隧道爆破施工的關(guān)鍵技術(shù)淺析

魏 雯

福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350108

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)交通工程的基礎(chǔ)建設(shè)也不斷加速，伴隨著大量隧道工程的興建［1-3］。隧道爆破振動(dòng)不僅影響周圍環(huán)境，而且還對(duì)隧道工程質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，對(duì)爆破振動(dòng)產(chǎn)生的危害必須進(jìn)行控制［4-6］。目前隧道施工開挖主要采用爆破法施工，隧道爆破產(chǎn)生的振動(dòng)不僅對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，還對(duì)臨近構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)于正在運(yùn)營(yíng)的高速公路，給駕駛?cè)藛T帶來了極大的安全隱患［7-9］。因此，通過采取合理的支護(hù)措施、控制爆破藥量以及做好相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，有效的降低施工風(fēng)險(xiǎn)顯得尤為重要［10-11］。

1 工程概況

本項(xiàng)目隧到的起止樁號(hào)為ZH1+071～ ZH6+078，隧道全長(zhǎng)5007m，開挖洞徑為3.2m，隧道斷面采用平底圓型，底寬2.8m。輸水隧道下穿沈海高速福泉段，道路中心線呈大角度交叉，交叉角度為84°。交叉段輸水隧道的上覆巖體厚約30m，大概是隧道9.4 倍的洞徑。交叉段圍巖為弱風(fēng)化中粒含黑云母花崗巖。交叉段沈海高速公路全長(zhǎng)165.91km，設(shè)計(jì)行車速度為100km/h，雙向4 車道，路基寬度24.5m。下穿段地層為弱風(fēng)化中粒含黑云母花崗巖，輸水線路穿越處高速公路段為挖方路基。

2 總體施工方案

結(jié)合本項(xiàng)目地質(zhì)條件，輸水隧洞控制爆破工程主要采取的施工方法為：對(duì)于II、III 級(jí)圍巖，采用全斷面法；對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖則采用分臺(tái)階法。

交叉段高速公路的允許振速為2cm/s，應(yīng)嚴(yán)格控制單段最大裝藥量，保證高速公路的運(yùn)營(yíng)安全。為了選擇合適的控爆的鉆爆參數(shù)，確定合適的炸藥單耗，驗(yàn)證安全防護(hù)措施的效果，檢測(cè)爆破振動(dòng)對(duì)沈海高速福泉段等地下管線的影響，為了確保爆破安全的順利實(shí)施，應(yīng)進(jìn)行試爆工作以及開展爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作。若是遇到斷層破碎帶、軟弱圍巖和涌水地段，要先進(jìn)行加固及止水，然后施工開挖；若是圍巖不穩(wěn)定或者圍巖破碎，應(yīng)先采用大管棚超前支護(hù)；以上開挖方法應(yīng)根據(jù)圍巖及實(shí)際情況選定。

隧道爆破出碴運(yùn)輸方法和設(shè)備選型按要求配備，施工流程為爆破后，采用礦車裝碴，礦用電機(jī)車運(yùn)輸。其具體施工流程：鉆孔→裝藥→爆破→通風(fēng)→出碴→噴錨支護(hù)→永久支護(hù)。

3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 全斷面法

Ⅱ級(jí)和III 圍巖采用全斷面法爆破施工，爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下：掏槽孔為桶形掏槽孔布置，掏槽孔數(shù)5 個(gè)，小計(jì)裝藥量4.32kg。輔助孔孔數(shù)9 個(gè)，小計(jì)裝藥量7.56kg。幫孔孔數(shù)11個(gè)，小計(jì)裝藥量8.58kg。底孔孔數(shù)5 個(gè)，小計(jì)裝藥量4.5kg，總計(jì)裝藥量24.96kg，炮孔利用率按90%計(jì)，一個(gè)循環(huán)爆破方量12.73m3。實(shí)際炸藥單耗1.96kg/m3。具體圍巖爆破參數(shù)如表1所示。

