隧道爆破施工技术

1、大连地铁一期工程爆破施工技术研讨会 关于隧道爆破设计、施工 及有害因素控制技术研讨 受地铁指挥部委托,占用大家一点时间，就爆破方案设计、施工及有害因素控制问题进行探讨。在爆破实践中，在座的各位都经历了很多。你们年复一年从事地下工程施工，克服了很多疑难险段，特别是针对爆破产生的有害因素控制方面更是经验丰富。为了不当误大家更多时间，在这个题目中，主要想结合地铁爆破实际，重点谈谈两个方面的问题。一是专家对各标段报审的爆破方案评审依据作一简要说明；另一就爆破方案在指导施工以及爆破作业过程中发现的一些问题和应对，谈一谈个人浅见。 一、关于爆破方案评审依据（说明） 1、依据国家颁布的爆破安全规程、民用爆炸

2、物品安全管理条例和公安机关相关规定，审核爆破方案编拟的权威性、合法性、完整性。 2、爆破安全组织及爆炸物品安全管理措施是否健全；爆破作业安全防护措施及应急预案是否具操作性。 3、依据各自标段施工方案和工法实际，结合围岩类、级别及产状，审核孔网参数是否合理。 4、根据爆破源周边受保护目标情况，审核爆破参数特别是地表质点振动速度设计及监控量侧要求是否合理。 5、对穿越风险源爆破设计、施工方法及对突发情况应变措施是否可行。 6、选定的爆炸物品种类、规格、数量是否合适。 7、爆破网络、起爆方式是否合理。 8、对易超、欠挖段爆破控制措施是否可行。 二 、关于爆破方案在实施过程中暴露的主要问题分析。 在地

3、铁爆破施工中，各单位都注意同一个问题，就是控制爆破震动速度。应该说做的都不错，不过从中也发现了一些问题。归纳起来主要有：地表质点震动速度值定位不准，且一种方案通用全部里程的爆破施工；爆破参数选定与实际不符，缺乏针对性；个别方案相互雷同，可操作性差；爆破作业（含穿孔作业）组织不够严谨，存在随意性；起爆网络缺乏创新，掌子面炮孔装药后不填塞等等。（一）、爆破方案中，参数设定不够准确，爆破产生震动过大。 各单位报审的方案中，v值通常是采用萨道夫斯基公式计算的，这里讲的不准确是指在计算过程中所选择的保护对象参数不够准确。大家习惯做法是选择距爆破源最近目标为计算基点参数，然后对应国家标准来确定v、k、a等

4、值。这应该说没有问题，那问题出在那呢 （1）、国家爆破安全规程规定的爆破震动安全允许标准，是从保证建筑物结构安全角度制定的。但目前民众所关注的已不仅仅是结构安全问题了，而是内部装饰、装修功能的持久性、不同人群的耐受性以及由于各种原因历史遗留问题。只从表面和便于识别的建筑物设定参数值，误差很大。 （2）、大连地铁隧洞开挖特点是以爆破为先导，在某一个区间或某一个地段循环爆破作业频繁且持续时间长，也会使建筑物一些较敏感部位形成应力积累。也就是说，爆破震振动持续时间对建筑物的积累破坏作用考虑不足。对穿越风险源的爆破参数缺乏针对性（实际上又缺少作业方法）。 （3）、各标段开挖里程和开挖断面有不同，所遇到

5、的风险源也有不同，但各家爆破方案设计的爆破振动值却大致相同。这里相同不是参数相同，而是指一种方案 、一组数据竟可以贯穿爆破施工全过程的设计样式相同。 （4）、爆破网络设计单一，创新观念意识不强。控制单段药量比较困难。这里讲的网络是指在选定非电导爆管雷管的起爆网络，大家普遍采用奇数跳段配置法既；1、3、5、7、9等等做孔内微差设计。分析一下，14段各间隔25毫秒；56段为40毫秒；68段各间隔为50毫秒；812段各间隔为60、70、80、90毫秒；1215段各间隔为90、100、110、120毫秒。从目前各家方案上看，掏槽孔、辅助孔大部采用1、3、5、7、9孔内微差配置，这样的话最小间隔25毫秒

