爆破设计的隧道工程论文

摘要：針对斜交横通道爆破施工对既有隧道安全性产生不利影响，建立了交叉隧道爆破振动三维数值模型，考虑爆破荷载峰值、衬砌界面强度、埋深和围岩弹性模量的影响，从监测点振速和衬砌内力两方面对其安全性进行评价。结果表明：爆破振动作用下交叉区域将产生应力集中现象，衬砌内力增大5～10倍，拱顶和衬砌破除处易出现较大的动拉应力，是爆控的薄弱部位。今天小编为大家推荐《爆破设计的隧道工程论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

爆破设计的隧道工程论文 篇1：

高速公路建设中隧道工程施工的难点与对策

摘要：近年来，随着我国经济水平的不断提升，我国的各个领域都得了相应的发展。在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，也应当不断优化隧道工程管理内容，保障其建设质量，进而满足人们的出行需求。但是通过对目前的高速公路隧道工程施工建设现状进行相应的分析，我们可以发现其中仍旧存在着一系列的问题，导致人们出行安全受到一定的影响。针对这些问题必须要不断分析隧道工程施工建设中所存在的难点部分，并提出针对性的解决策略，优化施工技术。在此基础上，本文具体就高速公路隧道工程中所存在的问题展开探究与分析，为今后的高速公路施工提供参考依据。

关键词：隧道工程;施工难点;对策;

在城市现代化建设进程不断加快的基础上，为了更好地建设交通基础设施，高速公路隧道工程建设数量逐步增多。在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，必须要从多个方面加强对隧道项目的施工管理，减少隧道工程施工建设中所存在的安全隐患，进而保障高速公路隧道工程施工建设质量与效果。针对高速公路隧道工程施工建设中所存在的施工难点，施工企业也应当做好安全管理与防范工作，实现对高速公路隧道工程的有效管理。

1 高速公路隧道工程的施工特点分析

在具体针对高速公路进行施工建设的过程当中，必须要充分重视对隧道工程的施工建设。通过对隧道工程进行施工建设，能够有效的保障高速公路的支撑力，确保高速公路整体建设项目的顺利施工。但是对于隧道工程来说，其在具体进行施工建设的过程当中，施工周期相对较长，并且施工难度相对较大，需要采取相对复杂的技术工艺完成施工建设。因此，要想从真正意义上保障高速公路隧道工程的施工建设质量，就应当充分明确高速公路隧道工程的施工特点。以下具体就隧道施工特点进行分析。

1.1 隧道施工难度较高

在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，会受到各种因素的影响。施工区域地质条件对隧道施工有着较大影响，要想保障隧道工程施工建设就应当对施工区域的地质条件进行分析与勘察。通过对以往的施工工程建设情况进行分析，我们可以发现绝大多数施工单位在具体进行施工建设之前会进行地质勘察工作，进而了解隧道工程的周边地条件，对地质情况等方面进行相应的控制与管控，确保工程的顺利建设与施工。但是对于一部分施工单位来说，其并没有全方面的了解施工区域的周边地质情况，针对隧道工程建设区域中所存在的泥石流等地质条件，无法预测其变况导致隧道工程无法顺利展开。

1.2 工程建设安全性相对较低

在具体针对高速公路进行隧道工程施工建设的过程当中，会导致原有的地质结构发生相应的变化。若不能有效地对施工区域的地质变化情况进行相应的分析，则会导致隧道施工工程存在着一定的安全隐患。正因为原有地质结构被破坏，才会导致塌方等安全事故的产生。

1.3 高速公路隧道工程具备隐蔽性

在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，各项施工环节都存在着一定的隐蔽性特征。为了有效的保障隧道工程建设质量，在具体针对性的工作进行施工建设时所采用的施工技术工程技术具备关联性。只有按照施工操作流程进行施工建设，才能够保障高速公路隧道工程的最终建设效果。正因为各施工环节之间的关联性，若前期施工工作中存在着一定的安全隐患，则会导致后续施工工作无法顺利展开。这不仅会导致工程建设检测问题存在着一定的难度，同时也会导致整个隧道工程施工建设质量无法得到相应的保障。

2 高速公路隧道工程施工中存在的问题

近年来，随着城市现代化建设进程的不断加快，隧道工程建设数量不断增多。但是在具体针对隧道工程进行施工建设的过程中，也存在着较多的施工问题影响着高速公路隧道工程施工建设水准。

2.1 衬砌脱落问题

在具体针对隧道工程进行施工建设的过程当中，需要有效地进行衬砌工作。通过进行隧道衬砌工作能够保障整体交通的流畅程度，但是通过对以往的隧道工程施工建设情况进行相应的分析，我们可以发现很多施工人员与设计人员在具体进行衬砌工作的过程当中，为了保障衬砌工作的美观性，反而忽视了衬砌工作的整体质量问题，导致衬砌工程的装饰量过重，从而导致衬砌脱落等情况。

2.2 混凝土养护不当

在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，钢筋与混凝土作为其中非常重要的组成部分，必须要对钢筋及混凝土进行养护工作。 但是，对一部分施工人员来说，他们由于自身意识的缺乏，并不注重对混凝土的储存及养护，导致施工材料没有得到相应的保护，进而导致整体的高速公路隧道工程建设质量无法得到相应的保证。针对钢筋混凝土来说，其属于隧道工程建设中的结构部位，钢筋材料能否得到良好储存，直接决定了隧道工程的混凝土结构强度。但是针对高速公路隧道工程来说，其非常容易出现混凝土裂缝等问题。究其根本，其主要是因为工人没有对新浇筑的混凝土进行有效养护，或者由于围岩不够稳定而激进施工，导致施工质量受到了严重的影响。