3.2 臺(tái)階法

Ⅳ級(jí)圍巖采用分臺(tái)階法爆破施工。臺(tái)階式開挖法爆破參數(shù)設(shè)計(jì)（面積8.84m2）輸水隧洞與沈海高速交叉段施工時(shí)，采用臺(tái)階式開挖法，主要分為上下兩部分。上臺(tái)階先爆，爆完清渣后，再爆下臺(tái)階。

表1 Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖爆破參數(shù)表

3.2.1 上臺(tái)階爆破參數(shù)

掏槽孔采用桶形掏槽孔布置。掏槽孔數(shù)5 個(gè)，小計(jì)裝藥量2.52kg。輔助孔孔數(shù)3 個(gè)，小計(jì)裝藥量1.47kg。幫孔孔數(shù)7 個(gè)，小計(jì)裝藥量3.15kg。底孔孔數(shù)5 個(gè)，小計(jì)裝藥量2.45kg。具體圍巖爆破參數(shù)如表2 所示。

3.2.2 下臺(tái)階爆破參數(shù)

炮孔數(shù)10 個(gè)，孔深1.0m，孔距0.6m，排距0.55m，裝藥系數(shù)為65%，單孔藥量為0.49kg，小計(jì)裝藥量4.9kg?？傆?jì)裝藥量14.49kg，炮孔利用率按90%計(jì)，一個(gè)循環(huán)爆破方量7.96m3。實(shí)際炸藥單耗1.82kg/m3。

表2 Ⅳ級(jí)圍巖爆 破參數(shù)表

4 起爆網(wǎng)絡(luò)與裝藥結(jié)構(gòu)

4.1 裝藥結(jié)構(gòu)

周邊孔使用間隔裝藥，就是按設(shè)計(jì)間隔距離將炸藥卷捆梆在竹片（條）上同時(shí)全長(zhǎng)貫穿導(dǎo)爆索，孔底稍微加藥量，采用正向起爆。剩下的炮孔都采用連續(xù)不耦合裝藥，（在特殊情況下可以采用耦合裝藥），起爆方式為反向起爆，同時(shí)考慮孔內(nèi)延期。

4.2 爆破器材選用及起爆順序

采用爆破器材主要有2 號(hào)巖石乳化炸藥規(guī)格、用于孔外網(wǎng)路聯(lián)接的導(dǎo)爆管瞬發(fā)雷管、用于孔內(nèi)的毫秒延期導(dǎo)爆管雷管以及用于周邊孔爆破導(dǎo)爆索。

起爆順序依次按：隧洞開挖起爆，首先掏槽孔先爆，接著輔助孔，最后周邊孔爆破。

4.3 爆破網(wǎng)路

依據(jù)起爆順序，導(dǎo)爆管連接采用簇聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)起爆網(wǎng)路，每把控制在10 根（發(fā)）以內(nèi)，首先使用2 發(fā)導(dǎo)爆管瞬發(fā)雷管傳爆，同時(shí)嚴(yán)格防護(hù)覆蓋每個(gè)傳爆點(diǎn)，防止網(wǎng)路被炸壞。最后用2發(fā)瞬發(fā)雷管起爆。周邊孔內(nèi)引出的導(dǎo)爆索，用兩根主導(dǎo)爆索采用復(fù)式連接的方法，保證起爆的可靠性。兩根主導(dǎo)爆索連出后，根據(jù)起爆順序與導(dǎo)爆管相連起爆。為保證起爆的可靠性和準(zhǔn)確性，各炮眼雷管段數(shù)應(yīng)與起爆順序相同。在加工藥包過程中，依據(jù)網(wǎng)路聯(lián)接和斷面尺寸要求，確保導(dǎo)爆管雷管預(yù)留充足的長(zhǎng)度。爆破時(shí)采用多組簇聯(lián)聯(lián)接于一個(gè)作業(yè)斷面，同時(shí)采用瞬發(fā)雷管（反向安裝）作為引爆雷管，用膠布包扎在離一簇導(dǎo)爆管自由端內(nèi)。隨后將不同炮眼的段別裝填完備，按每組10 發(fā)簇聯(lián)并聯(lián)聯(lián)接。

