象山隧道擋水墻爆破拆除

趙東波，李紅軍

(中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009)

0 引言

地下工程施工中經常需根據需要建造一些混凝土結構的臨時工程，這些臨時工程在其使用功能完成后需拆除。由于臨時工程與主體工程相距較近甚至連為一體，因此，采取切實可行的技術手段將臨時工程與主體結構切割開，并確保切割過程中不損傷需要保留的主體工程是施工中必須解決的問題。爆破是拆除這些臨時工程的常用方法［1－11］。爆破拆除過程中需要考慮的是主體工程不被拉裂，且爆破振動強度降至滿足主體工程安全范圍。隨著我國綜合國力的提高和地下空間開發利用的逐步擴大，上述問題將越來越多。因此，對地下工程中緊鄰或接觸主體工程的臨時建筑爆破拆除方法進行研究具有十分重要的現實意義。本文以龍廈鐵路象山隧道擋水墻爆破拆除為對象，對其爆破拆除技術進行了研究并實施，以期對類似工程有一定的指導和借鑒意義。

1 工程概況

2009年12月23日，象山隧道1#斜井右線發生巖溶突水地質災害，最大涌水量達7 200 m3/h，地表失水誘發新祠村房屋大面積開裂。為控制災情，搶險指揮部決定在隧道左、右線進口端DK20+025～+032處各設置1道厚7 m的C30混凝土擋水墻。為保證擋水墻的抗剪能力，擋水墻施作完成后再施作5 m厚抗剪斜墻。擋水墻及抗剪斜墻如圖1所示。

巖溶地質災害處理完成后需對擋水墻和抗剪斜墻進行爆破拆除。由于擋水墻和抗剪斜墻與隧道襯砌連在一起，因此，爆破拆除必須保證擋水墻爆破不致影響襯砌結構安全。

2 抗剪斜墻拆除技術

2.1 爆破拆除方案

將抗剪斜墻分成A，B，C 3個區域依次進行臺階式垂直眼爆破拆除。

圖1 擋水墻及抗剪斜墻立面圖(單位:cm)Fig.1 Profile of water-stopping wall and anti-shearing wall(cm)

前人的研究表明，預裂縫是有效的爆破減振措施［3－4］。為減弱爆破對襯砌結構的不利影響，在抗剪斜墻邊界距襯砌外輪廓0.5 m處布置一圈間距0.2 m，直徑100 mm的預裂減震孔。

2.2 爆破設計

將抗剪斜墻分為3個區域進行鉆眼爆破，臺階面寬2 m左右，一次性鉆孔到底(高1.5～4.0 m)。A區域爆破、清碴完畢后再進行B區域的鉆爆作業，B區域爆破、清碴完成后再進行C區域的爆破作業。

1)炮孔布置。炮孔沿隧道軸線縱向成排布置，最小抵抗線指向垂直臨空面。在各個區域的臺階面上布置2～3 排炮孔，炮孔深 1.5 ～4.0 m、間距 0.7 ～0.9 m、排距0.6 ～0.8 m，前排炮孔的最小抵抗線為 0.9 m。炮孔布置如圖2所示。

2)藥量計算。藥量按下列公式計算并經爆破振動檢算后確定。

式中:a，b，L分別為炮孔間距、排距和深度，m;W為最小抵抗線，m;k=0.2 ～0.25 kg/m3。實際操作中，最后一排炮孔的單孔裝藥量比最前排炮孔的多10%左右，以加強后排孔的拋擲能力。

爆破工程中廣泛采用振動速度來評價爆破的影響［5－6］。我國 GB 6722—2003《爆破安全規程》規定:交通隧道安全允許的爆破振動速度為10～20 cm/s。爆破振動傳播規律普遍采用薩道夫斯基的經驗公式進行計算［7－9］。

式中:Qmax為最大單段允許用藥量，kg;v為振速控制標準，取15 cm/s;R為爆源中心至振速控制點的距離，取4 m;K為與爆破技術、地震波傳播介質有關的系數，取150;α為爆破振動衰減指數，取2。

按式(3)和上述參數計算出保證隧道襯砌結構安全的最大單段允許用藥量為2.0 kg。按計算結果進行裝藥。各炮孔分層裝藥，下層裝藥為總藥量的2/3，上層裝藥為總藥量的1/3，上層起爆雷管裝小段別，下層起爆雷管裝大段別，如圖2所示。

2.3 防護措施

由于爆破具有向上的較好臨空條件，為防止向上飛石，在炮孔口上方蓋1～2個沙袋。

3 擋水墻拆除技術

3.1 拆除方案

擋水墻除厚度、體積比抗剪斜墻的大外，它與隧道襯砌的接觸面積也比抗剪斜墻大得多。它的拆除同樣也需重點考慮爆破震動對與之接觸的隧道襯砌結構的不利影響。為此，將擋水墻分3個區域進行拆除，超前導洞和預留保護層采用非爆拆除，擴挖層采用爆破拆除。

