi)。

②在對同排掏槽斜眼微差延時進行錯峰的時候，可以使用高精度孔外延時雷管進行作業(yè)，在斜眼起爆的時候，錯峰減震和快速掏槽得到較好的實現(xiàn)。對所得信息進行認(rèn)真的分析，如果楔形掏槽的效果為最好的狀態(tài)時，就要求成排對稱的斜炮同時完成爆破。爆破完成以后，會在20ms以后出現(xiàn)巖石破裂運動，假如成對的“V”形斜眼能夠?qū)崿F(xiàn)同時爆破，就要將延時起爆的時差控制在10ms左右，使掏槽的效果達到最佳的狀態(tài)。成對斜眼作為爆破炮孔，在10ms的延時時間里面，沒能完全分離兩段爆破振動波，但是爆破振動峰值卻出現(xiàn)了明顯的錯開，這就會使振動波峰值十分緩和，有效控制了振動波峰值[2]。

3.4 設(shè)計爆破網(wǎng)絡(luò)

①起爆方式。在對切口進行爆破的時候，可以按照串聯(lián)的辦法使用毫秒延期電雷管進行作業(yè)，使用擊發(fā)針起爆導(dǎo)爆管雷管的起爆方法在隧道內(nèi)進行爆破。

②起爆網(wǎng)路。從炮孔中延伸出來的非電導(dǎo)爆管雷管腳線采取反向過橋連接的辦法進行連接，所有的過橋雷管使用導(dǎo)爆雷管進行集中起爆。

③爆破振動管理。每一個循環(huán)斷面需要使用的炸藥量為31kg，把起爆段平均分成為5份，每段的藥量為 6.2kg，當(dāng) K=200，α=1.8 時，其公式見式（1）和式（2）。

最大單響起爆藥量在6.2kg以內(nèi)時，距離20m遠位置的古跡爆破振動速度可以達到1.5cm/s，這比國家爆破振動安全標(biāo)準(zhǔn)值小很多，從而得出結(jié)論為古跡安全。

3.5 其它減振技術(shù)

輔助隔振的方法也被叫作其它減振技術(shù)，包括預(yù)裂隔振法、孔底空氣間隔裝藥緩沖爆破法、周邊開槽以及挖掘減振溝在保護物四周等不同的隔振方法。在施工的時候，跟蹤振動監(jiān)測和調(diào)試爆破參數(shù)是重要的組成部分，可以使掏槽爆破的控制作用得到較好的控制，借助高精度毫秒實現(xiàn)對雷管的延時操控，從而使爆破單響藥量得到較好的控制，使波峰和波谷實現(xiàn)有效的重疊，有效控制了振動的頻率。在比較復(fù)雜環(huán)境中的隧道爆破施工技術(shù)的振動問題要想得到較好的處理，就要使用綜合的減震方法，從而使振動安全和掘進速度都滿足設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

綜上所述，該隧道工程在進行施工過程中，非常重視臨邊千年古跡的保護工作，施工前對爆破的裝藥結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)進行了科學(xué)的設(shè)計，并進一步優(yōu)化的掏槽的方式，使爆破效果得到了有效的控制，提高了臨近古跡隧道的安全性，為類似工程對施工提供了借鑒和參考。