5 爆破安全技術(shù)措施

隧道施工過程中若遇到復(fù)雜地層條件圍巖時(shí)，如斷層破碎帶、突水涌泥以及流砂等不良地質(zhì)，確保隧道安全防止圍巖坍塌是關(guān)鍵問題。對(duì)于II～Ⅲ類圍巖洞段，初期支護(hù)主要采用錨噴支護(hù)；對(duì)于破碎帶、斷層及其他復(fù)雜地層洞段采采錨噴網(wǎng)支護(hù)，地層特別差時(shí)，采用格柵拱或鋼拱架強(qiáng)支護(hù)方法。如果碰到塌方時(shí)，將采取必要措施進(jìn)行處理，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，采取如下相應(yīng)措施：

（1）進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，提前判別前方圍巖和水文條件，若遇到斷層破碎帶及涌水量大的地段，提前做好防護(hù)措施。

（2）遵循“短進(jìn)尺，勤測(cè)量”原則，控制單段起爆藥量，減小爆破引起的振動(dòng)效應(yīng)，防止擾動(dòng)圍巖造成失穩(wěn)坍塌，爆破過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率。

（3）爆破后及時(shí)支護(hù)，排除掉塊等存在安全隱患后，及時(shí)出碴，跟進(jìn)襯砌支護(hù)，減少掌子面暴露時(shí)間。

（4）安全人員時(shí)刻關(guān)注施工進(jìn)度及掌子面情況，若發(fā)現(xiàn)變形或掉塊及時(shí)上報(bào)并采取有效的支護(hù)措施。

（5）超前小導(dǎo)管注漿施工

斷層破碎帶視巖性及涌水具體情況采取不同措施。如果隧道圍巖較好，可采用全斷面光面爆破法進(jìn)行施工作業(yè)，一旦遇上較差的地質(zhì)圍巖，應(yīng)采用微臺(tái)階法開挖，同時(shí)加以小導(dǎo)管超前注漿輔助措施。

（6）管棚法

作業(yè)設(shè)備采用潛孔鉆機(jī)，管棚型號(hào)采用Φ108 鋼管，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況采用合適的管長(zhǎng)，一般為10～20m，管內(nèi)灌砂漿，并采用鋼支撐復(fù)合支護(hù)，如圖1 所示。

圖1 管棚法施工布置圖

（7）格柵拱噴砼復(fù)合支護(hù)法

格柵拱由四根Φ22 或Φ25 螺紋鋼組成，采用20cm×20cm的正方形間距布置，采用Φ10 鋼筋交叉焊接內(nèi)弧桿和外弧桿，使之組成整體。依據(jù)斷面的大小把榀分為四部或者五部，采用法蘭連接中間部位。兩榀間距設(shè)置成70cm，采用Φ22 螺紋交叉連接，一般使用徑向錨桿或者超前錨桿固定，最后進(jìn)行噴漿處理，如圖2 所示。

圖2 格柵拱噴砼復(fù)合支護(hù)施工布置圖

（8）圍巖監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)圍巖量測(cè)是噴錨支護(hù)監(jiān)控設(shè)計(jì)和施工管理的重要手段，通過量測(cè)可及時(shí)掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)受力情況，也可為爆破修改參數(shù)提供信息和依據(jù)。

6 結(jié)語

通過對(duì)輸水隧洞下穿高速公路的爆破施工參數(shù)設(shè)計(jì)，合理的控制了爆破藥量。同時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格控制起爆順序和采用安全技術(shù)措施，使得隧道施工順利進(jìn)行。在項(xiàng)目建設(shè)過程中不斷摸索，從爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、安全技術(shù)措施以及施工工法等不斷優(yōu)化，總結(jié)出一些針對(duì)此類交叉段輸水隧道開挖支護(hù)施工的控制經(jīng)驗(yàn)，供同類隧道施工借鑒參考。