偏壓雙連拱隧道大變形段臨時二襯砼拆除技術(shù)研究

寇光明

摘要：隨著山區(qū)高速公路的大量設(shè)計和建設(shè)，受地形條件影響，雙連拱隧道出現(xiàn)在山區(qū)中短公路隧道中。連拱隧道往往處于圍巖地質(zhì)條件差且復(fù)雜多變的淺埋地段和偏壓地段，尤其是洞口段，幾乎都屬于嚴(yán)重偏壓。隧道洞頂部及周邊的圍巖多次受到施工擾動，圍巖自穩(wěn)能力差，施工過程中初支變形非常嚴(yán)重，為保證洞身安全，在大變形段可能會設(shè)置臨時二襯。本文以云南石紅大中山3號隧道右洞臨時二襯砼拆除為例，對嚴(yán)重偏壓地段的隧道臨時二襯砼安全拆除技術(shù)進行分析研究。

Abstract： With the extensive design and construction of highways in mountainous areas， and affected by topographical conditions， double-arch tunnels appear in medium and short highway tunnels in mountainous areas. Multi-arch tunnels are often located in shallow buried sections and biased sections with poor geological conditions and complex and variable surrounding rock， especially the entrance section， which is almost always under severe bias. The surrounding rock at the top of the tunnel and the surrounding rock has been disturbed many times by the construction， and the surrounding rock has poor self-stability. The deformation of the initial support during the construction process is very serious. To ensure the safety of the tunnel， a temporary secondary lining may be installed in the large deformation section. This paper takes the removal of the temporary second concrete lining of the right tunnel of Dazhongshan No. 3 tunnel in Shihong， Yunnan as an example， analyzes and studies the safety removal technology of the temporary second concrete lining of the tunnel in the severely biased section.

關(guān)鍵詞：偏壓;隧道臨時二襯砼;拆除技術(shù);研究

Key words： bias pressure;temporary secondary concrete lining of tunnel;removal technology;research

中圖分類號：U455.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0113-04

1 ?工程概況

云南省石屏縣至玉溪市元江縣紅龍廠高速公路（簡稱石紅公路）為國道323線江西省瑞金至云南省臨滄的重要組成部分，路線起于石屏縣城南雞石高速，止于玉溪市元江縣紅龍廠玉磨高速。四合同段大中山3號隧道為雙連拱隧道，全長185m，隧道建筑限界凈寬為10.25m，凈高為5.0m。所處地表為陡坡“雞爪”地形，自然陡坡約40～50°，進出口端均屬嚴(yán)重偏壓，隧道區(qū)的上覆地層以第四系殘坡積褐色、灰色碎石為主，砂礫質(zhì)充填，局部夾雜砂巖塊石，結(jié)構(gòu)松散;下伏地層為灰白色、紫灰色中厚層狀石英砂巖，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響大，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化破碎嚴(yán)重，設(shè)計均為V級圍巖，圍巖自穩(wěn)能力差，周圍巖體相對容易變形塌方。隧道最大埋深約38m。

2 ?臨時二襯砼

根據(jù)雙連拱隧道的特性，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，施工順序為：中導(dǎo)洞→中隔墻→先行洞（左洞）→后行洞（右洞）。由于地質(zhì)差，主洞采用三臺階開挖法，上臺階環(huán)形開挖預(yù)留核心土，先行洞二次襯砌澆筑至少30m以上，后行洞（右洞）才開始進行開挖。

在實際施工過程中，后行洞開挖完成50m后，發(fā)現(xiàn)洞口段初期支護變形非常嚴(yán)重，局部地段變形量值達到20cm以上，已嚴(yán)重危及洞內(nèi)安全。立即停止掌子面掘進，同時設(shè)置I20工字鋼臨時支撐，但經(jīng)監(jiān)測，仍在繼續(xù)變形，為保證洞身安全，對初期支護變形較大的18m立即實施了臨時二襯，臨時二襯已侵入襯砌界限，待隧道貫通后，再對臨時二襯砼進行拆除，并對初期支護變形大的部位進行換拱處理，保證二襯厚度和結(jié)構(gòu)尺寸。