2.3 隧道爆破问题

为了加快隧道工程施工进展，在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，需要对正洞进行爆破处理。但是通过进行爆破处理会导致隧道的原有地质结构受到破坏，如果操作人员在具体进行爆破工作的过程当中，由于操作不当，则会导致出现山体坍塌等情况。

3公路隧道施工的常用方法

近年来，随着我国科技水平的不断提升，我国在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设时，所采用的施工工艺和施工技术的不断优化与提升。为了保障高速公路隧道工程的最终建设效果，必须要在施工前期对施工区域的地质环境等方面进行相应的勘察并解决地质结构问题，避免出现坍塌，泥石流等事故。通过对目前的高速公路隧道施工现状进行相应的分析，我們可以发现在勘测技术水平不断提升的基础上，在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设时，可以借助勘探技术对地质环境等方面进行相应的勘察，并对数据信息进行记录，进而实现对各种安全事故的防治。但是由于勘测技术水平还有待完善，在具体进行勘测技术时仅仅能避免山体坍塌等安全事故的发生，并不能完全性地杜绝安全事故。因此，在具体进行高速公路隧道工程建设时，要想从真正意义上保障公路的建设质量，就必须要选择科学合理的高速公路隧道工程施工技术。

3.1 分部施工法

在具体进行高速公路隧道工程施工建设的过程当中，可能会存在底层松散等情况，针对这种情况就可以选择分布施工法强化底层，稳固围岩，进而保障整个隧道工程的施工建设质量。

3.2 超前支护法

为了保障高速公路隧道工程的结构应力，通常会搭建临时性的支撑围岩结构。对于一部分地质条件相对较差的施工区域，其经常会出现非粘性砂土层过后影响工程建设等情况。针对这种情况就可以选择采用超前支护法来保障高速公路隧道工程的顺利施工建设。对于超前支护法来说，其主要是通过在隧道开挖面的前方边界搭建支撑围岩结构，通过插入钢杆等附属物，进而避免出现隧道工程在具体进行施工建设中出现坍塌等情况。为了防范坍塌情况的存在，也可以通过借助注浆加固工艺等方面来提高隧道工程的支撑性能。

3.3 超前灌浆法

通常情况来说，为了加固松散围岩，通常会选择灌浆加固法来提高隧道工程的支撑力。通过应用超前灌浆法能够有效的保障隧道工程的建设质量。对于灌浆加工法来说，其适用于条件恶劣的施工环境下，在应用灌浆加固法的过程当中，也应当对洞内灌浆段的长度及压力强度等方面进行相应的控制。为了保障超前灌浆法的应用价值，会将洞内灌江段长度控制在50米以下，压力强度控制在2MPa以下。

4解决高速公路隧道工程施工中难点的技术对策

4.1 选取优质的工程材料

在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，必须要有效地保障施工材料质量，确保施工材料能够达到建设标准，进而从根本上保障高速公路隧道工程的整体建设效果。因此，在针对材料进行选择时，采购人员也应当树立质量意识，选择质优价廉的施工材料。在对施工材料进行运输及储存时，也应当采取科学合理的储存方式，进而避免施工材料在运输或储存过程中发生材料损坏等情况。针对隧道开挖，支护，衬砌等重点环节更应当对施工材料进行严格把控。在具体应用施工材料之前，应当由专门的材料检测人员对材料质量进行相应的检测，确保材料质量能够达到施工建设标准。在进行衬砌工作的过程当中，施工人员应严格按照图纸进行施工，并对衬砌厚度进行计算，避免出现衬砌重量超过隧道工程的承重能力。通过这种方式能够有效的避免衬砌脱落等情况的出现。此外，为了避免雨水渗透等情况，也应当选择具备防水性能的施工材料，进而延长高速公路的使用寿命。

4.2解决钢筋混凝土问题

在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，钢筋混凝土是其中非常重要的一项环节。在针对钢筋混凝土工程进行建设的过程当中，必须要选购优质的混凝土材料。只有从根本上保障施工材料的质量达到建设标准，才能够避免各种安全隐患的存在。除此之外，施工人员也应当注重对隧道材料的储存。在进行钢筋混凝土浇筑工作的过程当中，要严格按照施工工艺进行混凝土质量控制，并对新浇筑的混凝土进行养护工作，确保围岩结构稳定、沉降量符合要求后，方能进行混凝土浇筑，才能有效的避免混凝土出现裂缝等问题。对于钢筋材料来说，要进行有效的存放保管，以避免长期裸露于空气中，如果保管不当，会与空气中的氯离子发生氧化反应，进而导致钢筋出现氧化的情况，从而造成钢筋质量下降等问题。

4.3 防止工程爆破坍塌

在上文当中，我们具体提到在针对隧道工程进行施工建设之前需要对正洞进行爆破处理。而爆破工作本身具备一定的危险性，在具体进行爆破工作之前，必须要做好施工前的准备工作。因此，施工单位应当全方面分析山体岩石的基本数据，并对施工区域的地质条件等方面进行相应的分析与记录，通过数据来选择爆破时所应当采用的施工设备及爆破深度。针对爆破时所应当采用的施工材料，也应当由专业的质检人员对材料质量进行相应的检测，确保爆破材料能够达到爆破标准。为了避免出现操作不当而导致隧道工程出现坍塌事故，在进行爆破时应当由专业技术水平相对较高的操作人员进行爆破，避免在施工中出现操作不当造成各种安全隐患的存在。

