下穿輸水隧道工程爆破施工及安全控制措施

馬會力

(中鐵十八局集團 第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

下穿輸水隧道工程地質(zhì)條件復雜，經(jīng)常會遇到堅硬的巖層，僅憑機械和人為開挖，難度太大，成本太高，難以滿足施工經(jīng)濟效益的需求，而且容易引起安全事故。采取爆破施工技術(shù)，可有效解決這一問題。隨著新技術(shù)、新設備的應用，我國爆破技術(shù)愈發(fā)先進，可實現(xiàn)精確爆破和定點爆破，將其應用到下穿輸水隧道工程施工中，可有效解決堅硬巖層對施工進度、施工成本的限制。但是，爆破會形成很大的力，控制不當容易引起一系列安全問題，這就需要施工單位能夠結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)水文條件，嚴格把控爆破施工的每個細節(jié)，并且做好安全控制措施?；诖?，開展下穿輸水隧道工程爆破施工及安全控制措施的分析研究具有非常重要的意義。

1 工程概述

黑白面將軍山隧道工程項目位于珠海市拱北南灣城區(qū)，隧道工程北起珠海大道，穿越黑白面將軍山，南至南琴路，線路全長約3.86 km，其中隧道段左線長3 645 m，右線長3 735 m。由于黑白面將軍山隧道南口工區(qū)與供澳輸水隧洞斜交，其中右線交于YK4+568.323，左線交于ZK4+579.824(左線該區(qū)段已完成開挖、初支、二襯等工作)，右線拱頂距離供澳輸水隧洞底直線距離僅5.25 m。為確保安全，公司編制了《黑白面將軍山隧道右線下穿供澳輸水隧洞段爆破工程方案設計》。本方案施工范圍為隧道右線YK4+550～YK4+623(掌子面)段，長73 m，爆破工程量約9 700 m3，設計采用單側(cè)壁導坑法(CD法)開挖。黑白面將軍山隧道與供澳輸水隧洞相對位置平面圖如圖1所示。

圖1 黑白面將軍山隧道與供澳輸水隧洞相對位置平面圖

2 下穿輸水隧道工程爆破施工技術(shù)的應用要點

2.1 選擇合適的爆破方案

黑白面將軍山隧道工程下穿巖層的等級為Ⅳ級圍巖，按照地質(zhì)條件的特點，在具體施工中采取了單側(cè)壁導坑法。為控制施工質(zhì)量，循環(huán)進尺的深度不超過1.0 m，而下穿輸水隧道工程段的循環(huán)進尺深度不超過0.8 m[1]。為掌握爆破施工中的安全信息，在整個施工中應配合總包、檢查單位切實做好地質(zhì)超前預報，為開展安全的爆破施工提供必要的技術(shù)支持。

本工程右線下穿供澳輸水隧洞段(YK4+550～LGYK4+590，長40 m)及試驗段(YK4+590～LGYK4+623，長33 m)，按照爆破施工方案要求進行超前支護，并開展CD法開挖施工[2]。爆破施工方案設計以YK4+550～LGYK4+590段為例，每循環(huán)進尺1榀(0.8 m)，各分部開挖尺寸以施工圖設計或總包單位施工組織設計為準。炮孔的布置施工示意圖如圖2所示，爆破設計參數(shù)如表1所示。試驗段(YK4+590～LGYK4+623)炮孔布置參照圖2，每循環(huán)進尺1.0 m。

圖2 炮孔的布置施工示意圖

表1 爆破設計參數(shù)表

2.2 鉆孔和驗孔

確定好爆破施工方案之后，按照不同隧道段開挖方法的不同以及爆破范圍的要求，標記出每個掏槽眼、輔助眼、周邊眼的具體位置，每個爆破孔位的深度、位置、傾角等參數(shù)都要清楚標記出來。在鉆孔時，選擇合適的鉆孔設備，嚴格按照爆破設計方案進行鉆孔操作。鉆孔施工人員達到鉆孔面后，要先檢查工作面是否安全。如果存在安全隱患，就不能鉆孔，先要進行加固處理。確認安全無誤后，選擇濕式鑿巖機進行鉆孔，鉆孔時要及時清理孔內(nèi)殘渣，認真檢查安全界限，并在專人指揮下完成鉆孔[3]。鉆孔完成之后要及時檢驗，檢驗內(nèi)容包括鉆孔的深度、傾斜度、孔內(nèi)殘渣、鉆孔數(shù)量等，凡是不符合設計要求的應及時補救。

2.3 裝 藥

在案例工程施工中，為保證爆破的安全性和質(zhì)量，掏槽眼、輔助眼、底眼都選擇了連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，而周邊眼選擇了間隔裝藥結(jié)構(gòu)。各藥卷之間通過高質(zhì)量導爆索相互連接，并用竹片固定，導爆索外孔連接時必須選擇三角形連接方法[4]。具體的裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示，導爆索連接起爆網(wǎng)路示意圖如圖4所示。

