摘要：基于在建隧道，对隧道施工中的爆破施工方案进行研究和分析，介绍了隧道、工程地质和水文地质的基本情况，对爆破方案中的爆破要点、钻爆设计、爆破振动监测、爆破数据处理等关键技术问题进行了阐述，为隧道建设工程提供参考。
关键词：爆破施工；钻爆设计；振动监测
0 引言
随着“一带一路”战略的实施，中西部基础设施建设规模逐步扩大，交通建设方面飞速发展，其中隧道里程所占的比例也越大。为保持我国经济持续稳定增长，需设计及修建大量的铁路、公路隧道。随着隧道工程开发规模的不断扩大，隧道修建时与已有隧道邻近会增加新建隧道的工程爆破施工风险和施工难度。
关于隧道的施工爆破技术的现有研究中，李玉磊将爆破振动监测试验数据同数值模拟结果进行分析对比后，提出了预留侧向台阶土体的小间距隧道爆破施工工序；孙箭林采用ABAQUS软件建模和青岛地铁二号线隧道工程实例情况提出了求施以最大进尺和爆破工法的极限距离，来减少进尺荷载的措施；醋经纬依托兰州枢纽北环隧道上穿红山顶隧道工程，综合爆破振动理论、现场实测、数值模拟三个方面，研究小净距空间交叉隧道爆破施工控制技术。
本文依托实际工程的基本情况，对爆破方案中的爆破要点、钻爆设计、爆破振动监测、爆破数据处理等关键技术问题进行了阐述，为隧道建设工程提供参考。
1 工程概况
某隧道全长1126m，为单线隧道。其所在位置平均海拔440～560m，埋深最大和最小分别为220m和10m。进出口均位于斜坡上。洞身穿越两断层，2处节理密集带。在建隧道与既有隧道相邻最小间距42.07m，隧道位置及平面位置关系图如图1、图2。施工时可能会发生坍塌、突泥、涌水等问题，同时需考虑对建成隧道的影响，施工技术复杂，施工难度大。
隧道施工范围内地质土层主要为第四系全新统坡积膨胀土、寒武系片岩、片岩夹灰岩夹板岩，构造岩主要为压碎岩、断层角砾。隧址区洞身浅埋段为干沟，进、出口冲沟不发育，存在基岩裂隙水，构造裂隙水及岩溶水。在断层带段落，灰岩段为中等富水区，其他段为弱富水区。地下水Cl-含量11.7mg/L，SO42-含量71.1mg/L。
2 方案选择
方案的可行性要符合实际情况，不适应进度或不经济的方案应该直接予以剔除。考虑工程进度（见表1）和围岩开挖费用（见表2）后，从控制爆破、机械开挖、静态爆破和机械配合静态爆破这四种方案中选取控制爆破施工方案。
根据表1可以得知，控制爆破方案开挖进度最快，可缩短工期。
根据表2可以得知，控制爆破方案开挖费用最少，可节约经济成本。
综合上述两方面数据，可以得知此隧道出口临近营业线采取控制爆破方案最为合适，故选取控制爆破施工方案作为此隧道出口临近营业线的施工方案。
3 爆破方案
考虑临近建成隧道资料、在建隧道开挖情况和建成隧道控爆方案专家意见，隧道开挖采用机械开挖隔震槽结合控制爆破的方式，减弱对既有隧道的爆破震动，爆破震速宜按5cm/s控制。隧道隔振槽深度不小于每循环开挖进尺，宽度不小于0.5m，确保既有隧道加固段落超前20m以上。
根据设计与实际情况Ⅴ级围岩采用三台阶留核心土法施工。施工严格按照“先加固、后开挖、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、衬砌紧跟”的原则组织施工。开挖工序见图3所示。
3.1 三台阶法开挖
Ⅴ级围岩采用三台阶法开挖光面爆破时，采用楔形掏槽，周边眼采用不耦合装药，装药结构见周边眼采用装药和辅助眼装药结构图，如图4。
3.2 爆破控制要点
①采用光面爆破技术和微震控制爆破技术，严格控制装药量，以减小对围岩的扰动，控制超欠挖，控制洞碴粒径以利于挖掘机、装载机装碴。
