渝黔鐵路梯子巖隧道臺階法施工爆破技術研究

支國存

(中鐵三局集團有限公司, 山西太原 030001)

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渝黔鐵路梯子巖隧道臺階法施工爆破技術研究

支國存

(中鐵三局集團有限公司, 山西太原 030001)

【摘要】梯子巖隧道是新建渝黔鐵路的重要控制性工程，隧址區地質條件復雜。該隧道能否順利安全施工，關系到渝黔鐵路的如期竣工通車。文章在詳細分析隧址區工程地質條件的基礎上，研究總結該隧道臺階法施工的爆破技術，提出針對梯子巖隧道不同圍巖性質的光面爆破參數，包括周邊眼間距、周邊眼抵抗線、炮孔深度、相對距離和裝藥集中度等。根據該隧道的實際情況，文章提出爆破施工放線布眼時要考慮預留下沉量，為了嚴格控制超欠挖，提出正確的炮眼位置和開挖周邊輪廓線。

【關鍵詞】隧道;臺階法施工;爆破參數

渝黔鐵路為國家Ⅰ級雙線鐵路，速度目標值為200km/h。梯子巖隧道位于遵義市三合鎮，隧道起訖里程DK259+358～DK261+276，全長1 918m，隧道按旅客列車設計行車速度200km/h客貨共線鐵路雙線隧道。目前，國內外學者對隧道爆破技術的研究多集中于巖體爆破振動臨界速度及其對鄰近建筑物的穩定性影響方面[ 1-3]，但關于隧道臺階法施工中爆破參數的系統介紹及施工措施方面的報道文獻較少。本文結合新建渝黔鐵路梯子巖隧道工程地質條件，研究鐵路隧道臺階法施工爆破參數及相關施工技術。

1隧道工程地質條件

隧道區內地質構造復雜，褶皺和斷層發育，山體槽溝內主要為(Q4dl+el)粉質黏土、紅黏土；斜坡覆蓋層為殘積(Q4dl+el)粉質黏土、紅黏土；基巖為三疊系下統夜郎組三段(T1y3)泥巖夾灰巖；三疊系下統夜郎組二段(T1y2)灰巖；三疊系下統夜郎組一段(T1y1)頁巖夾灰巖及三疊系下統茅草鋪組(T1m)灰巖。

地質構造方面，DK260+432處為背斜核部，軸向320°；隧道進出口處各發育兩組節理。進口處：J1組節理走向312～318°W，傾向NE，傾角80～82°，節理間距0.1～0.2m，閉合狀，延伸長度1～1.2m；J2組節理走向35～45°E，傾向NW，傾角80～85°，節理間距0.2～0.3m，閉合狀，延伸長度1.5～2.0m。出口處：J3組節理走向32～75°E，傾向SE，傾角65～75°，節理間距1.5～2.0m，開度2～5mm，有溶蝕現象，局部少量泥質填充，延伸長度2～3m；J4組節理走向340～355°W，傾向NE，傾角70～78°，節理間距1.0～1.5m，開度5～10mm，有溶蝕現象，局部少量泥質填充，延伸長度3～5m。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)和《渝黔線工程場地地震安全性評估報告》，隧址區地震動反應譜特征周期0.35s，地震動峰值加速度小于0.05 g。相應地震基本烈度小于Ⅵ度。

地下水方面，隧道處于巖溶水垂直滲入帶，地下水富水中等。隧道DK259+960右側約50m處發育一落水洞，為地下暗河進口，高程約823～828m，位于隧道路肩附近，雨季時雨水從落水洞匯入，流向東北方向的烏江，對隧道施工影響較大。隧道開挖可能遇到地下發育、分布的各種規模巖溶、溶蝕現象等，具涌水、突水的可能。

不良地質方面，DK259+379～DK259+900段為可溶性圍巖，洞身右側順層偏壓，且地表有民房，隧道拱頂距地面約23m。洞頂存在串珠狀空溶洞。施工中易發生落石掉塊，造成坍方。DK261+217～DK261+276段有地質順層，DK261+242～DK261+266明洞段有地質斷層。邊坡開挖和明洞開挖時易發生順層滑坡、坍方。

2臺階法施工爆破參數

2.1爆破參數選擇

根據現場圍巖的實際情況，精心進行爆破設計，每次爆破后分析比較，及時修正鉆爆參數，提高爆破效果；周邊眼使用小直徑光爆藥卷，在隧道底部兩隅腳附近，周邊眼的裝藥量要適當增大加密布眼。放線布眼時要考慮預留下沉量，并正確標出炮眼位置和開挖周邊輪廓線，嚴格控制超欠挖。爆破參數如表1和表2所示。炮眼深度應為1.0～4.0m，炮眼直徑40～50mm，藥卷直徑20～25mm。當斷面較小或圍巖軟弱、破碎或對曲線、折線開挖成形要求較高時，周邊眼間距E應取較小值。周邊眼抵抗線W值在一般情況下均應大于周邊眼間距E值。軟巖在取較小E值時，W值應適當增大。對于軟巖E/W應取小值，硬巖取大值。根據工程地質條件，本隧道炸藥應采用2號巖石硝銨炸藥。