4.4 注意隧道施工方法

在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，隧道开挖及支护工作都属于其施工建设中最为基础的施工建设内容。开挖尺寸及支护施工质量都决定了隧道工程的整体建设质量，因此在進行隧道开挖及初期支护工作的过程当中，必须要根据实际施工情况对隧道工程进行相应的考量，并根据数据参考制定科学合理的施工方案，确保施工单位在具体进行施工建设工作时能够按照施工方案及施工流程进行施工操作，保障高速公路隧道工程的施工建设质量。通过制定科学化的施工方案，能够避免结构设计不合理而导致衬砌厚度不足等情况。目前来说，在具体针对隧道衬砌混凝土浇筑时，相关技术人员也一直在对其技术内容进行相应的丰富与创新。如预留压浆排气孔等技术都能够有效保障隧道混凝土浇筑质量。为此，在针对隧道工程进行开挖及支护施工建设时，施工单位应当根据隧道工程的施工区域等方面来选择相对应的施工技术，进而确保整个高速公路隧道工程的整体建设质量。

4.5 溶洞的施工处理

对于高速公路隧道工程来说，溶洞施工是其中较为困难的施工内容。针对溶洞施工问题可以选择借助钢筋混凝土梁跨越方式来缓解大溶洞内填充物较为松软的情况，但是借助这种方式会增加资金投入成本，不利于施工单位的经济效益提升。因此，为了保障施工企业的经济效益在具体进，也在具体进行溶洞施工操作时，应当根据洞内的实际情况来展开施工操作。

4.6 防排水工作的处理

对于高速公路隧道工程来说，积水渗透会导致隧道工程的使用寿命不断缩短。因此，必须要进行相应的排水，避免出现积水情况。在具体进行防排水工作的过程当中，施工单位应当根据隧道工程的实际建设情况来设计防排水方案在进行实际设计的过程当中，也应当充分考虑防水台及背面排水等因素，进而确保排水工作的顺利进行。

4.7 安全管理的问题

对于每个工程项目来说，其在具体进行施工建设的过程当中，最为重要的一项内容就是要保证工程建设质量与安全。因此，在针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，也必须要不断加强安全管理，实现对施工全过程的安全管理。在进行安全管理的过程当中，施工单位也应当明确工程项目的具体设计需求，结合高速公路的建设情况来进行安全管理工作，进而在保障施工建设质量的前提下，提升施工建设的安全性。施工单位在具体进行施工建设时，也应当构建与完善安全管理制度并建立相对应的安全管理机构，确保安全管理人员能够不断提高自身的安全管理意识，对施工现场安全问题进行相应的监管与监督，确保施工全过程的安全性，从真正意义上规避安全隐患。

5 结束语

总而言之，在具体针对高速公路隧道工程进行施工建设的过程当中，为了更好的满足人们的出行需求，必须要提高公路隧道工程的施工建设质量。在此过程当中，施工单位应当根据隧道工程建设中所存在的施工难点部分，制定针对性的技术措施，提高高速公路隧道工程的施工建设质量与效果。通过这种方式能够从根本上规避工程出现质量问题，提升隧道工程的整体建设质量，进而实现我国交通事业的可持续性发展。

参考文献

[1]文莲.浅析高速公路隧道工程施工技术方法与对策[J].科学与财富，2015（7）：535-535.

[2]林礼.关于高速公路隧道工程施工及注意事项的探析[J].建筑 工程技术与设计，2016（11）：1403.

[3]唐鹏，张培辉.高速公路隧道工程施工技术方法与对策[J].江西 建材，2014（2）：155.

作者：何春明

爆破设计的隧道工程论文 篇2：

隧道斜交横通道爆破振动效应研究

摘要：針对斜交横通道爆破施工对既有隧道安全性产生不利影响，建立了交叉隧道爆破振动三维数值模型，考虑爆破荷载峰值、衬砌界面强度、埋深和围岩弹性模量的影响，从监测点振速和衬砌内力两方面对其安全性进行评价。结果表明：爆破振动作用下交叉区域将产生应力集中现象，衬砌内力增大5～10倍，拱顶和衬砌破除处易出现较大的动拉应力，是爆控的薄弱部位。爆破影响范围大致在θ>55°内，衬砌振速和动位移随着角度的增大呈现出先增大后减小的规律，在隧道拱顶区域达到峰值，且在迎爆区出现陡增;衬砌拆除前，沿爆破轮廓线将衬砌分割成爆破区和非爆破区将显著减小衬砌的变形和振速。

关键词：斜交横通道;既有隧道;爆破振动;数值模拟

文献标识码： A

与常规单孔隧道相比，隧道中设置横向通道或分岔隧道，其交叉部分处于复杂的空间受力状态，易出现应力集中现象。当采用钻爆法施工时，爆破振动不可避免地会对围岩造成损伤，影响围岩稳定。特别是在爆炸冲击效应和交叉部位应力集中的共同作用下，斜交横通道施工极易引发既有隧道衬砌结构的损坏。

针对平行小净距隧道爆破振动效应的研究，国内外学者已开展了大量的工作。YANG[1]等通过爆破远区监测数据得出的振动规律来计算爆破近区振动。石洪超[2]等分析了掏槽孔与掌子面之间的布置角度对振动速度的影响。叶培旭[3]等研究了迎爆面位置、震源距离、围岩性质等对隧道振动速度的影响，提出了既有隧道振速的控制方法。孟凡兵[4]等建立了爆破荷载作用下中夹岩累积损伤新计算方法。费鸿禄[5]等考虑竖向和横向质点运动在爆破荷载作用下的耦合效应，研究了单次爆破对已成型硐室的影响。邓华锋[6]等对传统爆破振动波衰减经验公式进行了修正，有效地控制了爆破振动破坏效应。在数值模拟方面，朱正国[7]等研究了先行隧道壁面的振动特性及其变化规律，并就振动强度与循环进尺等爆破参数之间的关系进行了讨论。贾磊[8]等研究了新建隧道爆破开挖进尺、间距、埋深对既有邻近隧道的影响。杜峰[9]等分析了后行修建隧道爆破开挖对先行修建隧道二衬结构的影响。姚勇[10]等采用有限元法模拟了不同爆破方案对围岩及衬砌结构的影响。罗驰[11]等考虑多炮孔爆破叠加作用以及不同区域的爆破应力波衰减，改进了爆破模拟方法。王栋[12]等对钻爆法施工中埋地管道的爆破振动响应进行了研究。在理论方面，李兴华[13]等利用波函数展开法分析了不同工况时爆破地震波作用下对邻近爆破施工区域隧道的影响。以上研究主要紧邻隧道爆破振动响应，针对平面交叉或分岔隧道的研究较尚不深入。