②隧道开挖每个循环都进行施工测量，控制开挖断面，在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置，误差不超过5cm。并采用激光准直仪控制开挖方向。
③钻眼按设计方案进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制3°～4°以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20cm。
④装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。装药时，专人分好段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装药后用炮泥堵塞。
0 引言
随着“一带一路”战略的实施，中西部基础设施建设规模逐步扩大，交通建设方面飞速发展，其中隧道里程所占的比例也越大。为保持我国经济持续稳定增长，需设计及修建大量的铁路、公路隧道。随着隧道工程开发规模的不断扩大，隧道修建时与已有隧道邻近会增加新建隧道的工程爆破施工风险和施工难度。
关于隧道的施工爆破技术的现有研究中，李玉磊将爆破振动监测试验数据同数值模拟结果进行分析对比后，提出了预留侧向台阶土体的小间距隧道爆破施工工序；孙箭林采用ABAQUS软件建模和青岛地铁二号线隧道工程实例情况提出了求施以最大进尺和爆破工法的极限距离，来减少进尺荷载的措施；醋经纬依托兰州枢纽北环隧道上穿红山顶隧道工程，综合爆破振动理论、现场实测、数值模拟三个方面，研究小净距空间交叉隧道爆破施工控制技术。
本文依托实际工程的基本情况，对爆破方案中的爆破要点、钻爆设计、爆破振动监测、爆破数据处理等关键技术问题进行了阐述，为隧道建设工程提供参考。
1 工程概况
某隧道全长1126m，为单线隧道。其所在位置平均海拔440～560m，埋深最大和最小分别为220m和10m。进出口均位于斜坡上。洞身穿越两断层，2处节理密集带。在建隧道与既有隧道相邻最小间距42.07m，隧道位置及平面位置关系图如图1、图2。施工时可能会发生坍塌、突泥、涌水等问题，同时需考虑对建成隧道的影响，施工技术复杂，施工难度大。
隧道施工范围内地质土层主要为第四系全新统坡积膨胀土、寒武系片岩、片岩夹灰岩夹板岩，构造岩主要为压碎岩、断层角砾。隧址区洞身浅埋段为干沟，进、出口冲沟不发育，存在基岩裂隙水，构造裂隙水及岩溶水。在断层带段落，灰岩段为中等富水区，其他段为弱富水区。地下水Cl-含量11.7mg/L，SO42-含量71.1mg/L。
2 方案选择
方案的可行性要符合实际情况，不适应进度或不经济的方案应该直接予以剔除。考虑工程进度（见表1）和围岩开挖费用（见表2）后，从控制爆破、机械开挖、静态爆破和机械配合静态爆破这四种方案中选取控制爆破施工方案。
根据表1可以得知，控制爆破方案开挖进度最快，可缩短工期。
根据表2可以得知，控制爆破方案开挖费用最少，可节约经济成本。
综合上述两方面数据，可以得知此隧道出口临近营业线采取控制爆破方案最为合适，故选取控制爆破施工方案作为此隧道出口临近营业线的施工方案。
3 爆破方案
考虑临近建成隧道资料、在建隧道开挖情况和建成隧道控爆方案专家意见，隧道开挖采用机械开挖隔震槽结合控制爆破的方式，减弱对既有隧道的爆破震动，爆破震速宜按5cm/s控制。隧道隔振槽深度不小于每循环开挖进尺，宽度不小于0.5m，确保既有隧道加固段落超前20m以上。
根据设计与实际情况Ⅴ级围岩采用三台阶留核心土法施工。施工严格按照“先加固、后开挖、弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、衬砌紧跟”的原则组织施工。开挖工序见图3所示。