臨時二襯砼位于洞口向大樁號方面10m至28m處，長18m，厚度約45～50cm，砼強度C30，內(nèi)含工字鋼臨時支撐。隧道周邊為荒山，無民房等構(gòu)造物。

3 ?臨時二襯砼拆除方案選擇

針對砼拆除，一般有以下三種方案：

①人工破除：采用人工利用風(fēng)鎬進行逐一破除。該方案的優(yōu)點是對先行洞（左洞）、拆除段前后洞身、中隔墻以及周邊山體震動干擾較小。缺點是需要大量人工、拆除緩慢、對工期要求長，且由于人工多導(dǎo)致安全風(fēng)險非常大。

②機械破除：采用帶破碎頭挖機進行逐一破碎拆除或用帶鋸切功能的挖機進行鋸切拆除。該方案的優(yōu)點是對先行洞（左洞）、拆除段前后洞身、中隔墻以及周邊山體震動干擾較小。缺點是由于砼強度高，拆除工效低，拆除緩慢，對工期要求長，且機械費用高。

③爆破拆除：采用控制爆破進行拆除。該方案的優(yōu)點是速度快，費用相對較低，能滿足工期的要求。缺點是對先行洞（左洞）、中隔墻以及周邊山體的震動干擾相對較大。

考慮到本項目的工期要求較緊，經(jīng)方案比選，采取控制爆破方案進行拆除。

4 ?爆破設(shè)計方案

4.1 爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)

爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)需考慮兩個方面：

①爆破震動對先行洞（左洞）、拆除段前后洞身、中隔墻及周邊山體的破壞，由于爆破位置埋深較淺，若一次起爆藥量過大，容易引起隧道頂部坍塌及前后洞身的破壞。

②防范爆破沖擊波、爆破飛散物等產(chǎn)生的有害效應(yīng)。

4.2 爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)防護措施

①把一次起爆藥量分成多段微差延時起爆，能有效衰減爆破震動對先行洞、前后洞身及周邊山體保護層的破壞。選擇合理的最佳孔網(wǎng)設(shè)計參數(shù)、單位體積耗藥量及起爆順序，控制單段起爆藥量及一次爆破體積，但需對爆破震速進行計算，爆破震速應(yīng)控制在安全允許范圍以內(nèi)。

②因本爆破作業(yè)點周圍無任何村莊及交通要道，僅需在爆破前將現(xiàn)場人員、機械撤離至警戒范圍以外即可避免爆破產(chǎn)生的危害。

4.3 爆破設(shè)計參數(shù)

①布孔設(shè)計。

根據(jù)實際隧道斷面進行布孔，隧道混凝土壁厚為50cm，孔距為40cm，最小抵抗線為30cm，設(shè)計炮孔深度為2～3m，鉆孔方向為水平或傾斜鉆孔。

②隧道爆破裝藥設(shè)計。

根據(jù)類似的工程經(jīng)驗，單耗藥量取1.8kg/m3，裝藥方式采用分層裝藥結(jié)構(gòu)，底部幾層藥包采用空氣填塞法，只有頂部采用炮泥填塞，隧道裝藥結(jié)構(gòu)及填塞設(shè)計如圖1所示。

③起爆順序設(shè)計。

起爆順序由底部兩邊往上逐層分段微差延期起爆，起爆順序如圖2所示。

④起爆網(wǎng)路連接設(shè)計。

孔內(nèi)塑料導(dǎo)爆管延期雷管連接方法為一把抓，每把控制連接數(shù)量在20發(fā)以內(nèi)?？淄馄鸨坠芫鶠樗舶l(fā)磁電雷管，為確保網(wǎng)路的準(zhǔn)爆性和可靠性，起爆雷管均為兩發(fā)，網(wǎng)路設(shè)計為孔內(nèi)延期、孔外一次傳爆，起爆網(wǎng)路如圖3所示。

4.4 爆破有害效應(yīng)的影響范圍、計算及驗算

①爆破震動速度安全允許的標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB6722—2014）爆破振動安全允許震速標(biāo)準(zhǔn)如表1。

