襄渝Ⅱ線新大成隧道施工控制技術(shù)

杜少成

(中鐵十四局集團(tuán)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(jìn)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(jí),以泥巖夾砂巖為主。既有大成隧道始修于1972年,運(yùn)營過程曾出現(xiàn)多次塌方,雖經(jīng)過整治,仍存在較大隱患,故設(shè)計(jì)要求對既有隧道 580m較差襯砌地段拱墻進(jìn)行要點(diǎn)加固。由于襄渝線運(yùn)營壓力大,施工需要的停車次數(shù)和給點(diǎn)時(shí)間嚴(yán)重不足,既有隧道加固進(jìn)度無法滿足增建二線隧道掘進(jìn)要求。故要在未對既有隧道進(jìn)行加固的情況下,對新建隧道實(shí)施嚴(yán)格控制爆破,確保既有隧道的接觸網(wǎng)、襯砌和線路免受爆破震動(dòng)的危害,控制爆破施工技術(shù)尤為重要。

2 爆破震動(dòng)影響因素

新大成隧道爆破震動(dòng)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(dòng)速度才能保證既有大成隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和既有線的安全運(yùn)營。

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

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

(4)掏槽炮孔因只有一個(gè)臨空面,比相同裝藥量的其他炮孔會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的震動(dòng)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(jìn)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(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度值來評估,由爆破產(chǎn)生的振動(dòng)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(diǎn)與測點(diǎn)之間地質(zhì)條件的影響。由于影響因素較多,所以不可能用一個(gè)公式準(zhǔn)確表述,一般可用下式表示[1]:

式中:V為振動(dòng)速度;Q為最大一段允許炸藥量;R為距爆破點(diǎn)的距離;K、α為與炸藥種類、爆破方法、地質(zhì)條件等因素有關(guān)的系數(shù)。

3 控制爆破施工技術(shù)

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(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度限值 5 cm/s作為控制標(biāo)準(zhǔn),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(cè)壁導(dǎo)坑開挖。側(cè)壁導(dǎo)坑掌子面之間間距 10m,先開挖左側(cè)遠(yuǎn)離既有隧道下部導(dǎo)坑,實(shí)施初期支護(hù);再開挖上部弧形導(dǎo)坑,對拱頂實(shí)施 25中空錨桿初期支護(hù);最后開挖下導(dǎo)坑,實(shí)施初期支護(hù)。采用短臺(tái)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(jìn)行微差爆破,以減小爆破震動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 選擇掏槽形式

掏槽爆破的震動(dòng)強(qiáng)度比其他部位炮眼爆破時(shí)的震動(dòng)強(qiáng)度都要大,因此,從減小掏槽爆破的震動(dòng)強(qiáng)度出發(fā),選用楔形掏槽。由于雷管段數(shù)足夠,現(xiàn)場選用雙楔形掏槽,掏槽部位的巖體分段進(jìn)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(dòng)效果。

3.5 選用周邊眼爆破形式

為了減小爆破振動(dòng),右側(cè)邊墻周邊光爆孔在左側(cè)導(dǎo)坑和上部導(dǎo)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(shí)差

根據(jù)有關(guān)資料表明[1-2],在軟巖圍巖中爆破,振動(dòng)頻率比較低,一般均在 100Hz以下,振動(dòng)持續(xù)時(shí)間縱向比橫向振動(dòng)持續(xù)時(shí)間大時(shí),可達(dá)到 200ms左右,垂直向可達(dá)到 100ms左右。為避免振動(dòng)強(qiáng)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(dòng)的因素,要控制爆破振動(dòng)速度,必須選用合適的炸藥和毫秒雷管。根據(jù)爆轟理論,炸藥爆轟速度直接影響質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度,要降低質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度應(yīng)選用低爆速炸藥,炸藥選用爆速低的 2號(hào)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(shí)跳段使用。

3.8 鉆爆設(shè)計(jì)

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

3.9 炮眼布置

分部爆破開挖,以“短進(jìn)尺,密打眼,少裝藥,增加毫秒雷管段數(shù)”的原則進(jìn)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(shí)。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(dòng)監(jiān)測

對爆破進(jìn)行監(jiān)測是檢驗(yàn)爆破震動(dòng)及爆破安全的重要措施,在洞身開挖爆破時(shí),對既有隧道對應(yīng)斷面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度及其頻率進(jìn)行量測。根據(jù)設(shè)計(jì)要求將振動(dòng)速度控制在 10 cm/s內(nèi),為增大既有線的運(yùn)營安全系數(shù),施工中將爆破后的振動(dòng)速度控制在 5 cm/s內(nèi)。

振動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)原則上布置在距爆破中心最近既有線對應(yīng)斷面襯砌上,采用DSVM-4C振動(dòng)測試儀、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成的振動(dòng)測試系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行控制。每次量測后及時(shí)打印出振動(dòng)速度的三分量值、主振頻率及振動(dòng)速度隨時(shí)間的衰減變化曲線等資料,并進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)問題(如振動(dòng)速度超標(biāo)等)及時(shí)向有關(guān)方面匯報(bào),并視情況增加監(jiān)測次數(shù)或監(jiān)測點(diǎn)。

圖2 炮眼布置及間距

5 結(jié)論

新大成隧道緊鄰既有大成隧道,隧道施工采用了嚴(yán)格的控制爆破技術(shù),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(shí)差、爆破器材、鉆爆設(shè)計(jì)、炮眼布置,并進(jìn)行了爆破監(jiān)測,從而確保了施工的順利進(jìn)行和既有線的安全。

[1]袁紹國.控制爆破理論與實(shí)踐[M].天津大學(xué)出版社,2007

[2]程康,徐學(xué)勇.爆破振動(dòng)頻率對振動(dòng)效應(yīng)影響的試驗(yàn)研究[J],爆破,2003,20(3):79-81