3.1 三台阶法开挖
Ⅴ级围岩采用三台阶法开挖光面爆破时，采用楔形掏槽，周边眼采用不耦合装药，装药结构见周边眼采用装药和辅助眼装药结构图，如图4。
3.2 爆破控制要点
①采用光面爆破技术和微震控制爆破技术，严格控制装药量，以减小对围岩的扰动，控制超欠挖，控制洞碴粒径以利于挖掘机、装载机装碴。
②隧道开挖每个循环都进行施工测量，控制开挖断面，在掌子面上用红油漆画出隧道开挖轮廓线及炮眼位置，误差不超过5cm。并采用激光准直仪控制开挖方向。
③钻眼按设计方案进行。钻眼时掘进眼保持与隧道轴线平行，除底眼外，其它炮眼口比眼底低5cm，以便钻孔时的岩粉自然流出，周边眼外插角控制3°～4°以内。掏槽眼严禁互相打穿相交，眼底比其它炮眼深20cm。
④装药前炮眼用高压风吹干净，检查炮眼数量。装药时，专人分好段别，按爆破设计顺序装药，装药作业分组分片进行，定人定位，确保装药作业有序进行，防止雷管段别混乱，影响爆破效果。每眼装药后用炮泥堵塞。
⑤起爆采用复式网络、导爆管起爆系统，联接时，每组控制在12根以内；连接导爆管使用相同的段别，且使用低段别的导爆管。导爆管连接好后有专人检查，检查连接质量，看是否有漏连的导爆管，检查无误后起爆。
3.3 爆破标准
开挖断面不得欠挖；炮眼利用率在95%以上，光爆的半壁炮眼留痕率Ⅴ级围岩在80%以上；相邻两循环炮眼衔接台阶不大于150mm；爆破岩面最大块度不大于300mm。
3.4 安全用药量和炮孔装药量
依据《爆破安全规程》，可以初步计算隧道掘进爆破炸药安全用量，确定循环进尺。
通过安全用量公式
计算得出不同距离下，在确保既有线隧道二次衬砌爆破振速V不大于10cm/s的条件下，最大起爆炸药用量。当Ⅴ围岩加强复合式衬砌R=38.76m，时Qmax=327.18kg，Ⅴ围岩加强复合式衬砌R=60m，时Qmax=998.1kg。
3.5 非电毫秒雷管的选用
导爆管为非电起爆系统中的毫秒雷管1-7段，其间隔时间小于50ms；而7段之后，段与段起爆间隔大于50ms。根据隧道爆破掘进时，实际爆破情况表明起爆间隔大于50ms，爆破振动基本不叠加这一规律，现场爆破时采用分段起爆，保证同一段别雷管同时起爆炸药用量均在安全用药量范围以内。
隧道Ⅴ级围岩加强复合式衬砌每循环掘进0.6m。
3.6 微振爆破钻爆设计
光面爆破周边炮眼采用？准25mm小药卷间隔装药，导爆管、导爆索、竹片用电工胶布与炸药卷绑在一起，辅助眼采用普通装药，装药结构分别如图5、图6所示。
4 爆破振动监测
4.1 振动速度监测方案
新建隧道离既有线隧道较近，属临近既有营业线复杂环境下的隧道开挖爆破，且隧道地质条件复杂，岩性不一，爆破振动衰减规律变化不一致，因此，在试爆段需要对隧道爆破进行全程监测，其余地段每周进行复测一次。既有隧道线通车量大，新建隧道试爆期间必须在列车间隔时间进行，由于列车间隔时间较短，进入隧道安装传感器和测试仪器必须抓紧时间，提前联系好监测单位、设备管理单位、各站段。结合隧道的开挖特点、施工方法、测试条件以及振速控制要求等内容，确定监测方案如下：
①将整个隧道分成洞口和洞身二部分，监测重点是洞口部分。
②将明暗交接洞口作为试验段进行重点监测。进口段距既有隧道较近。试验段选择在进口段，试验段监测内容包括：寻找该区域的爆破振动衰减系数k、α值，为爆破设计提供依据；监测既有隧道及其附属结构的爆破振动安全，控制爆破振动速度低于10cm/s；监测洞口周边建（构）筑物的爆破振动安全，控制爆破振动满足振速控制要求。为准确获得该区域的爆破振动衰减规律，传感器安装在既有隧道边墙的拱腰部位，一次安设4个传感器，传感器之间的距离如图7所示，这样一次监测的隧道掘进长度为105m，所获得的爆破振动衰减系数k、α值能正常反映本区域的场地条件。当开挖隧道的掌子面进洞后正式进入振动监控阶段。洞口周边建筑物的振动监测需要在保护对象附近安设传感器，获得该处的最大质点振动速度和主振频率。
