衢寧鐵路塔石嶺隧道控制爆破施工技術(shù)

王允有 曲景麗

（中交隧道局衢寧鐵路浙江段Ⅲ標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部，北京 100020）

0 前言

近年來，我國交通工程建設(shè)蓬勃發(fā)展，高速鐵路、高速公路、城市地鐵等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，受地形地質(zhì)條件制約，特別是節(jié)約土地資源，通常會(huì)出現(xiàn)臨近隧道施工的情況。新建隧道施工對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)安全的影響，主要表現(xiàn)在爆破震動(dòng)影響和開挖引起圍巖應(yīng)力重新分布。為確保既有隧道的安全，進(jìn)行控制爆破至關(guān)重要。

1 工程概況

新建衢寧鐵路塔石嶺隧道位于浙江省麗水市境內(nèi)，單線鐵路，設(shè)計(jì)速度160km/h，全長3672m，隧道最大埋深244m。隧道出口位于半徑2500m的圓曲線上，隧道內(nèi)設(shè)置“人”字坡，進(jìn)口至變坡點(diǎn)段為5.1‰的單面上坡，長2508m；變坡點(diǎn)至出口段為5.1‰的單面下坡，長1164m。

2 地質(zhì)情況

隧區(qū)為剝蝕丘陵區(qū)，丘坡自然坡度約 20°～45°，植被茂密，以喬木及灌木為主。丘坡表層為 Q el+dl 粉質(zhì)黏土，褐黃色，層厚約 1m～3m；下伏基巖主要為侏羅系上統(tǒng)上段（J3d2）流紋質(zhì)含角礫玻屑凝灰?guī)r，強(qiáng)-弱風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化層呈黃褐色，厚度 15m～27m，其下為弱風(fēng)化層，巖體破碎節(jié)理裂隙發(fā)育。地下水主要為基巖裂隙水。

3 交叉情況

衢寧鐵路塔石嶺隧道與麗龍高速塔石嶺隧道線路夾角為60°，最小凈距33m。交叉處地表標(biāo)高約480m，新建隧道標(biāo)高約298m，隧道埋深182m。

4 爆破技術(shù)

4.1 爆破開挖方案及技術(shù)要求

要求爆破產(chǎn)生的震動(dòng)不能對(duì)既有隧道襯砌產(chǎn)生破壞效應(yīng)。同時(shí)要求爆破飛石必須控制在安全范圍內(nèi)，確保人員和設(shè)備安全。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，對(duì)交通隧道的最大允許振動(dòng)速度應(yīng)小于10cm/s。結(jié)合實(shí)際情況，麗龍高速塔石嶺隧道已運(yùn)營多年，并考慮到多次爆破可能造成累積損傷，控制震動(dòng)速度值小于5cm/s。從震動(dòng)安全角度考慮，結(jié)合既有隧道襯砌的實(shí)際狀況，采用臺(tái)階法分區(qū)掘進(jìn)、淺眼多循環(huán)、微差控制爆破、減少單段最大裝藥量、不耦合裝藥、中間預(yù)留空孔楔形掏槽控制爆破方案。

4.2 主要鉆孔設(shè)備及爆破器材選取

鉆孔采用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)、φ42mm的鉆頭鉆孔。對(duì)于爆破器材，要求炸藥采用乳化炸藥；同時(shí)要求雷管采用延時(shí)非電毫秒雷管，塑料導(dǎo)爆管起爆。

4.3 爆破技術(shù)設(shè)計(jì)

4.3.1 跨麗龍高速塔石嶺隧道爆破技術(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)開挖到距離麗龍高速塔石嶺隧道上方一側(cè)35m處時(shí)，為保證既有隧道安全，就開始控制爆破。開挖部位距離既有隧道正上方大于35m時(shí)，全斷面法開挖，進(jìn)尺3m，單段藥量最大值控制在30千克。對(duì)于開挖部位距離既有隧道正上方15m～35m時(shí)，上下臺(tái)階法開挖，進(jìn)尺3m，單段藥量最大值控制在12kg。開挖部位距離既有隧道正上方小于15m時(shí)，上下臺(tái)階法開挖，進(jìn)尺1.2m，單段藥量最大值控制在5kg，采用中間預(yù)留空孔的楔形掏槽技術(shù)。洞內(nèi)鄰近既有隧道的一側(cè)周邊孔，每?jī)蓚€(gè)裝藥孔之間設(shè)一空孔，作為減震導(dǎo)向孔，空孔與光爆孔的間距為22.5cm。

4.3.2 爆破基本參數(shù)

（1）炮眼深度。為避免單段炸藥量過大而造成強(qiáng)烈的地震效應(yīng)，炮孔深度取0.6m、1.2m及3m，掏槽孔超深0.2m。

（2）炮眼間距。周邊眼距E取（10～16）Dcm；周邊眼間距抵抗比E/W一般為0.6～1.2。其他孔孔距a一般為8D～25D。

（3）炸藥單耗q=1.4×（f/s）1/2。

式中，q為炸藥單耗（kg/m3），f為巖石普式系數(shù)；s為開挖斷面積。按式計(jì)算得q=0.58kg～0.95kg/m3，取q=0.9kg/m3。

（4）炮眼數(shù)量。

其中：開挖面積S=56.3m2，炸藥單位耗藥量q=0.9kg/m3，裝藥系數(shù)α=0.31，Ф32乳化炸藥每米重量γ＝1。

（5）每一循環(huán)裝藥量Q的計(jì)算及炮眼裝藥量的分配使用乳化炸藥，藥卷直徑為32mm，長度為150mm，每卷藥卷為0.15kg。以開挖進(jìn)尺1.2m計(jì)算。Q=qV； q=0.9kg/m3；V=56.3×1.2=67.5m3；Q=0.9×67.5=60.75kg