②爆破震動安全允許振速的計算。

根據(jù)以上逐排延期起爆網(wǎng)路設(shè)計及單孔藥量的計算公式得出：控制一次起爆2～4個孔，單孔藥量為0.4kg，單段最大一次起爆藥量為0.1kg。按此計算爆破產(chǎn)生的地面質(zhì)點振速對相鄰隧道是否超出《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）規(guī)定。

式中：

V—保護對象所在地安全允許質(zhì)點振速，cm/s。本保護對象為交通隧道壁（V=10～20cm/s）;

R—爆破震動安全允許距離，為1.5m的隧道隔墻及壁厚;

Q—炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量（kg）。本項目爆破取Q=0.1kg;

K、？琢—與爆破點至保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。（K值：150～250，a值：1.5～1.8），取K=150，？琢=1.8。

帶入以上參數(shù)，爆破震動產(chǎn)生的振速計算得：

V=18.16cm/s。

設(shè)計最大一次單段起爆藥量為0.1kg，當(dāng)爆破點中心位置至保護對象（另一側(cè)隧道）的最近距離為1.5m時，則爆破產(chǎn)生的地面質(zhì)點振速為18.16cm/s，在規(guī)程規(guī)定的安全允許范圍內(nèi)。

③爆破飛散物對人員的安全距離。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB6722—2014）按下式計算爆破時個別飛散物對人員的安全距離。

Rfmx=KT·K·D

式中：

KT—與爆破方式、填塞長度、地質(zhì)和地形條件有關(guān)的系數(shù)，取KT=1.5;

K—炸藥單耗，1.8kg/m3;

D—炮孔直徑，mm，本次爆破D=40mm。

代入式中：

Rfmx=1.5×1.8×40=108m

根據(jù)以上設(shè)計參數(shù)，在未采取任何防護措施的情況下，計算得出爆破飛石距離為108m，為確保隧道內(nèi)施工人員及機械設(shè)備的安全，加大設(shè)置警戒范圍為150m。

5 ?爆破施工組織

5.1 爆破施工流程

隧道鉆孔前，首先根據(jù)設(shè)計的斷面放線、鉆孔、驗孔、裝藥、填塞、網(wǎng)路連接、網(wǎng)路檢查、起爆、爆后檢查、盲炮處理。

5.2 布孔、鉆孔

布孔由施工人員按設(shè)計炮孔布置圖進行現(xiàn)場布設(shè)并做好標(biāo)記。必須按設(shè)計的孔位、孔距、孔深鉆孔，并吹凈殘渣，采用無水干鉆。

5.3 爆破器材的現(xiàn)場檢驗

在實施爆破作業(yè)前仔細(xì)檢查所使用的爆破器材的外觀，包括：

①雷管管體表面不出現(xiàn)壓扁、破損、銹蝕現(xiàn)象，加強帽端正;

②導(dǎo)爆管管內(nèi)無折傷、油污、穿孔，端頭封口無斷藥，無異物或堵塞;