本文以某地铁横通道爆破施工为背景，考虑不同因素的影响，对既有隧道与横通道组成的平面交叉结构进行爆破振动效应研究，从振速和衬砌内力揭示斜交横通道爆破施工的动力特性和破坏规律，评估衬砌结构的安全状态。

1三维非线性数值模型的建立

某地铁隧道为加快施工进度，计划从邻近既有公路隧道加宽带处增设一座施工斜通道，直接进入地铁隧道，以增加开挖作业面。既有公路隧道紧急停车带宽18.6 m，高9.4 m。两隧道中心线间距为56.0 m，隧道高差13.1 m。施工横通道为马蹄形断面，净空高7.4 m，宽7.2 m，与既有隧道水平斜交21.3°，采用全断面钻爆法施工。场地土类型为硬质花岗岩，岩性完整，节理弱发育，属II级围岩。本文着重讨论衬砌破除后，第一环爆破振动对既有公路隧道交叉部位力学响应与安全性的影响。

斜交横通道数值计算模型如图1所示，公路及地铁隧道长220 m，两隧道底面高差13.1 m，斜洞长149 m，下覆地层厚30 m。首先采用ANSYS有限元软件建立三维网格模型，然后采用FLAC3D进行后续仿真计算。整个模型尺寸（长×宽×高）为143.08 m×240 m×85.6 m，共74767单元，12 910节点。围岩简化为均质弹塑性材料，屈服条件采用Mohr-Coulomb强度准则，衬砌采用liner单元。模型X轴为隧道水平断面轴，Z轴垂直地表，Y轴为隧道纵向。模型六个侧面均设置静态吸收边界，底部固定Z方向位移，上部按照实际埋深建模。模型所处场地为花岗岩，修正的围岩基本质量指标（BQ）为510、重度25 KN/m3、弹性模量35 GPa、泊松比0.12、内摩擦角37°、粘聚力2 GPa、纵波波速4 000～5 000 m/s、水平侧压力系数1.0。衬砌相关物理力学参数见表1。阻尼采用通用的瑞利阻尼，最小临界阻尼比取0.01、最小中心频率取10 Hz。

由于横向施工通道与公路隧道相贯线的圆心角约为57°，在爆炸波冲击作用下，衬砌与围岩之间可能出现法向拉应力，当超过接触面极限抗拉强度时，分界面将产生法向拉裂脱开。为了较好地反映土-结构接触面上的滑移、脱开及闭合等现象，假定围岩与衬砌间极限抗拉强度为σt=1.2 MPa。计算中通过监控衬砌法向接触应力，一旦超过σt时，认为接触面单元开裂脱开。此时对界面抗剪强度参数进行折减，将内摩擦角由37°降为20°，且假定粘聚力对强度的贡献失效，由1 MPa降为0。此外，设置slide on，模拟接触面发生大位移滑动。

模拟中假定爆破荷载以均布压力形式作用于掌子面及开挖轮廓边界，荷载曲线简化为三角形冲击荷载，加载时间为10 ms，卸载时间为90 ms，总的计算时间取300 ms。根据文献[3]，爆破荷载峰值Pmax（KPa）由下式确定：

Pmax=139.97Z+844.81Z2+2154Z3-0.8034 （1）

式中，Z=R/Q1/3为比例距离;R为炮眼至荷载作用面的距离（m），取3.75m;Q为炮眼装药量（Kg），齐发爆破时取总的装药量。

根据《铁路隧道施工规范TB10204-2002》[14]规定，II级围岩可采用深孔爆破，单位耗药量为q=0.4+（γ/2450）2，一次爆破炸药量为Qmax=qAL，其中，γ为岩石重度，A为开挖面积，L为隧道循环进尺。对于本文斜交横通道，γ=2500 KN/m3，横洞断面面积A=49.24（m2），循环进尺L=1.0 m，代入上式可得爆破荷载峰值Pmax=10.0 MPa。当采用其他循环进尺时，可得出相应的装药量和爆破荷载峰值。此外，《爆破安全规程GB6722-2014》[15]规定，对于交通隧道，爆破震动影响的控制标准取安全允许振速10～20 cm/s。

2结果分析

图2为不同围岩弹性模量下拱顶水平及竖向速度时程曲线。由图可知，拱顶速度在25 ms内剧烈波动，并在荷载峰值时刻t=10 ms达到最大值，此后很快衰减至0。随着围岩弹性模量的降低，拱顶速度逐渐增大，竖向速度的增幅尤为明显。在同等爆破条件下，对于软弱围岩，爆破振动的高频成分将被过滤、低频质点振幅的作用将被放大。岩性坚硬完整时，应力波衰减较慢，而围岩软弱破碎时，振速衰减较快。

图3给出了t=10 ms、100 ms和300 ms时刻围岩速度分布云图，近似反映了爆破应力波在隧道周围的传播特征。在相同爆破参数下，结构不同部位的动态响应往往存在较大的差别，安全性也不尽相同，评价时应分别讨论。图4给出了衬砌速度的矢量分布图。可见，在横洞与既有隧道相交轮廓处，衬砌速度达到最大，方向朝向迎爆面，且随着爆心距的增大而逐渐减小。

