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摘要：依托国外某时速350km高速铁路某标段隧道施工工程，通过技术研究分析，结合高速铁路隧道工程特点和难点，对高速铁路隧道动态爆破设计施工技术进行总结分析，为类似工程提供借鉴。
关键词：高速铁路 隧道 动态爆破设计 施工技术
1 引言
钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键，其施工质量直接影响工程的安全、进度和施工成本等方面。为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，隧道采用微振控制爆破技术，同时开挖面周边采用光面爆破，并根据围岩情况及时修正爆破参数，减少超欠挖，以达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖轮廓线。本文结合此项目高铁隧道开挖Ⅴ级围岩所采用的交叉中隔壁法（CRD）钻爆施工爆破设计的实践经验，总结隧道动态爆破设计施工技术。
2 爆破设计原则与程序
2.1 设计原则
爆破设计应遵循以下原则：（1）炮孔布置要适合人工钻孔;（2）提高炸药能量利用率，以减少炸药用量;（3）减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓;（4）控制好起爆顺序，提高爆破效果;（5）除非围岩破碎，节理发育等不良地质外，开挖断面周边一律进行光面爆破。
2.2 设计程序
隧道爆破设计主要程序如下：
3 爆破设计方法
3.1施工相关材料及参数确定
3.1.1 爆破器材选用
爆破器材选用采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段位毫秒雷管，引爆采用电雷管。炸药采用2号乳化炸药，选用φ25、φ32两种规格，其中周边眼使用φ25药卷，掏槽眼、掘进眼使用φ32药卷。
3.1.2 设计方法
洞身内采用YT28气腿钻钻孔，采用φ42钻头，成孔直径为φ50。根据现场地质情况，洞身Ⅴ级围岩CRD法开挖，掏槽孔采用三中空直眼和斜眼掏槽，下台阶和仰拱开挖按露天台阶爆破原则进行设计。
3.2钻爆设计
根據围岩情况确定循环进尺，V级围岩循环进尺为0.6m。钻爆时炮眼利用率90%，掏槽形式采用三中空直眼掏槽或楔形掏槽。炸药选用2号乳化炸药，药卷直径为Ф25和Ф32药卷，周边眼采用不偶合间隔装药，采用光面爆破。引爆方式采用非电毫秒雷管。
（1）最小抵抗线W计算
W=（7～20）d，式中d—炮孔直径=50mm，取W=0.4m
（2）炮眼数量确定
标准直径的炮眼：（炮眼直径50mm，药包直径25mm、32mm）
N=qs/ar
式中：N—炮眼数目（个）
q—单位炸药消耗量（kg/m3），本隧取0.9kg/m3
s—开挖断面面积（m2），本隧为150m2
a—爆破振动衰减指数
r—炸药的线装药密度（kg/m）
根据设计图纸计算开挖断面尺寸S=150m2
查经验数据已知：a=0.60 r=0.75kg/m q=0.9kg/m3
N=0.9×150/（0.6×0.55）≈409（个）
拱部采用光面爆破，周边眼间距取40㎝，掏槽眼采用12 个。
（3）掏槽眼深度确定
取b=50cm a=25cm α=70°（b为炮孔排距，a为炮孔间距，α为炮孔倾角）
L=1.0/sin70°≈1.12m
（4）每一循环装药量计算
Q=qv=qSLη=0.9×150×1×0.95=128.25kg
q-爆破1m3岩石炸药的消耗量
L-计划循环进尺
S-开挖面积
η-炮眼利用率，一般为0.8～0.95， η=取0.95
采用Φ32药卷，单根长200mm净重150g。
（5）炮眼的装填系数：掏槽眼80%，辅助眼70%，顶眼60%，求出各炮眼装药量。
（6）超深：一般取0.1～0.2m，若岩石松软，取小值;若岩石完整坚硬，取大值。
（7）堵塞长度h：堵塞长度h≥40cm。
（8）装药结构及堵塞方式
周边眼装药结构采用间隔装药，底药长度0.4m，药量300g，间隔0.2m装药，每节药量150g;掏槽眼、掘进眼、辅助眼：连续装药结构，堵塞长度不少于2m，所有装药炮眼用炮泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于30cm。
（9）起爆网络设计
孔内非电毫秒导爆管分组簇联;孔外1段2发非电毫秒导爆管联接;起爆器与1段1发非电毫秒导爆管联接后形成起爆网络。起爆网络连网示意图如下：