表1　光面爆破參數

表2 　預裂爆破參數

施工過程中，周邊眼應沿隧道開挖輪廓線布置，保證開挖斷面符合設計要求，硬巖開眼位置在輪廓線上，軟巖可向內偏5～10cm。底板和仰拱底面采用預留光爆層爆破，Ⅱ級圍巖段的中心水溝應與隧底光爆層同時爆破成形。輔助眼交錯均勻布置在周邊眼和掏槽眼之間，力求爆破出的石塊塊度適合裝碴需要。周邊炮眼與輔助炮眼的眼底應在同一垂直面上，掏槽炮眼加深10～20cm。當開挖面凹凸較大時，應按實際情況調整炮眼深度，使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。炸藥可選用巖石硝銨炸藥和乳化炸藥。為預防和糾正措施、減少超欠挖，應采用五寸臺階法對開挖斷面進行檢查。下臺階開挖盡量單側落底，避免兩側拱腳同時懸空，落底長度為1～3m。開挖出渣后立即噴射混凝土封閉圍巖，然后施作錨桿、鋼拱架支撐掛網，經分層噴射混凝土直至設計厚度。具體爆破參數如圖1所示。

圖1　梯子巖隧道爆破參數

2.2軟巖爆破施工措施

2.2.1系統措施

軟質巖的IV、V級圍巖段開挖施工應采取如下系統措施：上臺階每循環開挖支護進尺V級圍巖段不得大于1榀鋼架間距、IV級圍巖段不得大于2榀鋼架間距；邊墻每循環開挖進尺不得大于2榀鋼架間距；仰拱開挖前必須完成鎖腳錨桿，每循環開挖進尺不得大于3m；隧道開挖后初期支護應及時施作并封閉成環，位于巖溶溶蝕破碎帶、巖溶充填物等軟弱基礎段須進行基底探查、處理、初期支護封閉前預留基底探查、處理條件(如預留鉆孔孔位等),在未確定處理方案前，不能施作隧底結構；圍巖封閉位置距掌子面距離不得大于35m。

2.2.2超前小導管施工措施

軟質巖的IV、V級圍巖爆破前應采用超前小導管進行預加固。小導管采用φ42×4mm的無縫鋼管，單根長4.5m，前部鉆注漿孔，孔徑6～8mm，孔間距20～30mm，梅花型布

置，前段加工呈錐形，尾部不小于100cm不鉆孔作止漿段。用風鉆或鉆機按設計長度和間距鉆孔，并用吹管將砂石吹出。小導管配合型鋼鋼架或格柵鋼架使用，縱向搭接長度不小于1m。

小環向管距IV級圍巖50cm，V級圍巖40cm；縱向間距3.0～3.2m，搭接不小于1m。小導管外插角10～12°。小導管設置范圍為拱部120°。注漿材料采用水泥漿或水泥砂漿，注漿壓力為0.5～1.0MPa。單孔注漿結束標準應滿足注漿壓力逐漸升高，當達到設計終壓并穩定10min；注漿量不小于設計注漿量的80%；進漿速度小于開始進漿速度的1/4。注漿采用注漿泵施作，注漿口最高壓力嚴格控制在0.5～1.0MPa以內，以防壓裂工作面。導管漿液總進量控制在30L/min以內。每根導管內注漿量根據現場圍巖情況計算確定，若壓力上升，流量減少，雖然注漿量未達到計算值，但孔口壓力已達到要求時結束注漿。小導管參數如圖2所示。

圖2　小導管施工參數

3結論

渝黔鐵路梯子巖隧道隧址區工程地質條件復雜，宜采用臺階法施工，該工法爆破過程中應根據圍巖級別采用合適的爆破參數，炮眼深度應為1.0～4.0m，炮眼直徑40～50mm，藥卷直徑20～25mm。當斷面較小或圍巖軟弱、破碎或對曲線、折線開挖成形要求較高時，周邊眼間距應取較小值。

軟巖區段應采用超前小導管進行圍巖的預加固，以順利實施爆破施工，小導管縱向間距3.0～3.2m，搭接不小于1m。小導管外插角10～12°。小導管設置范圍為拱部120°。注漿材料采用水泥漿或水泥砂漿，注漿采用注漿泵施作，注漿口最高壓力嚴格控制在0.5～1.0MPa以內，以防壓裂工作面。導管漿液總進量控制在30L/min以內。

參考文獻

[1]傅洪賢,趙勇,謝晉水,等.爆破施工隧道圍巖穩定性研究[J].中國鐵道科學,2011,32(2):67-70.

[2]傅洪賢,趙勇,謝晉水,等.隧道爆破近區爆破振動測試研究[J].巖石力學與工程學報, 2011 , 30 (2):335-340.

[3]錢耀峰,王星華.爆破施工對鄰近隧道安全的影響[J].北京交通大學學報,2014,38(4):90-96.

【中圖分類號】U455.49

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-01-03