图5为荷载峰值时刻交叉部位衬砌断面速度分布。其中，横轴角度θ代表衬砌监测点与水平面的夹角，从衬砌完整一侧起，沿逆时针方向。由图可知，衬砌速度随着角度的增大呈现出先增大后减小的趋势，在隧道拱顶区域（90～100°）达到峰值，且在迎爆区出现陡增。表明拱顶和衬砌破除处是爆破振动影响较为危险的区域，应重点进行监控。当不考虑围岩-衬砌界面抗拉强度时（σt=0），迎爆区衬砌速度未出现陡增现象，但此时衬砌与围岩已发生分离脱开，不利于后期衬砌承载。从衬砌速度矢量附图可进一步看出，衬砌破除处质点速度与爆破荷载方向一致，表明衬砌受到了爆破冲击力的拖曳作用，而其他质点主要朝向隧道内部运动。图6为不同爆破荷载峰值对衬砌速度的影响。由图可知，增大爆破荷载峰值，衬砌速度将显著增大。此外，当爆破区衬砌未预先切割拆除，而直接采用爆破拆除方式，衬砌速度将降低。但需要注意的是，由于图5和6的监测点位于对称断面上（Y=0），衬砌纵向速度为0。然而，试算发现衬砌未预破除时，爆破产生的隧道纵向冲击力，将使衬砌产生相当大的纵向速度和挤压力，使非爆破区衬砌发生受压破坏。

图7为不同埋深下衬砌拱顶与底板速度沿隧道的纵向分布。由图可知，爆破作用引起的振速在近区衰减快、影响大，在远区衰减慢、影响小。拱顶速度整体高于底板，且随着埋深的增大，拱顶速度峰值增大了约15%，而底板增加了近40%。

图8为衬砌拱顶和拱腰速度沿隧道纵向的分布。由图8（a）可知，监测点三向振速中，竖向速度Vz最大，纵向速度Vy最小，且Vy沿隧道纵向呈反对称分布。围岩弹性模量的增大将使三向振速减小，衰减性减弱。由图8（b）可知，随着与迎爆区距离的减小，拱腰振速逐渐增加，在衬砌破除处迅速增大，爆破荷载峰值越大，拱腰振速越大。当衬砌预先切割拆除，拱腰振速峰值将达到25 cm/s，超过了安全允许振速。因此，为降低对既有隧道衬砌结构的冲击效应，保证结构安全，爆破前应将衬砌切割成爆破区和非爆破区。

图9为不同爆破荷载峰值和围岩弹性模量下交叉部位衬砌内力分布图。其中，Nx和Mx分别为衬砌断面内的轴力和弯矩，Ny为衬砌沿隧道纵向的轴力。由图可知，爆破前衬砌切割拆除引起的内力很小（图中红线），主要受拉压轴力作用，弯矩几乎为0。爆破冲击作用使爆源附近衬砌内力大幅增加，最大增幅达5～10倍，且离爆源中心越近（θ越大），内力增加幅度越明显。爆破影响范围大致在θ>55°内，小于该角度，内力基本不变，可不考虑爆破作用的影响。由于迎爆区围岩发生了远离衬砌方向的动位移，将对附近衬砌产生拖曳作用，产生的附加拉力和弯矩在组合作用下将使衬砌产生较大的拉应力，极易发生拉伸破坏。沿隧道纵向，衬砌处于受压状态，开挖轮廓上的冲击荷载使轴力Ny进一步增大。当不考虑界面抗拉强度时（σt=0，Pmax=10 MPa），近爆区围岩与衬砌将发生脱开，爆破对衬砌的径向拖曳作用减弱，此时Nx和Mx增幅很小，爆破增加的荷载将转移到由隧道纵向围岩承担，Ny显著增大。此外，随着爆破荷载峰值的增大，衬砌内力也随之增大。降低围岩弹性模量，整个衬砌范围内两个方向的轴力均相应增大，而弯矩则在θ超过100°时开始增大，远区则基本不受影响。

圖10为爆破引起的衬砌位移分布。由图可知，和衬砌内力分布类似，爆破引起的衬砌位移大致也分布在θ>55°的区间内。随着角度的增加，位移先增大后减小，在拱顶附近（110°）左右达到峰值，在衬砌拆除轮廓位置，出现大幅上升。爆破荷载峰值的增加和围岩弹性模量的降低，衬砌位移均有不同程度的增大。但总的说来，由于围岩较为完整，弹性模量大，动位移相对较小。此外，当界面抗拉强度σt为0时，爆源区围岩与衬砌将发生脱开现象，位移则不出现前述陡增现象。

根据混凝土受弯平截面假定和衬砌配筋，图11给出了衬砌截面在偏心荷载作用下的H-M包络线。可知，除个别点外，衬砌各位置的Nx和Mx组合均落在包络线与坐标轴的范围内，表明衬砌混凝土尚未到达极限状态，但较为接近大偏心受拉破坏，易出现拉伸破坏。横洞爆破施工宜采用孔内微差爆破技术，以避免应力波峰值叠加，减弱爆破引起的冲击波对既有隧道衬砌的损伤破坏。

需要说明的是，尽管以上分析表明斜交横洞爆破振动对既有隧道不会造成过大的影响，但由于两隧道平面斜交，锐角侧围岩呈刀刃状，厚度较薄，爆破荷载引起的径向冲击力很容易使该位置围岩发生脆性断裂破坏。施工时可先进行一小段正交横洞开挖，之后采用斜向爆破，以减小对交叉段围岩稳定性的影响。

3结论

（1）衬砌振速和动位移随着角度的增大呈现出先增大后减小的趋势，在隧道拱顶区域达到峰值，且在迎爆区出现陡增。

（2）爆破冲击作用使爆源附近衬砌内力大幅增加，最大增幅达5～10倍，且离爆源中心越近，增幅越明显，爆破影响范围大致在θ>55°内。

（3）在爆破拖曳作用下，衬砌处于大偏心受拉状态，易出现拉伸破坏，施工中应合理设计爆破方案。

参考文献：

[1]

YANG G L， ROCQUE P， BAWDEN W F， et al. Measurement and analysis of near-field blast vibration and damage[J].Geotechnical and Geological Engineering， 1994， 12 （2） ：169-182.

