襄渝Ⅱ線新大成隧道施工控制技術

杜少成

(中鐵十四局集團第五工程有限公司,山東 兗州 272117)

1 工程概況

襄渝增建Ⅱ線新大成隧道(ZDK 552+277.85～ZDK 555+892)與既有線大成隧道緊密相鄰,隧道進口地段同既有隧道線最小間距為 10m,兩隧道最小凈距為 3.65m。隧道圍巖為Ⅲ ～V級,以泥巖夾砂巖為主。既有大成隧道始修于1972年,運營過程曾出現多次塌方,雖經過整治,仍存在較大隱患,故設計要求對既有隧道 580m較差襯砌地段拱墻進行要點加固。由于襄渝線運營壓力大,施工需要的停車次數和給點時間嚴重不足,既有隧道加固進度無法滿足增建二線隧道掘進要求。故要在未對既有隧道進行加固的情況下,對新建隧道實施嚴格控制爆破,確保既有隧道的接觸網、襯砌和線路免受爆破震動的危害,控制爆破施工技術尤為重要。

2 爆破震動影響因素

新大成隧道爆破震動影響的因素有:

(1)新隧道與既有隧道間距非常小,必須使用較小的震動速度才能保證既有大成隧道的結構穩定和既有線的安全運營。

(2)隧道圍巖為Ⅲ ～V級,特別對于 V級圍巖需減少炸藥用量來降低震動速度。

(3)我國毫秒雷管段數較少,一次爆破用藥量大,就會使段裝藥量大而使震動速度增加,必須采取措施增加毫秒雷管段數。

(4)掏槽炮孔因只有一個臨空面,比相同裝藥量的其他炮孔會產生較強的震動速度,所以必須研究合理的掏槽炮孔。

(5)炮孔是否堵塞影響炸藥用量,不堵塞或少堵塞將使炸藥用量增加。為控制炸藥用量,要做好炮孔的堵塞。

(6)炮孔深度(即一次爆破進尺)是影響炸藥用量的主要因素,為降低炸藥用量要控制孔深。

來自爆破的危害,一般用質點振動速度值來評估,由爆破產生的振動速度與炸藥能量成正比,也就是與炸藥量成正比,而與距爆破中心的距離成反比。此外,還受起爆與爆破方法以及爆破點與測點之間地質條件的影響。由于影響因素較多,所以不可能用一個公式準確表述,一般可用下式表示[1]:

式中:V為振動速度;Q為最大一段允許炸藥量;R為距爆破點的距離;K、α為與炸藥種類、爆破方法、地質條件等因素有關的系數。

3 控制爆破施工技術

3.1 控制最大炸藥用量

以既有隧道邊墻襯砌至爆破源中心的距離 R,作為安全控制半徑,通過式(1)并以質點振動速度限值 5 cm/s作為控制標準,反算各部分所允許的單段用藥量。

3.2 確定開挖順序

前期采用側壁導坑開挖。側壁導坑掌子面之間間距 10m,先開挖左側遠離既有隧道下部導坑,實施初期支護;再開挖上部弧形導坑,對拱頂實施 25中空錨桿初期支護;最后開挖下導坑,實施初期支護。采用短臺階開挖,如圖 1所示。

圖1 隧道開挖順序

3.3 控制單眼炸藥量

炮眼按淺密原則布置,控制單眼炸藥量,使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破體中,采用毫秒雷管進行微差爆破,以減小爆破震動強度。

3.4 選擇掏槽形式

掏槽爆破的震動強度比其他部位炮眼爆破時的震動強度都要大,因此,從減小掏槽爆破的震動強度出發,選用楔形掏槽。由于雷管段數足夠,現場選用雙楔形掏槽,掏槽部位的巖體分段進行爆破,既能保證掏槽效果,又能減少掏槽孔的單段藥量,減少爆破震振動效果。

3.5 選用周邊眼爆破形式

為了減小爆破振動,右側邊墻周邊光爆孔在左側導坑和上部導坑爆破前先打好的周邊孔做為減振孔,周邊眼間距為40 cm。

3.6 選擇合理的段間隔時差

根據有關資料表明[1-2],在軟巖圍巖中爆破,振動頻率比較低,一般均在 100Hz以下,振動持續時間縱向比橫向振動持續時間大時,可達到 200ms左右,垂直向可達到 100ms左右。為避免振動強度的疊加作用,低段(1～7段)雷管隔段使用。

3.7 合適的爆破器材

炸藥和雷管也是影響爆破震動的因素,要控制爆破振動速度,必須選用合適的炸藥和毫秒雷管。根據爆轟理論,炸藥爆轟速度直接影響質點振動速度,要降低質點振動速度應選用低爆速炸藥,炸藥選用爆速低的 2號巖石硝銨炸藥,藥卷直徑為 32×200和 25×400兩種,雷管采用 3～29段非電毫秒雷管,起爆時跳段使用。

3.8 鉆爆設計

為確保工程進度和施工安全,爆破施工應按“多眼、少藥、淺孔”的原則。為控制超欠挖,減少圍巖擾動,全斷面采用光面爆破技術,臨近既有線邊墻預留光爆層。

3.9 炮眼布置

分部爆破開挖,以“短進尺,密打眼,少裝藥,增加毫秒雷管段數”的原則進行爆破控制,控制爆破震速不大于 5 cm/s。裝藥后注意用粘土炮泥將炮孔堵塞密實。掏槽方式為雙楔形掏槽,孔深比其它眼深 30 cm,間距 40 cm,斜眼眼底距離30 cm。輔助眼間距 70～80 cm,周邊眼間距 40 cm,距相鄰輔助眼 55 cm,炮眼布置見圖 2所示。

4 振動監測

對爆破進行監測是檢驗爆破震動及爆破安全的重要措施,在洞身開挖爆破時,對既有隧道對應斷面質點的振動速度及其頻率進行量測。根據設計要求將振動速度控制在 10 cm/s內,為增大既有線的運營安全系數,施工中將爆破后的振動速度控制在 5 cm/s內。

振動監測點原則上布置在距爆破中心最近既有線對應斷面襯砌上,采用DSVM-4C振動測試儀、計算機、打印機等組成的振動測試系統自動進行控制。每次量測后及時打印出振動速度的三分量值、主振頻率及振動速度隨時間的衰減變化曲線等資料,并進行分析。發現問題(如振動速度超標等)及時向有關方面匯報,并視情況增加監測次數或監測點。

圖2 炮眼布置及間距

5 結論

新大成隧道緊鄰既有大成隧道,隧道施工采用了嚴格的控制爆破技術,施工中主要從控制炸藥用量及選擇合理的開挖順序、掏槽形式、周邊眼形式、爆破間隔時差、爆破器材、鉆爆設計、炮眼布置,并進行了爆破監測,從而確保了施工的順利進行和既有線的安全。

[1]袁紹國.控制爆破理論與實踐[M].天津大學出版社,2007

[2]程康,徐學勇.爆破振動頻率對振動效應影響的試驗研究[J],爆破,2003,20(3):79-81