③洞身作为控制区域进行监测。进入振动监控阶段，在既有隧道的边壁上每隔50m安装一个传感器，每个掌子面前后共安装4个传感器，位置如图8。每次爆破均进行遥控监测，每次爆破监测数据均通过无线数据传输进行收发，既有隧道的爆破振动速度控制在10cm/s以内。
爆破振动强度用介质质点的运动物理量来描述，包括质点位移、速度和加速度。但大量工程实践观测表明，爆破地震破坏程度与振动速度大小的相关性比较密切，故在实际测试中，大都采用质点振动速度作为衡量地震波强度的标准。本次测试采用质点振动速度作为主测试量，爆破振动频率作为评价隧道洞身和附属结构以及洞口周边建筑物的辅助测试量。
爆炸引起岩石内部质点振动有垂直、径向和切向三个速度分量，以往的测试数据表明，三个方向形成的合速度对爆破地震动起控制作用。因此，在本工程中，全部采用合速度作为测试量。
4.2 监测方法
以往隧道振动检测结果表明，最大爆破振动速度通常出现在拱腰的位置处，因此将传感器安装在临近开挖隧道一侧的既有隧道的墙壁拱腰上，爆破振动记录仪和无线发射装置固定在距墙角1m高的边墙上。传感器在墙壁上安装必须牢靠，安装方法为在隧道壁上钻孔，埋入螺栓，在孔中灌入水泥砂浆固定，在传感器底部焊接螺母，利用螺母与边墙处螺栓连接固定传感器。为防止爆破振动记录仪和无线发射装置被损坏，在其外部罩一铁皮方盒，铁皮方盒锚固在边墙上。测试时，准确记录各传感器距洞口的距离，以便根据爆区的位置，准确计算爆区与测试点之间的距离。
对洞口周边建（构）筑物进行监测时，传感器布置在需保护的建（构）筑物距爆区的最近点处；测点尽可能布置在基岩上，找不到基岩的区域将爆破振动监测点布置在压实的路面上；准确测出测点的位置，确定至爆源的距离；所有传感器用石膏粉牢固粘结在地表，传感器至记录仪的传输信号线长度小于5m，避免长距离的信号衰减。
4.3 监测数据的处理
①回归爆破振动衰减规律
将收集得到的数据按下式进行回归分析，找出该区域的爆破振动衰减系数k、α值。
式中：V―爆破振动速度最大值（cm/s）；Q―同段别雷管同时起爆炸药安全用量（kg）；R―爆破区药量分布的几何中心至既有隧道边墙的距离（m）；K、α―与地形、地质条件相关的系数。
②对比既有隧道的爆破振动速度是否小于10cm/s。
③判别被保护的建（构）筑物的爆破振动是否满足要求。各种建（构）筑物的爆破振动安全判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率为指标，将监测结果与《爆破振动安全允许标准》数据进行对比，即可得到爆破振动是否对周围建（构）筑物造成影响。
④将上述得到的数据及时反馈，指导爆破设计和施工。
5 结论
爆破控制技术是隧道建设施工中必不可少的技术，虽然只是整体施工中的一道工序，但对整个隧道工程极其重要。由于爆破控制技术具有技巧性、灵活性和因地制宜性，故需根据具体工程条件，制定合适的爆破控制方案。本文通过对隧道爆破施工方案的设计，为今后类似工程提供一些参考。
参考文献：
[1]汪旭光.中国典型爆破工程与技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[2]汪旭光.中国工程爆破与爆破器材的现状及展望[J].工程爆破，2007（4）：01-08.