③乳化炸藥、水膠炸藥無變硬或稀化。

5.4 起爆器材

①起爆器材加工必須在指定的安全地點進行，不在爆破器材存放間、住宅和爆破現(xiàn)場作業(yè)點加工。

②加工起爆藥包和起爆藥柱，必須在指定的安全地點進行，當(dāng)班使用多少加工多少。

③在加工起爆器材過程中設(shè)置安全警戒范圍，禁止無關(guān)人員進入。

5.5 炸藥裝填、炮孔填塞

①設(shè)置安全警戒范圍，在填裝炸藥過程中禁止無關(guān)人員進入。

②爆破器材運入現(xiàn)場須劃定警戒區(qū)，警戒區(qū)內(nèi)禁止煙火及通信設(shè)備。

③運輸爆破器材須由專人負(fù)責(zé)，分類放置、輕拿輕放。

④現(xiàn)場如實做好裝藥原始記錄，記錄包括裝藥基本情況（數(shù)量）、出現(xiàn)的問題及其采取的處理措施。

⑤裝藥后進行填塞，不準(zhǔn)使用無填塞爆破，以保證爆破效果。

⑥按設(shè)計參數(shù)執(zhí)行分段裝藥的炮孔間隔填塞長度。

⑦發(fā)現(xiàn)有填塞物卡孔須及時進行處理（可用非金屬桿或高壓風(fēng)處理）。

5.6 起爆網(wǎng)路聯(lián)接、檢查

①二襯起爆網(wǎng)路嚴(yán)格按設(shè)計圖紙進行聯(lián)接。

②聯(lián)接過程中有可能對起爆網(wǎng)路造成損害的部位，必須采取保護措施穿過該部位的網(wǎng)路。

③由于網(wǎng)絡(luò)的特殊性，敷設(shè)起爆網(wǎng)路須由有經(jīng)驗的爆破員實施并嚴(yán)格執(zhí)行雙人作業(yè)制。

④網(wǎng)路連接好后，須對網(wǎng)路進行檢查，防止錯接、漏接，確保網(wǎng)路的準(zhǔn)爆性和可靠性。起爆網(wǎng)路檢查由有經(jīng)驗的爆破員進行負(fù)責(zé)。

5.7 爆破警戒和信號

①警戒范圍由爆破工作指揮人確定，裝藥時在警戒區(qū)邊界設(shè)置明顯標(biāo)志并派出崗哨。

②執(zhí)行警戒任務(wù)的人員按指令到達指定地點并堅守工作崗位。

③爆破警戒范圍內(nèi)的清場工作在預(yù)警信號發(fā)出后執(zhí)行。

④起爆信號在確認(rèn)人員及設(shè)備等全部撤離爆破警戒區(qū)、所有警戒人員到位、具備安全起爆條件時發(fā)出。然后負(fù)責(zé)起爆的人員開始起爆。

⑤解除信號：安全等待時間過后，檢查人員進人爆破警戒范圍內(nèi)檢查，確認(rèn)安全后，方可發(fā)出解除爆破警戒信號。在此之前，所有的崗哨不得撤離，不允許非檢查人員進入爆破警戒范圍。

5.8 爆后檢查

5.8.1 時間

隧道爆破完成，經(jīng)通風(fēng)機通風(fēng)，吹散炮煙，檢查確認(rèn)空氣合格后，再等待15min以上，方準(zhǔn)許作業(yè)人員進入爆破作業(yè)地點進行檢查。

5.8.2 爆后檢查內(nèi)容

①確認(rèn)有無盲炮;②爆破作業(yè)面是否穩(wěn)定;③隧道爆破后有無冒頂，是否出現(xiàn)危巖，鋼支撐是否被破壞，炮煙是否全部被排除。

5.8.3 及時處理

檢查過程中發(fā)現(xiàn)有盲炮及其他險情，立即進行處理，處理前應(yīng)在現(xiàn)場設(shè)立危險標(biāo)志，無關(guān)人員不應(yīng)接近。

5.9 盲炮處理

①爆破指揮人劃出警戒范圍，處理過程中所有無關(guān)人員不準(zhǔn)許進人警戒區(qū)。

②由經(jīng)驗豐富的爆破員處理盲炮，盲炮處理完成無安全隱患的前提下，方可解除警戒。

6 ?結(jié)論

現(xiàn)場按上述爆破方案組織實施，前后共計用時20天，安全平穩(wěn)地完成臨時二襯的拆除任務(wù)（見圖4、圖5），且對先行洞（左洞）、拆除段前后洞身、中隔墻及周邊山體均無較大的影響，圓滿完成施工任務(wù)。同時在方案實施過程中，應(yīng)當(dāng)注意：

①臨時二襯局部厚度有所偏差，在鉆孔和裝藥過程中，可以適當(dāng)進行微調(diào)，以符合實際工狀。

②必須對洞身、先行洞、中隔墻及周邊山體設(shè)置監(jiān)測點，每次爆破結(jié)束后加強監(jiān)測，有數(shù)據(jù)異常需停止作業(yè)，查找原因，必要時調(diào)整爆破參數(shù)。

③爆破施工前，拆除段兩端的洞身二襯必須施工完成且達到設(shè)計強度，以減少安全風(fēng)險。

④爆破拆除應(yīng)分段施工，每6m為一個施工段，拆除完成滿足設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸后立即施作二襯，以確保洞身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

⑤爆破器材的運輸、保管、使用、退庫等必須符合國家相關(guān)法律法規(guī)。

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