[2]石洪超， 张继春. 并行小净距隧道楔形掏槽爆破振动效应研究[J]. 地下空间与工程学报， 2019， 15（2）： 607-613.

[3]叶培旭， 杨新安， 凌保林，等. 近距离交叉隧洞爆破对既有隧道的振动影响[J].岩土力学， 2011， 32 （2） ：537-541.

[4]孟凡兵， 林从谋， 蔡丽光， 等. 小净距隧道爆破开挖中夹岩累积损伤计算方法及其应用[J]. 岩土力学， 2011， 32（5）： 1491-1494.

[5]费鸿禄， 张国辉. 多次爆破荷载作用下大荒沟小净距隧道围岩岩体位移响应[J]. 爆炸与冲击， 2013 （1）： 91-97.

[6]邓华锋， 张国栋， 王乐华，等. 导流隧洞开挖施工的爆破振动监测与分析[J].岩土力学， 2011， 32 （3） ：855-860.

[7]朱正国， 孙明路， 朱永全，等. 超小净距隧道爆破振动现场监测及动力响应分析研究[J]. 岩土力学， 2012， 33（12）： 3747-3752.

[8]贾磊， 解咏平， 李慎奎. 爆破振动对邻近隧道衬砌安全的数值模拟分析[J]. 振动与冲击， 2015， 34（11）： 173-177.

[9]杜峰， 闫军， 张学民， 等. 大跨度小净距隧道爆破振动影响数值模拟分析[J]. 铁道科学与工程学报， 2017， 14（3）： 568-574.

[10]姚勇， 何川. 并设小净距隧道爆破振动响应分析及控爆措施研究[J].岩土力学， 2009， 30（9） ：2815-2822.

[11]罗驰， 杨新安， 罗都颢， 等. 一种改进型隧道爆破模拟方法及其验证分析[J]. 振动与冲击， 2019， 38（17）：260-267.

[12]王栋， 何历超， 王凯. 钻爆法施工对邻近埋地管道影响的现场实测与数值模拟分析[J]. 土木工程學报， 2017， 50（S2）：134-140.

[13]李兴华， 龙源， 纪冲，等. 爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数分析[J]. 岩土工程学报， 2013， 35（3）： 578-582.

[14]中华人民共和国行业规范. 铁路隧道施工规范TB10204-2002 [S]. 北京： 中国铁道出版社， 2002.

[15]中华人民共和国国家标准. 爆破安全规程 GB6722-2014 [S]. 北京： 中国质量监督检验检疫总局， 2014.

（责任编辑：于慧梅）

作者：戴维 章敏 刘洋

爆破设计的隧道工程论文 篇3：

长大隧道施工通风技术实践探讨

摘要：长大隧道工程建设中，隧道掘进、爆破时均会产生一定量的有害气体、粉尘，危及施工人员健康，不利于隧道工程施工作业的有序开展。因此，本文结合后长大隧道工程案例，以及该类隧道工程中的常用通风方式，对长大隧道施工通风技术的实践展开讨论，从而在通风工艺、通风量计算中，完善长大隧道工程中的通风设计，确保隧道施工作业的安全性、有效性。

关键词：长大隧道;施工;通风技术

引言

长大隧道工程施工中，内部通风是工程施工组织设计中的核心问题。为通过有效的施工通风措施，排出隧道内部的有害气体、粉尘，使隧道工程顺利竣工，相关人员应结合隧道工程施工案例，对长大隧道通风技术的实践方案展开分析，以此总结该类隧道工程施工通风要点。

一、工程概况

某长大隧道工程，属于某地区高速公路建设中的控制性工程。该隧道起止里程中左线全长为11071m（ZK0+012.093～ZK2+837），右线全程12210m（YK0+011～YK2+895），为特长隧道。隧道進口端桩号为YK18+285，长度5719m，标段内设有通风斜井1#，井道长度1021m，与隧道主线路交汇于ZK2+810处。此外，该隧道的最大埋深为596m，隧道最大埋深约596m，隧道净空高度、宽度分别为8.5m、5.6m。在该长大隧道工程施工建设中，为满足工程施工中的供风、防尘需求，经实地考察、隧道设计图纸审查后，采用压入式管道通风，借此高效净化施工期间的机械废气、尘毒，保障隧道工程施工安全。

二、长大隧道施工通风方式分析

长大隧道施工过程中，通风的主要目标在于多途径引进隧道外空气，使其能够传输至隧道施工的掌子面，并且在新鲜空气将隧道施工现场内污染物浓度、有害气体稀释后，为施工人员提供氧气，排出空气中一氧化碳、二氧化碳等物质，继而为施工人员创造良好施工环境，维护人员安全、健康[1]。具体来说，结合长大隧道中所形成的通风动力，可将该类工程通风形式分为机械、自然通风，但对于长大隧道，自然通风效果不佳。因此，长大隧道工程多采用机械通风，即借助风管、助风机等机械设备，通过控制隧道内部、外部空气流动线路为隧道内部供风。上述长大隧道工程中所采用的压入式通风，属于长大隧道施工通风的基本形式，相关人员可在隧道的洞口处布置射流风机，待射流风机产生风压后，洞口外部新鲜空气能够以风管为通道进入隧道施工界面的掌子面处，随后将隧道内污浊空气排出。