（10）爆破参数确定
隧洞身V围岩根据设计要求及地质情况，V类围岩单循环计划进尺0.6m。根据以往经验参数及相关计算选定相关爆破参数如下表3.2 所示。
4 爆破设计动态管理
根据围岩情况需要组织开展钻爆工艺性试验，试验完成后及时总结试验并上报试验总结报告。试验时现场严格按试验计划相关参数进行钻爆施工，在后期施工中针对不同围岩不同地质情况进行及时调整，以保证施工质量，提高施工功率、保证安全、节约成本的目的。为保证现场施工质量，在过程中及时追踪及时调整，形成完整系统的动态爆破参考依据，满足全隧施工，在施工过程中采取相应措施保证爆破效果。依据试验总结报告中的相关数据，用以确定初始爆破参数，在施工过程中针对围岩实际地质情况进行调整，以达到最佳的爆破效果，此管理过程实施动态管理，主要要做好以下几个方面：
（1）依据超前地质预报情况调整爆破参数。超前地质预报是爆破动态调整的重点最基本，依据超前地质预报，及时了解前面围岩情况及地质。 （2）施工过程根据超前地质预报及洞内掌子面围岩地质素描情况，对以下参数进行调整以保证爆破效果：
A、调整周边孔线装药密度，其他参数不变;
B、周边孔线装药密度不变，调整主爆孔的参数;
C、根据爆破岩石破碎情况和抛渣情况，调整单耗药量和单响药量。
（3）现场专业工程师及时根据现场实际情况和地质情况进行技术交底及技术培训，做好技术服务和过程技术指导及质量控制，完善爆破动态技术交底书及爆破动态控制记录表，记录表包括围岩超前地质预报情况、施工部位、开挖方法、钻爆参数及掌子面地质素描情况等。
（4）过程质量控制也是爆破动态措施之一，可保证和提高施工质量。现场施工中严格按“三检制”程序进行质量过程，保证施工质量，减小隧道施工安全隐患。
（5）作为隧道爆破施工安全监控措施之一监控量测也是爆破动态调整措施之一。施工过程中做好围岩监控量测及测量工作。监控量测提供围岩变化及稳定情况，保证隧道施工安全，当围岩变形时对施工情况进行分析，找到围岩变形异常的原因，看是否与爆破有关，当有关时及时进行爆破调整。施工过程中测量队对开挖断面及时抽检并形成相关数据，作为爆破开挖质量成果衡量标准。
（6）在隧道施工过程中严格按总体施工组织设计要求，保证现场配置設备和人员，保证资源投入满足施工整体要求。
（7）现场施工中根据围岩变化情况进行施工工法优化及变更。当围岩有变化时，及时通知专业工程师，并按程序上报项目部和设计，在保证施工安全和质量前提下进行施工工法优化或变更，并根本新的施工工法进行爆破施工，为此加快施工进度，减小成本投入。
5 爆破效果评价
在实施过程中严格按照本爆破试验计划进行，同时由专业工程师到现场监督检查，确保现场试验按爆破设计意图进行。爆破后做好现场检查记录，并自评爆破效果。试验完成后由现场技术负责人、项目总工、专业工程师进行分析，完成试验效果评估及总结，根据试验总结数据对现场进行动态调整，根据动态调整措施对开挖爆破试验参数进行调整，以提高爆破质量和钻爆功效。同时加强监测及数据反馈，以便确定后续开挖、支护方案。其效果评价，主要从如下两个方面进行：
5.1 质量效果评价
爆破完成后后由测量工程师检查开挖断面，掌握断面超欠挖情况，超挖量（平均线性超挖）应控制在10cm（眼深3m）和13cm（眼深5m）以内，如出现异常，应及时分析原因并采取措施，必要时，调整爆破设计参数。
5.2 经济效果评价
将一段时间内实际炸药用量与企业施工定额消耗量进行对比，确定是否满足要求，是否实现成本控制目标。
6 结束语
爆破设计是隧道“新奥法”施工的关键技术，爆破效果直接关系到工程质量的好坏、施工进度的快慢和施工费用的高低。在施工过程的实施当中，根据阶段性的总结成果，动态调整爆破设计，使设计更加契合现场实际工作，因此在隧道开挖中，必须加强爆破施工过程控制，严格控制开挖轮廓线的划线精度、钻眼和清孔的质量、装药质量等，建立严格的施工管理制度，动态管理爆破设计，为实现最优的质量效果和最佳的经济效益提供有力的技术支持。
参考文献
[1] 《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》;
[2] 《高速铁路建设典型工程案例 隧道工程》 卢春房 编著 中国铁道出版社;
[3] 《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》;
[4] 《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）;