1)超前導洞非爆開挖。臨空面條件好時爆破振速較小，隧道爆破施工中掏槽爆破產生的振速比其他炮眼大是因為掏槽炮眼的夾制作用較強［10－11］。為減少掏槽爆破震動并增加擴挖層爆破臨空面，采用大型鉆機+劈裂(破碎)機進行超前導洞開挖。

2)預留保護層機械鑿除。預留0.5 m厚襯砌保護層，該層采用人工或機械鑿除。

采用該方案施工，超前導洞、擴挖層及預留保護層分開施工，工序轉換方便。超前導洞先行非爆拆除，碴出完后再進行擴挖層的爆破作業，最后進行預留保護層的拆除。擋水墻的非爆+爆破拆除施工方案如圖3所示。

圖3 擋水墻施工方案示意圖(單位:cm)Fig.3 Scheme of demolition of water-stopping wall(cm)

3.2 超前導洞非爆拆除

超前導洞采用大型鉆機配合劈裂機進行開挖。具體如下:

1)首先用大型鉆機沿超前導洞開挖輪廓線鉆孔取芯，鉆孔孔徑15 cm，相鄰鉆孔中心距13 cm，每次鉆深 3.5 m。

2)鉆孔完成后采用液壓劈裂機自上而下破碎混凝土，人工撬落，每次劈裂進尺0.5 m。為保證臺架、液壓劈裂機管線和下部工作面的安全，隨時將破碎后的混凝土塊用手推車運至距掌子面10 m以外的地方臨時堆放，后期與擴挖層一起集中出碴。

3.3 擴挖層鉆爆拆除

為保證襯砌結構的安全，在擴挖層施工中采取了設置減震孔、嚴格控制單段爆破用藥量、合理選擇循環進尺和爆破器材等措施。

1)設置減震孔。在預留保護層與擴挖層間布置一圈直徑10 cm、孔距30 cm的減震孔，以消減擴挖層爆破對隧道襯砌的震動影響。

2)爆破參數。與抗剪斜墻爆破拆除最大單段藥量的計算方法類似，隧道襯砌的爆破振動控制速度亦按15 cm/s考慮計算單段最大用藥量。

取 R=4 m，α =2.0，K=150，v=15 cm/s，得 Q=2.0 kg。

考慮到超前導洞為擴挖層增加了1個臨空面，所以最大單段藥量取計算值的1.2倍。即單段最大用藥量取 2.4 kg。

以單段最大用藥量為控制條件，結合循環施工能力按式(2)確定炮孔的間、排距和同一段的炮孔數量等爆破參數，見表1。

表1 擋水墻擴挖層爆破參數表(1.5 m進尺)Table 1 Parameters of blasting in enlarging excavation of waterstopping wall(1.5 m advance rate)

擴挖層炮孔間距0.95 ～1.1 m，第1，2 圈及第3，4圈上半部分的排距為0.8～0.9 m，最內圈(第1圈)炮孔的最小抵抗線為0.8 m。炮孔布置如圖4所示。

圖4 擋水墻擴挖層炮孔布置示意圖(單位:cm)Fig.4 Layout of blasting holes in enlarging excavation of waterstopping wall(cm)

3)爆破器材選擇。內圈眼選用φ32 mm的2#巖石乳化炸藥。周邊眼選用高爆力、小直徑、傳爆性好的φ25 mm乳化炸藥。雷管選用微差毫秒雷管，跳段使用，相鄰間隔大于50 ms，以避免爆破震動疊加、減弱震動。起爆雷管選用常見的15段非電毫秒雷管。

4)裝藥結構及堵塞方式。輔助眼、內圈眼、底板眼采用連續裝藥結構，周邊眼采用小直徑藥卷間隔裝藥。所有裝藥炮眼均采用炮泥堵塞，堵塞長度不小于30 cm。嚴格控制周邊眼的裝藥量，借助導爆索、竹片進行間隔裝藥，使藥量沿炮眼均勻分布，以確保隧道周邊成型良好，并減少對襯砌的擾動。

3.4 循環進尺

超前導洞的循環進尺為3.5 m，后續擴挖層的循環進尺為1.5 m。超前導洞開挖一個循環，后續擴挖施工2個循環。

象山隧道擋水墻及抗剪斜墻拆除施工中采用上述措施取得了很好的效果，在保證襯砌安全的前提下成功地拆除了與隧道襯砌連為一體的擋水墻和抗剪斜墻。

4 結論與體會

1)嚴格控制單段爆破用藥量是保證主體結構安全的關鍵。在單段爆破用藥量控制的基礎上，合理布置炮孔、選擇爆破參數進行分區、分層爆破是減弱爆破震動的有效手段。

2)采用非爆開挖方法施作超前導洞可避免掏槽爆破的過大震動并為后續爆破增加臨空面，是全斷面拆除爆破條件下減弱爆破震動的有效措施。

3)在主體結構周邊預留保護層、鉆設減震孔是減弱爆破對主體結構不利影響的有效措施。

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