圖3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 導爆索連接起爆網(wǎng)路示意圖

按照孔位和爆破介質(zhì)體積以及單耗的不同，選擇合適的雷管和裝藥數(shù)量，嚴格控制每個起爆藥包的制作質(zhì)量，選擇木質(zhì)炮棍進行裝藥。在放入雷管之間，要在炮棍的輔助下將藥卷的一端插入到炮孔中，插入雷管的力度要適當，切不可擰插和用力敲打[5]。在安裝起爆藥包時，嚴禁刮破、對折、打結(jié)導爆管，以免影響爆破效果。整個裝藥過程要嚴格遵循從上到下的原則，以免掉落石頭破壞整個起爆系統(tǒng)引起瞎炮。裝藥完成之后及時堵塞炮孔，裝一個炮孔，堵塞一個，以免遺漏引起安全問題。本工程在炮孔堵塞時選用了砂質(zhì)黏土、黃泥混合而成的混合物，堵塞炮孔時要避免損壞起爆網(wǎng)絡。

2.4 起爆網(wǎng)絡

當炮孔裝藥和堵塞全部完成之后，在現(xiàn)場監(jiān)理的指揮下，現(xiàn)場設備和人員必須全部撤離到安全地帶，由專人進行起爆網(wǎng)路連接，保證周邊每個光爆孔導爆索引出孔口的長度符合設計要求[6]。由于在本工程施工中，光爆孔和隧道掘進的主爆孔相互連接，形成了同一個起爆網(wǎng)路，所以在具體起爆操作時，需要按照掏槽眼、輔助眼、周邊眼、底板眼的起爆順序逐步推進。本工程爆破施工起爆網(wǎng)路示意圖如圖5所示。

圖5 隧道爆破電子雷管起爆網(wǎng)路連接示意圖

3 下穿輸水隧道工程爆破施工安全控制措施

在下穿輸水隧道工程施工中，雖然采取爆破施工技術(shù)能夠大幅度提升施工效率，但同時也存在一定的安全隱患。為保證施工質(zhì)量和安全性，必須做好安全控制措施[7]。本工程在爆破施工中采取了如下安全控制措施，取得了良好效果。

3.1 保證爆破振動安全設計的科學性

在《爆破安全規(guī)程》中有明確規(guī)定，在爆破施工中必須科學設計爆破振動安全，爆破地震波振動速度，同段起爆允許的最大藥量和爆破中心道測點的安全距離可以表示為

(1)

式中：Qm為微差爆破時同段的最大裝藥量,kg；R為爆破中心到建筑物之間的距離,m；V為建筑物或者構(gòu)筑物和允許的安全震速，m/s；K為爆破點到保護對象之間地形和地質(zhì)條件的相關(guān)系數(shù)，K的取值為180；α為爆破震動的衰減指數(shù)，取1.6。

為保證爆破施工道路安全性，本工程要求爆破時震動速度不能超過5 cm/s，爆破振動速度按照式(1)可算出允許震動速度時爆破最大單端藥量和距離之間的關(guān)系(表2)。

表2 V=5.0 cm/s時各炮孔Qm與R的關(guān)系表

在式(1)中，K和α的數(shù)值為經(jīng)驗值，在具體施工中需要按照試驗爆破的真實數(shù)據(jù)進行適當調(diào)整，以最大限度保證爆破施工的安全性。

3.2 爆破飛石安全控制措施

《爆破安全規(guī)程》也明確規(guī)定，在下穿輸水隧道工程爆破施工中爆破安全警戒的范圍不能小于300 m。為降低爆破空氣沖擊波造成的不良影響，保證施工的安全性，可從預防產(chǎn)生強烈空氣沖擊波和削弱空氣沖擊波傳播兩個方面同時入手進行控制[8]。比如：合理布藥，優(yōu)化參數(shù)，必須嚴格控制最小抵抗線和單耗，嚴格限制單孔藥量以及一次起爆藥量，盡量選擇分段延期起爆技術(shù)，以降低炸藥的無故消耗。此外，還要嚴格控制裝藥的長度和裝藥量，提前進行試爆，以確定真實的爆破參數(shù)，充分了解先爆破的藥包對后續(xù)藥包最小抵抗線方向、量值造成的影響，科學調(diào)整各藥包之間的距離、裝藥量、起爆時差。

3.3 處理好盲炮

盲炮也是引起爆破施工安全問題的主要因素之一，必須對盲炮進行有效處理。(1) 經(jīng)過系統(tǒng)檢查確認起爆網(wǎng)路完好后，可重新起爆。(2) 選擇用木、竹或其他不產(chǎn)生火花的工具，去除炮孔中填塞物，通過藥包進行誘導爆破。(3) 在安全地點通過遠距離操作風水噴管的方法，吹出盲炮填塞物和炸藥，并及時收回雷管[9]。(4) 可采用平行孔進行裝藥爆破，但要保證平行孔到盲炮之間的距離不小于0.3 m。

4 結(jié) 語

通過實際案例應用分析發(fā)現(xiàn)，下穿輸水隧道工程爆破施工和安全控制措施，應嚴格控制進尺開挖深度，遵循多打孔、少裝藥的施工原則，可有效保證炮孔布設的精度。此外，還要結(jié)合施工經(jīng)驗和現(xiàn)場工況，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，爆破振動速度控制在5 cm/s以下。同時，做好爆破施工方案設計，并且對施工爆破鉆孔、裝藥、填塞、起爆網(wǎng)路控制好力度，大幅度提升爆破效果。針對爆破中形成飛石、盲炮等，需要采取有針對性的控制措施，以保證整個爆破工程施工的質(zhì)量和安全性，在爆破施工中值得類似工程參考借鑒。