应用压入式通风时，施工人员通常会选用柔性风管，同时利用公式IP=（4-5），计算掌子面、风管实际间距，其中IP代表风管口与隧道内掌子面的长度，单位为m，S则为长大隧道的横截面积，单位m2。基于压入式通风，长大隧道工程建设中，其掌子面施工环境得以保证，并且由于流风机位置一定，所以在隧道掘进期间，风管长度可持续延伸，有利于提高隧道工程施工便捷性[2]。另外，针对采用“钻爆法”的隧道工程，此种通风方式，可快速稀释、排出爆破后有害气体或机械粉尘，使隧道施工环境尽快满足施工需求。

三、长大隧道施工通风的影响参数

长大隧道施工通风过程中，设备选型、通风设计需建立在施工通风参数计算中，其中较为核心的参数为风压、风量[3]。为此，在长大隧道工程建设中，为确保隧道施工通风效果，还应明确通风影响参数，准确计算各参数的数值。除此之外，由于风压、风量等参数为变量，需要结合长大隧道开挖方式、掌子面位置、隧道洞室参数、通风动力等影响施工通风的参数，推进长大隧道通风设计、施工作业，以下为长大隧道施工通风的主要影响参数。

其一，通风动力。具体包括通风机风量、风机性能、高效风量、风机位置、电机功率、风机运行时风压范围等，以及局部、辅助性风机的可控范围、反风率、送风量、风机有效射程、自然风压。

其二，隧道洞室。隧道开挖面积、掌子面掘进长度、开挖容积、横断面面积及形状、隧道洞室开挖尺寸等均属于长大隧道工程通风影响参数。

其三，机械设备。隧道工程施工期间，自卸车、挖掘机、隧道内部装载机的大小、型号、数量同样会影响隧道施工通风效果。

其四，通风布置。在通风布置参数中，需风量是隧道内部施工通风风量计算的核心参数，为准确掌握风量参数，相关人员需在隧道工程施工中，提前总结需风量本身的影响参数。首先，隧道内施工人员在作业时的需风量[4]。实际计算公式为QP=νPMKP，其中QP为隧道施工人员总体的需风量，单位m3/min，Vp为隧道内施工人员个人的需风量，取值3m3/min，m为长大隧道工程建设施工人员最多时的人数Kp为备用风量数值，对于长大隧道，备用风量取值一般为1.1～1.5。

其次，隧道内爆破时排烟的需风量，计算公式为Qb=■■，其中Qb，为隧道爆破时的需风量，A为隧道爆破期间的炸药用量，t为通风所需时间。此外，在隧道施工场地内掌子面爆破后，相关人员可将有害气体稀释时间控制在30分钟以内，所以在采用压入式施工时，有害气体稀释区域的整体长度L大于通风机有效射程时，则需将吸风口、风机距离洞门口控制在30m以上。

四、长大隧道施工通风技术实践

（一）长大隧道施工通风技术实践方案

在当前时期，隧道工程施工场地内含有的有害气体、污染物质，多来源于机械尾气、爆破烟尘，以及凿岩、喷混、出渣过程扰动的粉尘[5]。因此，结合长大隧道施工通风技术、施工条件，上述长大隧道工程在压入式通风方式支撑下，拟定以下施工通风实践方案。

1.隧道进口区域通风

在进入隧道后的第一段工区洞室入口处，安装轴流风机，设备型号为2×132kW，通风模式为压入式通风，送风长度参数为1500m;在轴流风机位置确定后，将射流风机布设在另一端台车位置，促使有害气体、被污染的风排出。与此同时，隧道开挖过程中，待2#台车进入第二段工区后，则需将轴流风机移入洞室的右洞，并将其作为外部空气引进通道，另一侧隧道洞室可作为污浊空气排放、输送通道，并在洞口两端安装射流风机，辅助空气排出。此外，由于该长大隧道工程中，左右侧送风长度分为为1700m、2900m，所以需在台车处增设风帘、射流风机，且各设备间距为750m。之后，为提高新鲜空气流动速率，保障长大随地施工通风效果，相关人员还应将射流风机安装在隧道洞口的反向区域[6]。

2.隧道斜井工区排风

首先，在隧道斜井工区进行排风设计时，需在长度分别为1300m、1250m的排风井、送风井出口处，安装轴流风机、排风机，且通风形式同样为压入式通风。在此期间，可结合隧道排风效果，在隧道内部适量增加射流风机，并将隧道分为三个斜井，斜井参数分别为1956、1850、1967，第三个斜井可与隧道进口贯通，建立正洞、斜井的对流通道，以此强化隧道施工现场的排风力度。斜井工区排风时，具体排风原理是在各斜井工区，建立风道、在风道转角区域安装轴流风机、射流风机、排风机，提高污风自隧道内排风井排出的速度。

其次，在隧道斜井工区内风道隔板布设结束后，排风井出口处的排风机转移到隧道主洞中，分别安装到风道隔板区域，使其在隔板作用下形成完整的风室。同时将送风井作为新鲜空气流入通道，并直接排出隧道掌子面污风。最后，隧道持续掘进期间，相关人员可将隧道进口区域、斜井工区的排风管道设置为“对流通道”，将斜井工区作为隧道排风口，但是为促进污风排出，相关人员还应引进一定数量的射流风机，同时风室内通风机位置保持不变，继而该阶段隧道施工通风长度延展至2600m。

3.隧道工程中通风计算

在隧道工程各工区布置轴流风机、射流風机、设计风室的基础上，相关人员在施工通风技术应用中，还应重视隧道工程中的通风计算工作，即隧道施工中相关施工作业期间的最小风量、施工人员需风量[7]。具体来说，结合以往长大隧道工程建设经验，每位施工人员每分钟所需的新鲜空气为3m3，并且在机械设备作业时，每人供风量需调整为4.5m3。同时在隧道开挖、导洞时的风速控制在0.15m、0.25m/s，平均风速应小于5～6m/s。

