吕梁山小断面隧道复杂爆破设计*

朱长江，庞志刚

（1.甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025；2.山西宏安爆破工程有限公司，山西 吕梁 033000）

吕梁山隧道位于山西省吕梁市离石区，吕梁山区的工程地质条件比较复杂，施工难度较大，如果按照以往单一的爆破施工设计，则很可能出现爆破施工事故。因此，本次隧道爆破设计重点根据不同围岩类型进行了爆破参数的分类设计和数码电子雷管微差分段设计。

1 吕梁山隧道概况及工程地质条件

吕梁山隧道掘进断面面积为6.76 m2，属小断面隧道，其起点在离石区寨子沟，终点在离石区牛家岭，该隧道所处地貌单元为梁峁状中低山区和剥蚀低中山地区，部分地区为黄土覆盖。该隧道位于吕梁市离石区，四季变化明显，属于暖温带大陆性的干旱半干旱季风气候。该隧道地处山西地震带西部，地震活动相对较弱，一般均小于5 级，离石区的地震云峰加速度为0.05，地震动反应谱特征周期为0.45 s，对应地震基本烈度为6 度。

本标段隧道地形起伏相对较大，岩体物理风化剥蚀作用比较强烈，在山体表层上，风化堆积物或强风化壳较为发育，遇到集中降雨后，基岩表面的强风化壳和坡面风化堆积物可能发生山体坍塌与滑坡，要预防地质灾害安全隐患。

根据隧道区域岩性组成构造分析可知，这部分山体主要是由片麻岩组成，山坡表层岩体风化作用比较强烈，裂隙相对发育，如遇降水，水流会沿裂隙下渗向地下深部进行补给。吕梁山隧道穿过多个常年流水沟谷，岩体富水性一般，汇水区域较明确，但汇水面积较大，隧道区域水文地质条件比较复杂[1-2]。

2 隧道掘进爆破设计

为了提高吕梁山隧道的开挖质量与效率，在掘进中必须要参照合理的爆破参数进行施工，因此在隧道掘进前，爆破专业人士要做钻孔爆破设计和试验。爆破设计的具体步骤包括中心孔的掏槽方式、辅助孔和周边孔的炮眼布置、装药结构和装药量以及炮孔堵塞方式、起爆方法和起爆顺序等。做爆破试验前，先根据以往爆破设计经验，按照爆破施工要求初选各项爆破设计参数，再进行多次小规模的爆破试验，选出合理的隧道爆破设计参数，以保障隧道施工质量与施工安全[3-5]。

2.1 钻孔方式选择设计

根据吕梁山隧道工程地质条件及其掘进断面的大小，中心孔宜采用单空孔直桶菱形掏槽方式，布置在开挖隧道断面中心位置，其装药长度比例原则上不低于原炮孔深度的90%，到中心孔最近的空孔距离不大于中心孔孔径的1.5 倍。

2.2 爆破参数设计

网络起爆所用火工材料为数码电子雷管专用起爆器、标准铜芯电线、2 号岩石乳胶炸药和数码电子雷管。爆破参数设计包括2 号岩石乳胶炸药消耗总量、单孔装药量、隧道断面总钻孔数量、一次开挖循环炸药量、辅助孔平均炸药量、周边孔平均炸药量、中心孔的选型以及中心孔炸药量等。

爆破岩体的炸药消耗量，取决于岩体性质、隧道断面面积大小、所打炮孔质量和深度以及中心孔掏槽方式等因素。根据隧道断面面积大小，可以先按照经验公式计算再做适当调整后取值，也可以直接查爆破手册等书籍获得，具体各项爆破参数取值见表1。

表1 各类围岩段隧道掘进爆破参数明细表

2.3 炮孔分布及数量设计

根据隧道爆破参数设计情况，对隧道的炮孔孔位进行了布置。炮眼分布间距的合理性非常重要，会直接影响到炸药能否分布均匀，进而影响到爆破块度的均匀度。同样，炮眼数量的设计也非常关键，会影响到凿岩爆破的工作量和爆破效果，进而影响到隧道成型和施工进度。下面根据经验公式，专门做了炮眼数量的计算，在施工中需要根据施工情况做好参数调整，以取得良好的爆破效果。

炮眼数量N 的计算公式为

式中：q 为炸药单耗量，Ⅲ类围岩取q=1.16 kg/m3，Ⅳ类围岩取q=0.99 kg/m3，与此同时Ⅴ类围岩取q=0.63 kg/m3；s 为开挖面积，Ⅲ类围岩s≈13.09 m2，Ⅳ类围岩s≈14.00 m2，Ⅴ类围岩s≈14.93 m2；r为每1 m 长度炸药的质量，2 号岩石乳化炸药的r=0.75 kg/m；η 为炮眼装药系数，Ⅲ类围岩η=0.45，Ⅳ类围岩η=0.43，Ⅴ类围岩η=0.38。

经计算可知：III 类围岩N=45，共布孔45 个（不包括中心孔）；IV 类围岩N=43，共布孔43 个（不包括中心孔）；V 类围岩N=33，共布孔33 个（不包括中心孔）。

2.4 钻孔、装药、堵塞炮孔与联网起爆等注意事项

本工程隧道掘进采用全液压凿岩台车进行钻孔，钻孔时分上、下两个平台同时进行，钻孔过程中要注意检查钻孔角度，钻孔的孔位偏差要控制在爆破技术规范所规定的允许偏差范围内，以保证爆破施工效果。

钻孔完毕后，进行清孔，然后根据计算好的药量对各孔进行装药。周边孔采用不耦合装药的装药结构，孔口装半个药卷，装药后，用自制炮泥将孔口封堵好。

2.5 起爆及爆破减振措施

本工程隧道掘进工程分5 段起爆，起爆顺序是从中心孔向周围先后起爆，具体起爆顺序是首先起爆中心孔，其次起爆辅助孔，再次起爆顶部及两边的光爆孔，最后起爆底部炮孔。

由于吕梁山山体风化较为严重，工程地质条件不好，为了保证本次隧道掘进爆破工程施工的安全顺利进行，爆破施工人员进行了大量的爆破振动测试。通过调整数码电子雷管的微差分段延时，以达到其引爆炸药后，爆炸产生的爆破振动波互相干扰而使部分爆破能量得以抵消的效果，减小了炸药爆炸对隧道周围岩石的破坏。多次爆破减振试验表明，设置数码电子雷管的微差分段延时为30~50 ms 时，对隧道围岩破坏性最小，掘进爆破的减振效果最好。

3 结束语

由于吕梁山区的工程地质条件比较复杂，因此吕梁山隧道虽然断面面积较小，但是施工难度大。本次隧道爆破设计根据隧道内不同围岩类型进行了爆破参数的分类设计，通过隧道爆破现场施工效果来看，隧道实施分类爆破后，Ⅳ类围岩尤其是Ⅴ类围岩的稳固性有所提高；然后通过数码电子雷管的分段微差延时设计，减小了炸药爆破后产生的振动对隧道岩石稳固性的破坏。因此，本次隧道爆破设计既保证了隧道掘进施工的安全和效率，又节省了企业的施工成本。