6、，最大也就200毫秒，渐进间隔从25毫秒递进最大间隔仍是50毫秒。尤其是掏槽孔受夹制作用最大，表面看孔内微差了，但间隔时间太小了，响炮时基本是一个声音，而且震动、噪音都很大。 （二）、爆破冲击波扰民，严格操作规程有欠缺，爆破产生的噪音难控制。 各标段基本是自行组织爆破队伍实施爆破作业，通过走访了解到，他们都是久经考验并经验丰富的爆破手。组织纪律性很强，留给我们的印象都很好。他们觉得在大连城市建地铁与其他城市区别很大，区别就在于放不开手脚。但他们有一个共同点，基本就是以老经验、老办法、老观点来指导施工。具体表现；老经验布孔、穿孔；老办法装药、连线；老观点防护。 由于设计方案本身的缺欠，又不能有针

7、对性指导现场作业，那只能靠爆破队伍自行经验处置了。至于炮孔打的是否标准，装药是否满足需要，连线是否达到要求，防护措施是否到位等等，监理、监管失控现象时有发生。因此，爆破产生的有害因素得不到有效控制也就不足为奇了。 1、首先是在爆破方案在设计上，对如何控制或减弱爆破冲击波的措施阐述的就不多。只在文字上记述了一下并用公式算了一个数据放那了，管不管用是另外一回事了。2、在说掌子面，炮手对各炮孔装完药以后，均未对炮孔进行填塞（要求用泥或石粉填满孔口）封口或部分填塞。但能做到每次爆破作业都进行填塞的作业队为数不多。 3、超设计大进尺、深穿孔、多装药也是造成冲击波扰民的主要因素。个别单位基本不按设计要求作

8、业，觉得开挖隧洞顶板距地面埋深较厚，爆破震动波及不到建筑物或居民区，就超设计深穿孔、大进尺、多装药。虽然震波有逐渐衰减趋势，可他们忽略了一个问题，超药量爆炸释放的高压气体与空气摩擦产生强烈噪音（既-冲击波）并得到叠加迅速膨胀冲出井口。膨胀气体不断地对空气挤压形成正压，气体膨胀后的真空由空气迅速充填形成负压，此时最副破坏力（有的已将附近玻璃门冲碎）。三、关于对有害因素控制几点建议 以上把主要问题都讲了，也做了分析，如何控制爆破振动和空气冲击波也基本有了眉目，仅就讲几点建议； 1、设计方案要结合本标段实际，有针对性的设定爆破振动速度值。特别是穿越风险段，要根据保护目标距离渐进或渐远，设计不同地段的

9、安全允许振速值。在取值上，要结合建筑物质量、新旧程度、自振频率、内部装饰装修、人员居住状况等实际设定。设计参数必须在掌子面做试炮校正。 2、对被保护目标自振参数无法获取，可参照爆破安全规程（GB67222003）标准，取低频最小值。而后进行试炮校正。另外，可根据中国爆破协会主编（冶金工业出版社出版）的爆破手册中，对抗震设防的建筑物，一般情况可以采取抗振设防标准降2度所对应的速度指标作为爆破质点振动速度控制标准，如某一建筑抗振设防标准为7度，则该建筑物的爆破质点振动速度为24cm/s。 3、可以借鉴103标段西工区间“下穿危房区控制爆破振动做法”，改进本标段施工工艺。4、加强作业组织领导，严格操

10、作规程、实行岗位责任制。爆破班组、穿孔班组要按设计施工。建议编拟一种作业流程登记表，用以规范标准化施工。表内可标注掌子面所处的里程位置、作业时间、作业班组；规定穿孔的位置、数量、角度、深度、单孔装药量、最大分段药量、炮孔填塞长度、起爆网络连接样式、监控数据等以及责任人、监理人对作业质量的结论。流程登记表可作为资料备案备查。5、开展技术创新，探索和实践非电导爆孔内、孔外微差网络；改进装药和填塞作业方法，最大限度控制单段药量，降低爆破产生的有害效应，确保施工安全。一、工程概况 危房段位于区间DK12+552DK12+610,距竖井约150m，长约58m；区间左线位于房屋左侧（外侧）水泥路下方、埋深