除此之外，长大隧道工程在计算需风量时，为确保需风量计算的准确性，以及隧道工程通风施工质量，相关人员的需风量计算还应满足以下条件。第一，应满足隧道工程中施工期间的最小风速控制要求，具体计算公式为Q1=60vminS，其Vmin即隧道施工过程中的最小风速数值，取值为0.26m/s，S为隧道截断面积。第二，计算施工人员数量最多时的需风量时，若施工人数为60人，个人需风量为3m3/min，相关人员需在获取备用风量参数时，应综合考虑风力分配不均、漏风现象，所以需将备用风数值选定为1.25。其三，利用公式Q3=■时，b为隧道爆破时每公斤炸药使用后，所产生的污染气体量，实际取值为40m3。

计算长大隧道工程中风机风压时，相关人员应保障隧道外部的新鲜空气能够克服流通阻力，顺利到达隧道内掌子面。在此期间，所涉及的通风计算内容包括摩擦阻力、风量计算[8]。其一，摩擦阻力。计算公式为H摩=■，其中α为风道摩擦系数，上述隧道工程中将其取值为0.0004，L为风道长度，Q供为风机供应量，d为风道内风筒直径，取值为2m。

其二，风量计算。该隧道工程中，隧道主洞口的通风长度为1500m，第二工区通风长度1800m，所以在计算该长大隧道工程各工区送风长度时，取值为1800m，并且隧道开挖时最大掘进面积为108m2，每次爆破炸药用量为201kg。代入相关数据后，Q1、Q2、Q3、Q4分别为1617.75、225、1333.33、2029m3/min，随后按照通风量计算最大风量值。根据公式Qmax=max（Q1，Q2，Q3，Q4），最终得出该隧道工程最大通风量约为2030m3/min，而隧道施工通风中所设置的通风机需要的供应的风量为Q供=Qmax（1+■），其中η为通风设计中管道漏风概率，取值0.02，L为风道程度，即1800m，代入公式后，所得属于约为46m3/s。

（二）长大隧道施工通风技术要点

首先，隧道施工通风时应重点控制的通风条件。一方面，重视隧道内氧气含量的计算，同时结合隧道内部体积，使氧气含量大于20%。除此之外，相关人员还应在隧道施工通风时，将粉尘、有害气体的浓度控制在合理范围内，以此确保长大隧道施工通风效果。

例如某隧道中粉尘中含有的有害物质为二氧化硅、水泥粉尘，所以在施工通风期间，应明确粉尘允许浓度范围，即空气中二氧化硅浓度大于、小于为10%时，允许浓度范围应为2～6mg/m3，若二氧化硅小于等于10%，则隧道内无毒物质中动物、植物性粉尘、矿物粉尘的控制范围应为10mg。在此期间，相关人员还应将隧道内有害气体浓度进行合理控制。例如在施工人员正式开挖过程中，若有害气体浓度为100mg/m3，则需在通风中尽快送入新鲜空气，并在30分钟内将有害气体浓度调整在3030mg/m3。另一方面，准确把控长大隧道施工通风时的内部温度，通常情况下，需将隧道内部温度控制在18～26摄氏度。与此同时，相关人员在计算出每位施工人员需风量后，每人实际供风量应大于3m/min，同时使隧道断面风速、坑道风速分别大于0.15、0.25m/s。

其次，风机选择。结合长大隧道施工通风时的基本要求，在获得风压、风量等准确数值后，相关人员在压入式通风方式实施中，应选用拉链式软管作为隧道工程的通风管道，且软管规格为φ2m。最后，通风期间的注意事项。为发挥施工通风技术实践价值，相关人员在通风期间还应组好以下工作。其一，施工工作面、通风管道的实际间距，其取值方式应计算二者的直线距离。其二，安装通风机时，还应设置保险装置，使其在出现故障后自动开启停机程序[9]。其三，通风体系中，相关人员需实时监测风压、风速、通风量等数据的变化，以及通风装置运行时的设备能耗。其四，通风设备故障后、通风流通不畅时，需及时彻底隧道工程施工现场，指导通风系统恢复，且确认过内部有害气体浓度不会对施工人员造成损害。其五，采用通风机等机械设备支撑施工通风系统时，还应将现场内设备噪声管控在75分贝以内。

五、结语

综上所述，随着长大隧道工程建设价值的突出，隧道开挖范围、深度不断拓展，但在该类工程实际建设中，却因施工环境的特殊性需要利用通风机、风室引进新鲜空气，维护施工人员健康与安全。长大隧道施工通风技术作为隧道工程重要工艺，相关人员在隧道工程建设中，需深入研究施工通风技术要点，持续优化长大隧道通风技术。

参考文献：

[1]蒲耀军.长大隧道施工中射流巷道通风技术应用探讨[J].工程与建设，2019（003）：52-53.

[2]薛建锋，彭杰.公路隧道施工通风技术研究[J].福建质量管理，2019（2）：118-126.

[3]王晓光.长大隧道施工通风方案选择及优化[J].建材发展导向，2018（005）：206-209.

[4]徐辉.浅谈长大隧道竖井施工通风技术[J].建筑工程技术与设计，2018（008）：383-385.

[5]张永宏.隧道与地下工程施工通风特性及关键技术研究[J].四川水泥，2018（005）：172-173.

[6]陈克奎.特长公路隧道施工通风技术方案设计研究[J].黑龙江交通科技，2018（006）：157-159.

[7]廖新.隧道工程中通风防尘技术的应用研究[J].交通世界，2018（07）：100-101.

[8]徐伟.隧道通风竖井反井法施工技术研究[J].中华建设，2019（7）.：66-67.

[9]曹涛.隧道施工中的通风方法与改进措施探究[J].佳木斯教育学院学报，2018（009）：121-122.

（作者单位：中铁二十三局集团第三工程有限公司）

作者：胡晓波