[5] 《爆破安全规程实施手册》。
作者简介：
万运阳（1982-），男，重庆云阳人，高级工程师，主要从事水利水电工程、高速铁路工程施工技术质量管理工作。
关键词：高速铁路 隧道 动态爆破设计 施工技术
1 引言
钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键，其施工质量直接影响工程的安全、进度和施工成本等方面。为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的振动破坏，隧道采用微振控制爆破技术，同时开挖面周边采用光面爆破，并根据围岩情况及时修正爆破参数，减少超欠挖，以达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖轮廓线。本文结合此项目高铁隧道开挖Ⅴ级围岩所采用的交叉中隔壁法（CRD）钻爆施工爆破设计的实践经验，总结隧道动态爆破设计施工技术。
2 爆破设计原则与程序
2.1 设计原则
爆破设计应遵循以下原则：（1）炮孔布置要适合人工钻孔;（2）提高炸药能量利用率，以减少炸药用量;（3）减少对围岩的破坏，周边采用光面爆破，控制好开挖轮廓;（4）控制好起爆顺序，提高爆破效果;（5）除非围岩破碎，节理发育等不良地质外，开挖断面周边一律进行光面爆破。
2.2 设计程序
隧道爆破设计主要程序如下：
3 爆破设计方法
3.1施工相关材料及参数确定
3.1.1 爆破器材选用
爆破器材选用采用塑料导爆管、毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用15段位毫秒雷管，引爆采用电雷管。炸药采用2号乳化炸药，选用φ25、φ32两种规格，其中周边眼使用φ25药卷，掏槽眼、掘进眼使用φ32药卷。
3.1.2 设计方法
洞身内采用YT28气腿钻钻孔，采用φ42钻头，成孔直径为φ50。根据现场地质情况，洞身Ⅴ级围岩CRD法开挖，掏槽孔采用三中空直眼和斜眼掏槽，下台阶和仰拱开挖按露天台阶爆破原则进行设计。
3.2钻爆设计
根據围岩情况确定循环进尺，V级围岩循环进尺为0.6m。钻爆时炮眼利用率90%，掏槽形式采用三中空直眼掏槽或楔形掏槽。炸药选用2号乳化炸药，药卷直径为Ф25和Ф32药卷，周边眼采用不偶合间隔装药，采用光面爆破。引爆方式采用非电毫秒雷管。
（1）最小抵抗线W计算
W=（7～20）d，式中d—炮孔直径=50mm，取W=0.4m
（2）炮眼数量确定
标准直径的炮眼：（炮眼直径50mm，药包直径25mm、32mm）
N=qs/ar
式中：N—炮眼数目（个）
q—单位炸药消耗量（kg/m3），本隧取0.9kg/m3
s—开挖断面面积（m2），本隧为150m2
a—爆破振动衰减指数
r—炸药的线装药密度（kg/m）
根据设计图纸计算开挖断面尺寸S=150m2
查经验数据已知：a=0.60 r=0.75kg/m q=0.9kg/m3
N=0.9×150/（0.6×0.55）≈409（个）
拱部采用光面爆破，周边眼间距取40㎝，掏槽眼采用12 个。
（3）掏槽眼深度确定
取b=50cm a=25cm α=70°（b为炮孔排距，a为炮孔间距，α为炮孔倾角）
L=1.0/sin70°≈1.12m
（4）每一循环装药量计算
Q=qv=qSLη=0.9×150×1×0.95=128.25kg
q-爆破1m3岩石炸药的消耗量
L-计划循环进尺
S-开挖面积
η-炮眼利用率，一般为0.8～0.95， η=取0.95
采用Φ32药卷，单根长200mm净重150g。
（5）炮眼的装填系数：掏槽眼80%，辅助眼70%，顶眼60%，求出各炮眼装药量。
（6）超深：一般取0.1～0.2m，若岩石松软，取小值;若岩石完整坚硬，取大值。
（7）堵塞长度h：堵塞长度h≥40cm。
（8）装药结构及堵塞方式
周边眼装药结构采用间隔装药，底药长度0.4m，药量300g，间隔0.2m装药，每节药量150g;掏槽眼、掘进眼、辅助眼：连续装药结构，堵塞长度不少于2m，所有装药炮眼用炮泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于30cm。
（9）起爆网络设计
孔内非电毫秒导爆管分组簇联;孔外1段2发非电毫秒导爆管联接;起爆器与1段1发非电毫秒导爆管联接后形成起爆网络。起爆网络连网示意图如下：
（10）爆破参数确定
隧洞身V围岩根据设计要求及地质情况，V类围岩单循环计划进尺0.6m。根据以往经验参数及相关计算选定相关爆破参数如下表3.2 所示。