11、15m16m；右线位于房屋正下方，埋深14m15m；左右线线间距12m，净间距6m。整个房屋建筑区域呈三角形。该住宅区危房均系砖混结构，为陈年老房，部分已经有明显的裂缝。一、工程概况一、工程概况 危房段位于区间DK12+552DK12+610,距竖井约150m，长约58m；区间左线位于房屋左侧（外侧）水泥路下方、埋深15m16m；右线位于房屋正下方，埋深14m15m；左右线线间距12m，净间距6m。整个房屋建筑区域呈三角形。该住宅区危房均系砖混结构，为陈年老房，部分已经有明显的裂缝。一、工程概况成功试验案例西安路站至功成街站穿越危房爆破设计一、工程概况 该地段上覆第四系人工素填土、卵石层，下伏

12、震旦系长岭子组中微风化板岩，强微风化碎裂状板岩，区间洞身主要为中风化碎裂状板岩，综合级别为V级。 地下水类型主要为土层孔隙水和基岩裂隙水，孔隙水主要赋存于第四系素填土及卵石中，透水性强，水量丰富；基岩裂隙水主要赋存于强中风化板岩中，水量丰富，隧道开挖时可形成水流，丰水期可形成涌水。近期施工来看，临近危房处掌子面施工时未出现任何细微水流，水量极少。一、工程概况危房区平面位置一、工程概况危房区平面位置一、工程概况危房区平面位置西功区间右线西功区间左线一、工程概况危房照片一、工程概况危房照片一、工程概况危房照片一、工程概况危房区纵断面图二、试验目的 本区间掘进施工采用钻爆开挖法，在爆破过程中，所产生

13、的振动波经洞身上方地层传至地面，对上方人员及建筑物都有一定的影响，特别是对该地段破旧危房带来了一定的破坏力。在此之前，业主及施工单位曾多次与危房住户进行协商，试求将危房进行拆迁，以消除爆破施工给危房及人员带来安全隐患。但由于各种原因，房屋拆迁存在极大的困难。因此，必须在施工过程中控制爆破振速来保障破旧房屋及人员的安全。在制定一套爆破控制实施方案以后，需对现场进行几次试验以验证方案在施工过程中的可操作性。该方案试验的成功，不仅对本标段过危房区施工有着重要的意义，也对整个大连地铁类似安全风险大的地下工程施工也有着一定的参考和指导意义。二、试验目的三、试验过程及结论 对人员进行教育、培训。首先使其认

14、识到试验的必要性和重要性，从现场管理人员到实际操作工人如打眼爆破工等进行深刻的教育和劝告，从思想上让他们改变观念，积极配合我们的试验。其次，对他们进行试验程序、操作技巧及要求和试验过程中需要注意的一些问题进行培训，以提高试验效率。再对试验参与人员进行一些任务分工：项目工程部长（刘书荣）总体指挥该试验，具体指导试验思路和总结试验效果；工区经理（张春民）负责总体组织实施，具体安排试验时间和试验人员；工区总工（程国龙）负责技术落实，具体对爆破参数进行交底和爆破监测；爆破工程师（廖军）负责爆破施工，具体落实工人钻眼、装药、连接爆破网络等。试验准备阶段1.试验准备阶段 准备好钻眼设备，按照爆破设计准备充

15、足所需爆破器材，如多段位微差毫秒雷管、炸药、堵塞炮孔用的土卷或者细沙以及试验所需其他辅助器材。器材准备试验准备阶段 整个试验分三次进行。第一次试验在原有设计方案的基础上减少爆破进尺和单孔装药量。进尺控制在0.5m，具体参数如下：掏槽眼采用4孔矩形掏槽，钻眼深度为1000，水平间距1600，上下间距400；扩槽眼和辅助眼深700，间距400600；周边眼深700，间距400；底板眼深700，间距550。第一次试验2.试验阶段2.1第一次试验掏槽眼布置第一次试验炮眼布置第一次试验布眼参数表眼类别雷管段位炮眼个数眼深mm单孔装药(卷)单孔装药量(kg)单段装药量(kg)备注掏槽眼14100030.6

16、2.4扩槽眼3670020.42.4辅助眼5470010.20.87670010.21.291270010.22.411670010.21.2底板眼13670020.42.4周边眼15247000.750.153.6拱脚处周边眼装2卷药合计6816.4第一次试验孔内微差毫秒雷管和炸药装好后，将所有引线扎成一把，最后用小段位雷管进行联接，最后连至起爆器接头。起爆网络与第三方监测和大连理工共四台监测仪器，分部布置于爆破位置正上方危房区各个不同点位。振速监测2010年11月14号下午，爆破里程：左线区间DK12+542542.5。爆破时间第一次试验获得大于0.5m的进尺，爆破振速分别测得为2.4,2