[3]黄选军，梁进.邻近营业线隧道小净距控制爆破施工技术[J].铁道建筑技术，2014（07）：01-06.
[4]张超.既有隧道对临近爆破的振动响应研究[D].西安建筑科技大学，2012.
[5]莫永春.浙赣铁路横峰站疏解线工程邻近营业线深路堑控制爆破施工方案[J].科技与企业，2012（13）：238-239，241.
3.3 爆破标准
开挖断面不得欠挖；炮眼利用率在95%以上，光爆的半壁炮眼留痕率Ⅴ级围岩在80%以上；相邻两循环炮眼衔接台阶不大于150mm；爆破岩面最大块度不大于300mm。
3.4 安全用药量和炮孔装药量
依据《爆破安全规程》，可以初步计算隧道掘进爆破炸药安全用量，确定循环进尺。
通过安全用量公式
计算得出不同距离下，在确保既有线隧道二次衬砌爆破振速V不大于10cm/s的条件下，最大起爆炸药用量。当Ⅴ围岩加强复合式衬砌R=38.76m，时Qmax=327.18kg，Ⅴ围岩加强复合式衬砌R=60m，时Qmax=998.1kg。
3.5 非电毫秒雷管的选用
导爆管为非电起爆系统中的毫秒雷管1-7段，其间隔时间小于50ms；而7段之后，段与段起爆间隔大于50ms。根据隧道爆破掘进时，实际爆破情况表明起爆间隔大于50ms，爆破振动基本不叠加这一规律，现场爆破时采用分段起爆，保证同一段别雷管同时起爆炸药用量均在安全用药量范围以内。
隧道Ⅴ级围岩加强复合式衬砌每循环掘进0.6m。
3.6 微振爆破钻爆设计
光面爆破周边炮眼采用？准25mm小药卷间隔装药，导爆管、导爆索、竹片用电工胶布与炸药卷绑在一起，辅助眼采用普通装药，装药结构分别如图5、图6所示。
4 爆破振动监测
4.1 振动速度监测方案
新建隧道离既有线隧道较近，属临近既有营业线复杂环境下的隧道开挖爆破，且隧道地质条件复杂，岩性不一，爆破振动衰减规律变化不一致，因此，在试爆段需要对隧道爆破进行全程监测，其余地段每周进行复测一次。既有隧道线通车量大，新建隧道试爆期间必须在列车间隔时间进行，由于列车间隔时间较短，进入隧道安装传感器和测试仪器必须抓紧时间，提前联系好监测单位、设备管理单位、各站段。结合隧道的开挖特点、施工方法、测试条件以及振速控制要求等内容，确定监测方案如下：
①将整个隧道分成洞口和洞身二部分，监测重点是洞口部分。
②将明暗交接洞口作为试验段进行重点监测。进口段距既有隧道较近。试验段选择在进口段，试验段监测内容包括：寻找该区域的爆破振动衰减系数k、α值，为爆破设计提供依据；监测既有隧道及其附属结构的爆破振动安全，控制爆破振动速度低于10cm/s；监测洞口周边建（构）筑物的爆破振动安全，控制爆破振动满足振速控制要求。为准确获得该区域的爆破振动衰减规律，传感器安装在既有隧道边墙的拱腰部位，一次安设4个传感器，传感器之间的距离如图7所示，这样一次监测的隧道掘进长度为105m，所获得的爆破振动衰减系数k、α值能正常反映本区域的场地条件。当开挖隧道的掌子面进洞后正式进入振动监控阶段。洞口周边建筑物的振动监测需要在保护对象附近安设传感器，获得该处的最大质点振动速度和主振频率。
③洞身作为控制区域进行监测。进入振动监控阶段，在既有隧道的边壁上每隔50m安装一个传感器，每个掌子面前后共安装4个传感器，位置如图8。每次爆破均进行遥控监测，每次爆破监测数据均通过无线数据传输进行收发，既有隧道的爆破振动速度控制在10cm/s以内。