4 爆破设计动态管理
根据围岩情况需要组织开展钻爆工艺性试验，试验完成后及时总结试验并上报试验总结报告。试验时现场严格按试验计划相关参数进行钻爆施工，在后期施工中针对不同围岩不同地质情况进行及时调整，以保证施工质量，提高施工功率、保证安全、节约成本的目的。为保证现场施工质量，在过程中及时追踪及时调整，形成完整系统的动态爆破参考依据，满足全隧施工，在施工过程中采取相应措施保证爆破效果。依据试验总结报告中的相关数据，用以确定初始爆破参数，在施工过程中针对围岩实际地质情况进行调整，以达到最佳的爆破效果，此管理过程实施动态管理，主要要做好以下几个方面：
（1）依据超前地质预报情况调整爆破参数。超前地质预报是爆破动态调整的重点最基本，依据超前地质预报，及时了解前面围岩情况及地质。 （2）施工过程根据超前地质预报及洞内掌子面围岩地质素描情况，对以下参数进行调整以保证爆破效果：
A、调整周边孔线装药密度，其他参数不变;
B、周边孔线装药密度不变，调整主爆孔的参数;
C、根据爆破岩石破碎情况和抛渣情况，调整单耗药量和单响药量。
（3）现场专业工程师及时根据现场实际情况和地质情况进行技术交底及技术培训，做好技术服务和过程技术指导及质量控制，完善爆破动态技术交底书及爆破动态控制记录表，记录表包括围岩超前地质预报情况、施工部位、开挖方法、钻爆参数及掌子面地质素描情况等。
（4）过程质量控制也是爆破动态措施之一，可保证和提高施工质量。现场施工中严格按“三检制”程序进行质量过程，保证施工质量，减小隧道施工安全隐患。
（5）作为隧道爆破施工安全监控措施之一监控量测也是爆破动态调整措施之一。施工过程中做好围岩监控量测及测量工作。监控量测提供围岩变化及稳定情况，保证隧道施工安全，当围岩变形时对施工情况进行分析，找到围岩变形异常的原因，看是否与爆破有关，当有关时及时进行爆破调整。施工过程中测量队对开挖断面及时抽检并形成相关数据，作为爆破开挖质量成果衡量标准。
（6）在隧道施工过程中严格按总体施工组织设计要求，保证现场配置設备和人员，保证资源投入满足施工整体要求。
（7）现场施工中根据围岩变化情况进行施工工法优化及变更。当围岩有变化时，及时通知专业工程师，并按程序上报项目部和设计，在保证施工安全和质量前提下进行施工工法优化或变更，并根本新的施工工法进行爆破施工，为此加快施工进度，减小成本投入。
5 爆破效果评价
在实施过程中严格按照本爆破试验计划进行，同时由专业工程师到现场监督检查，确保现场试验按爆破设计意图进行。爆破后做好现场检查记录，并自评爆破效果。试验完成后由现场技术负责人、项目总工、专业工程师进行分析，完成试验效果评估及总结，根据试验总结数据对现场进行动态调整，根据动态调整措施对开挖爆破试验参数进行调整，以提高爆破质量和钻爆功效。同时加强监测及数据反馈，以便确定后续开挖、支护方案。其效果评价，主要从如下两个方面进行：
5.1 质量效果评价
爆破完成后后由测量工程师检查开挖断面，掌握断面超欠挖情况，超挖量（平均线性超挖）应控制在10cm（眼深3m）和13cm（眼深5m）以内，如出现异常，应及时分析原因并采取措施，必要时，调整爆破设计参数。
5.2 经济效果评价
将一段时间内实际炸药用量与企业施工定额消耗量进行对比，确定是否满足要求，是否实现成本控制目标。
6 结束语
爆破设计是隧道“新奥法”施工的关键技术，爆破效果直接关系到工程质量的好坏、施工进度的快慢和施工费用的高低。在施工过程的实施当中，根据阶段性的总结成果，动态调整爆破设计，使设计更加契合现场实际工作，因此在隧道开挖中，必须加强爆破施工过程控制，严格控制开挖轮廓线的划线精度、钻眼和清孔的质量、装药质量等，建立严格的施工管理制度，动态管理爆破设计，为实现最优的质量效果和最佳的经济效益提供有力的技术支持。
参考文献
[1] 《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》;
[2] 《高速铁路建设典型工程案例 隧道工程》 卢春房 编著 中国铁道出版社;
[3] 《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》;
[4] 《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）;
[5] 《爆破安全规程实施手册》。
作者简介：
万运阳（1982-），男，重庆云阳人，高级工程师，主要从事水利水电工程、高速铁路工程施工技术质量管理工作。