17、.46,3.6,5.2（单位cm/s）。爆破效果通过进尺观察和爆破监测振速数据分析可知，该地段岩层按0.5m进尺可进一步减少炸药用量，为了获得较小的爆破振速，采取减小单段起爆炸药量。效果分析第一次试验2.2第二次试验 第二次试验在第一次的基础上减少单孔装药量，改变爆破次数和起爆网络。进尺仍然控制在0.5m，为了减小掏槽爆破振速，采用先进行掏槽后爆破辅助周边眼及底板眼的两次爆破方法，将炮眼打好后，将掏槽眼装药进行松动爆破，放炮后，用机械和人工进行掏槽，为后续辅助眼爆破提供较好的临空面，然后再对辅助眼、底板眼和周边眼装药，联接起爆网络，进行第二次起爆。 具体参数如下： 掏槽眼采用4孔矩形掏槽，钻眼

18、深度为1000，水平间距1400，上下间距400； 扩槽眼和辅助眼深700，间距400600； 周边眼深700，间距400； 底板眼深700，间距550。第二次试验掏槽眼布置第二次试验布眼参数表眼类别雷管段位炮眼个数眼深mm单孔装药(卷)单孔装药量(kg)单段起爆装药量(kg)备注掏槽眼12100020.40.83210001.50.30.65270010.20.47270010.20.49270010.20.4辅助眼147000.750.150.6367000.750.150.9567000.750.150.9767000.750.150.91367000.750.150.9底板眼96700

19、1.50.31.2周边眼13127000.50.11.215127000.50.11.2拱脚处周边眼装2卷药合计6810.4第二次试验炮眼布置第二次试验 第一次掏槽爆破采用孔内微差，用1、3、5、7、9段毫秒雷管进行联接起爆；第二次爆破采用孔内微差和孔外微差结合的方法进行起爆，将周边眼引线扎成一把后用1段雷管进行联接，再将该1段雷管引线和其他辅助眼、底板眼雷管引线扎成一把进行引爆。最后用小段位雷管进行联接，至起爆器接头。起爆网络第二次试验起爆网络第二次试验 合同第三方监测和大连理工共四台监测仪器，分部布置于爆破位置正上方危房区各个不同点位。振速监测 2010年11月17号上午，爆破里程：左线区

20、间DK12+543.5544。爆破时间第二次试验 获得0.5m的理想进尺，第一次起爆振速分别测得为0.3,0.99,0.89，第二次起爆振速分别测得为：0.2,0.49,0.45,0.9（单位cm/s）。爆破效果通过进尺观察和爆破监测振速数据分析可知，该地段岩层按0.5m进尺效果较好，但是爆破振速尚需进一步减小；从数据上可知，较大振速主要来自掏槽爆破，为了获得更小的爆破振速，可进行增加起爆段位，同时减小掏槽眼装药量，以减小爆破振速 。 效果分析第二次试验2.3第三次试验 第三次试验在第二次的基础上改变起爆网络以减小单段起爆药量。进尺仍然控制在0.5m，仍然采用先进行松动掏槽，然后爆破辅助周边眼

21、及底板眼的两次爆破方法，将炮眼打好后，将掏槽眼装药进行松动爆破，放炮及用机械和人工进行掏槽清渣，为后续辅助眼爆破提供较好的临空面，然后再对辅助眼、底板眼和周边眼装药，联接起爆网络，进行第二次起爆。具体参数如下：掏槽眼采用4孔矩形掏槽，钻眼深度为1000，水平间距1400，上下间距400；扩槽眼和辅助眼深700，间距400600；周边眼深700，间距400；底板眼深700，间距550。第三次试验掏槽眼布置第三次试验掏槽眼布置第三次试验布眼参数表眼类别雷管段位炮眼个数眼深mm单孔装药(卷)单孔装药量(kg)单段起爆装药量(kg)备注掏槽眼1210001.50.30.632100010.20.452

22、70010.20.47270010.20.49270010.20.4辅助眼327000.750.150.3427000.750.150.3537000.750.150.45637000.750.150.45737000.750.150.45837000.750.150.45937000.750.150.451037000.750.150.451137000.750.150.451237000.750.150.45第三次试验布眼参数表底板眼1127001.50.30.61327001.50.30.61427001.50.30.6周边眼10370010.20.611370010.20.612470