各個(gè)炮眼的裝藥量分配如下：折合總計(jì)60.75/0.15=405卷。各種炮眼的裝藥系數(shù)：掏槽眼為0.42，掘進(jìn)眼為0.4，周邊眼為0.35，根據(jù)這個(gè)系數(shù)分配每個(gè)炮眼的裝填藥卷數(shù)，周邊眼裝藥集中度q=0.21kg/m。

（6）起爆網(wǎng)路。起爆方式采用非電起爆系統(tǒng)。微差時(shí)間用1～19段非電毫秒雷管控制，起爆順序?yàn)椋禾筒垩邸o助眼→周邊眼→底板眼。輔助眼應(yīng)由里向外逐層起爆。

4.3.3 掏槽形式的確定

“有無進(jìn)尺看掏槽”，隧道爆破開挖的關(guān)鍵是掏槽，掏槽成功與否直接影響爆破效果，且掏槽的深度亦直接影響隧道掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺。根據(jù)本隧道的地質(zhì)條件、開挖方法以及機(jī)械設(shè)備和工人的技術(shù)水平，決定采用設(shè)置中空大減震孔的楔形掏槽。為減少掏槽孔爆破震動(dòng)對(duì)既有隧道的影響，將掏槽孔的位置布置在離既有隧道較遠(yuǎn)的上臺(tái)階內(nèi)。

4.3.4 最大單段裝藥量

以既有隧道至爆破中心的距離為安全控制半徑，以質(zhì)點(diǎn)震速限值小于5cm/s為控制標(biāo)準(zhǔn)，反算各開挖部分允許的最大單段裝藥量。炮孔按淺、密原則布置，控制單孔藥量，使一次爆破的藥量均勻地分布在被爆巖體中，同時(shí)采用毫秒雷管進(jìn)行微差爆破，以減小爆破震動(dòng)強(qiáng)度。

V=K（Q1/3max/R）α

式中：R為震源中心距建筑物的距離（m）；Q為最大單段裝藥量（kg）；V為地震波振動(dòng)速度（cm/s；K、a為與爆破地點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地質(zhì)地形有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)。以爆破允許震動(dòng)速度小于5cm/s，不同爆心距下的最大允許單段裝藥量：全斷面開挖進(jìn)尺3m，最大單段裝藥量124.7kg；上下臺(tái)階開挖進(jìn)尺0.6m，最大單段裝藥量5.9kg。

4.3.5 鉆爆設(shè)計(jì)

以II級(jí)圍巖Va型襯砌，開挖進(jìn)尺0.6m，臺(tái)階法開挖為例進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，炮孔布置均勻設(shè)計(jì)。各炮孔的裝藥量分配為，掏槽眼單孔裝藥量：0.3kg/孔；掘進(jìn)眼單孔裝藥量：0.225kg/孔，內(nèi)圈眼單孔裝藥量：0.225kg/孔，周邊眼單孔裝藥量：0.135kg/孔，底板眼單孔裝藥量：0.135kg/孔。

5 施工控制效果

施工過程中采用DSVM_4C振動(dòng)測(cè)試儀、891-Ⅱ型拾振器，在既有麗龍隧道內(nèi)與交叉處兩側(cè)沿既有隧道縱向分別選取3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距為25m。在既有麗龍隧道內(nèi)布設(shè)表面應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)斷面拱頂、左右邊墻3個(gè)點(diǎn)。每個(gè)上跨段上跨前后30m布設(shè)3個(gè)斷面。布設(shè)表面應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行爆破應(yīng)力、振動(dòng)監(jiān)測(cè)，爆破震動(dòng)速度值小于5cm/s。新建隧道爆破施工后，通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)專人對(duì)既有隧道內(nèi)觀察，未發(fā)現(xiàn)墻壁有松動(dòng)情況，墻壁無滲漏水點(diǎn)，墻壁上無新增裂紋或裂縫。全站儀進(jìn)行拱頂下沉，周邊收斂監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，新建隧道爆破未對(duì)既有隧道產(chǎn)生安全影響，滿足既有隧道的設(shè)計(jì)安全要求。

結(jié)語

新建隧道跨越既有隧道控制爆破是一項(xiàng)爆破施工技術(shù)，根據(jù)不同爆心距，以不同的最大單段裝藥量，有效控制震動(dòng)速度。結(jié)合隧道施工監(jiān)測(cè)分析，調(diào)整設(shè)計(jì)爆破方案，修正爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，有效保證隧道結(jié)構(gòu)安全。分區(qū)開挖、分段起爆，先爆破遠(yuǎn)離既有隧道的區(qū)域，為爆破區(qū)域形成新的臨空面，確保既有隧道的安全。在靠近隧道側(cè)的各個(gè)周邊孔之間設(shè)置空孔作為減震孔，具有明顯的減震作用。