爆破振动强度用介质质点的运动物理量来描述，包括质点位移、速度和加速度。但大量工程实践观测表明，爆破地震破坏程度与振动速度大小的相关性比较密切，故在实际测试中，大都采用质点振动速度作为衡量地震波强度的标准。本次测试采用质点振动速度作为主测试量，爆破振动频率作为评价隧道洞身和附属结构以及洞口周边建筑物的辅助测试量。
爆炸引起岩石内部质点振动有垂直、径向和切向三个速度分量，以往的测试数据表明，三个方向形成的合速度对爆破地震动起控制作用。因此，在本工程中，全部采用合速度作为测试量。
4.2 监测方法
以往隧道振动检测结果表明，最大爆破振动速度通常出现在拱腰的位置处，因此将传感器安装在临近开挖隧道一侧的既有隧道的墙壁拱腰上，爆破振动记录仪和无线发射装置固定在距墙角1m高的边墙上。传感器在墙壁上安装必须牢靠，安装方法为在隧道壁上钻孔，埋入螺栓，在孔中灌入水泥砂浆固定，在传感器底部焊接螺母，利用螺母与边墙处螺栓连接固定传感器。为防止爆破振动记录仪和无线发射装置被损坏，在其外部罩一铁皮方盒，铁皮方盒锚固在边墙上。测试时，准确记录各传感器距洞口的距离，以便根据爆区的位置，准确计算爆区与测试点之间的距离。
对洞口周边建（构）筑物进行监测时，传感器布置在需保护的建（构）筑物距爆区的最近点处；测点尽可能布置在基岩上，找不到基岩的区域将爆破振动监测点布置在压实的路面上；准确测出测点的位置，确定至爆源的距离；所有传感器用石膏粉牢固粘结在地表，传感器至记录仪的传输信号线长度小于5m，避免长距离的信号衰减。
4.3 监测数据的处理
①回归爆破振动衰减规律
将收集得到的数据按下式进行回归分析，找出该区域的爆破振动衰减系数k、α值。
式中：V―爆破振动速度最大值（cm/s）；Q―同段别雷管同时起爆炸药安全用量（kg）；R―爆破区药量分布的几何中心至既有隧道边墙的距离（m）；K、α―与地形、地质条件相关的系数。
②对比既有隧道的爆破振动速度是否小于10cm/s。
③判别被保护的建（构）筑物的爆破振动是否满足要求。各种建（构）筑物的爆破振动安全判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率为指标，将监测结果与《爆破振动安全允许标准》数据进行对比，即可得到爆破振动是否对周围建（构）筑物造成影响。
④将上述得到的数据及时反馈，指导爆破设计和施工。
5 结论
爆破控制技术是隧道建设施工中必不可少的技术，虽然只是整体施工中的一道工序，但对整个隧道工程极其重要。由于爆破控制技术具有技巧性、灵活性和因地制宜性，故需根据具体工程条件，制定合适的爆破控制方案。本文通过对隧道爆破施工方案的设计，为今后类似工程提供一些参考。
参考文献：
[1]汪旭光.中国典型爆破工程与技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[2]汪旭光.中国工程爆破与爆破器材的现状及展望[J].工程爆破，2007（4）：01-08.
[3]黄选军，梁进.邻近营业线隧道小净距控制爆破施工技术[J].铁道建筑技术，2014（07）：01-06.
[4]张超.既有隧道对临近爆破的振动响应研究[D].西安建筑科技大学，2012.
[5]莫永春.浙赣铁路横峰站疏解线工程邻近营业线深路堑控制爆破施工方案[J].科技与企业，2012（13）：238-239，241.