23、00.750.150.61347000.750.150.61447000.750.150.61547000.750.150.61627001.50.30.6合计6812.4第三次试验 第一次掏槽爆破采用孔内微差，用1、3、5、7、9段毫秒雷管进行联接起爆；第二次爆破采用孔内微差和孔外微差结合的方法进行起爆，将周边眼引线扎成一把后用1段雷管进行联接，再将该1段雷管引线和其他辅助眼、底板眼雷管引线扎成一把进行引爆。最后用小段位雷管进行联接，至起爆器接头。起爆网络第三次试验起爆网络第三次试验 合同第三方监测和大连理工共四台监测仪器，分部布置于爆破位置正上方危房区各个不同点位。爆破监测 通过进尺爆破效

24、果：获得0.5m比较理想进尺，第一次起爆振速分别测得为0.6,0.76,0.84，第二次起爆振速分别测得为：0.35,0.58,0.43（单位cm/s）。具体见下表：爆破时间爆破时间：2010年11月25号下午，爆破里程：左线区间DK12+556556.5。爆破效果第三次试验爆破效果第一次爆破测速结果表实验设备采样率采样长度采样延时地质描述爆破地震总时长（s）爆破测震仪2K2s 仪器编号测点编号垂直速度VZ(cm/s)垂直频率（Hz）纬向速度Vy（cm/s）纬向频率（Hz）径向速度Vx（cm/s）径向频率（Hz）合速度VH（cm/s）安全振动速度标准（cm/s）备注10490.760683.3

25、330.3847100.0000.640550.0000.769220500.844135.7140.516952.6320.527052.6320.859030510.765431.2500.328858.8230.305162.5000.7729第二次爆破测速结果表实验设备采样率采样长度采样延时地质描述爆破地震总时长（s）爆破测震仪2K2s 仪器编号测点编号垂直速度VZ(cm/s)垂直频率（Hz）纬向速度Vy（cm/s）纬向频率（Hz）径向速度Vx（cm/s）径向频率（Hz）合速度VH（cm/s）安全振动速度标准（cm/s）备注1NO.0520.355541.6670.160566.667

26、0.226283.3340.36672NO.0530.587983.3330.450383.3340.394390.9100.59343NO.0540.432347.6190.256858.8240.228452.6320.4433第三次试验 第一次爆破效果分析：在第一次掏槽松动爆破后，通过现场观察，效果较好，但由于是松动爆破及该处岩层较硬，必须用挖机将松动的碎块清理。效果分析第三次试验 爆破监测振速数据分析可知，采用该爆破方案，按0.5m进尺，通过控制单段起爆药量不大于0.4kg，加上机械和人工辅助掏槽，可将爆破振速降低至0.50.6cm/s左右，但是实际操作过程中需要增加人力和机械成本投入

27、。试验结论3.试验结论四、试验中控制要点 1、精心组织，合理安排，以形成有条不紊的作业秩序，避免施工过程中因人员安排不当造成作业混乱，工序衔接不顺畅的现象。 2、松动掏槽是该方法的关键，钻眼深度及掏槽眼间距和钻眼角度要严格控制，以获得最好的松动效果。 3、炮眼装药后，要用预先做好的专用泡泥进行炮眼堵塞，不仅可以减少炸药的浪费，还能充分利用炸药的功效而降低爆破振速。 4、为了或得较小的爆破振速，控制单段起爆装药量，采用孔外微差和孔内微差相结合的起爆网络联接方式很关键，避免不同段位雷管孔外叠加后出现同时起爆的现象。五、该方案的安全、技术、经济意义 原来爆破采用1m的进尺，从钻眼、爆破、排烟出渣、立架喷浆支护循环进尺时间为22.5小时；该方法采用0.5m的进尺，循环时间需要15.5小时，完成1m需要31小时，效率为原来的72%，施工进度稍有降低；循环时间具体见下表：工序钻眼装药爆破排烟扒渣出渣立架 打锚杆小导管喷砼注浆合计(小时)原方案时间3293.5522.5新方案时间23.552315.5 该方案由于使爆破振速大大降低至0.50.6，在掌子面上方地面只能感觉到很小的震动，对破旧房屋及人员安全几乎不产生影响，其安全性得到了有效的保障；在爆破过程中，增加了许多雷管段位和数量，同时在掏槽和其他过程控制中也耗费一定的机械和人工