淺析公路隧道下穿供水管線爆破安全控制研究

2018-10-21 01:49:19陸家成

科技風 2018年24期

陸家成

摘要：本文通過對主線隧道及供水隧道工程現狀分析研究，合理選用主線施工專項方案；通過對爆破相關參數計算分析，得出了主線隧道合理的爆破方案，包括爆破進尺選擇、裝藥量、分部爆破等內容，后續施工時通過爆破振速監測檢驗了施工成果，爆破振速及計算結果基本一致，順利通過了下穿供水管線。

關鍵詞：公路隧道；供水管線；爆破振速；爆破驗算

1 工程概況

1.1 項目概況

本標段南北主線隧道為分離式三車道隧道，呈較大角度（南線約65°/北線約54°）斜交下穿供水管線隧洞，交叉里程分別為NXK2+146.7（南線）/BXK2+277.06（北線）。下穿處隧道圍巖級別分別為Ⅳ（南線）/Ⅲ級（北線），隧道深埋分別為2102m（南線淺埋）/43.9m（北線深埋），隧道與供水管線隧洞最小凈距南線為13.5m（隧洞板底標高11.92-隧道開挖拱頂標高（-9.88+7.33+0.98）/北線為13.4m（隧洞板底標高12.08-隧道開挖拱頂標高（-9.32+7.4+0.62）。

1.2 供水管概況

供水隧洞修建于20多年前。隧洞為有壓管道，斷面形式采用圓形斷面，洞內徑為4m，設計過水流量為29.2m3/s；洞身襯砌為C25現澆鋼筋混凝土，墻厚50cm。

2 下穿供水管線爆破方案

2.1 爆破方案設計選擇

a.Ⅳ級圍巖采用三臺階法開挖，循環進尺控制在1～2m；Ⅲ級圍巖，采用上下臺階法施工，開挖循環進尺控制在2.0～25m。Ⅵ級盡量采用人工配合機械（松軟巖）、松動爆破（較硬巖）方法開挖，Ⅲ級采用人工鉆眼、光面（預裂）爆破方法開挖。

b.Ⅲ級圍巖采取兩臺階法施工，周邊孔采用光面爆破，微差控制松動爆破技術，循環進尺不大于2.5m，掏槽孔深度2.7m。

c.Ⅳ圍巖采取三臺階法施工，周邊孔采用光面爆破，微差松動控制爆破技術，循環進尺不大于2.0m，掏槽孔深度2.3。

d.根據隧道圍巖情況及斷面設計，結合現有技術裝備和多年隧洞施工經驗，擬定合理的爆破方案，軟巖采用機械或人工開挖，硬巖開挖采用光面爆破。隧道爆破作業時嚴格控制裝藥量及爆破震動，炸藥單耗控制在0.4～1.5kg/m3之間，嚴格控制循環進尺。爆破施工中根據實際爆破效果及時進行參數調整。

2.2 鑿巖機具及爆破器材的選取

（1）鑿巖機具的選取。根據選取的爆破方案，鉆孔直徑為Ф42mm，采用人工手持式氣腿風鉆（YT28、29），鉆頭采用“一”字型硬質合金鉆頭，鉆桿規格為中空六棱型，長度1～5m。

（2）爆破器材的選取。根據爆破規模及巖石特性，擬選用2號巖石乳化炸藥作為主起爆藥，非電導爆管雷管起爆。所需爆破器材見下表：

隧道下穿供水管線地段主要為Ⅲ、Ⅳ級圍巖，Ⅲ級圍巖設計采用兩臺階法、Ⅳ級圍巖采用三臺階法施工。由于管距隧道開挖凈距小，為控制震速，減小一次起爆裝藥量，均采取三臺階法施工，采用微差控制爆破+光面爆破技術開挖，循環進尺不大于2.0m。

（1）爆破掘進斷面尺寸。隧道主線寬15.85米，高1135米。

（2）炮眼布置。采用淺眼爆破，分上、中、下臺階+（Ⅳ級仰拱左右幅）掘進。上臺階掘進炮眼類型分掏槽眼、輔助眼和周邊眼，中、下臺階掘進利用既有臨空面，打水平炮孔分層爆破。

（3）炮眼參數。a.炮孔直徑ψ42mm。b.單循環進尺1.8m。c.孔網參數：上臺階掏槽眼：掏槽眼布置在巷道中部，二級楔形掏槽眼孔排距600-750mm，傾角86°-87°，槽口寬2.2米，孔深2.0米，超深0.2米，孔長2.3米，進尺1.8米。

上臺階輔助眼：在掏槽眼與周邊眼之間設輔助眼，輔助眼孔間距750-850mm，排距750-850mm；

中、下臺階輔助眼：最小抵抗線W= 800-1000mm，孔間距a=800-1000mm。

周邊眼：斷面輪廓采用光面爆破，沿設計輪廓布孔，外傾角5°，沿設計輪廓線布孔，頂眼及直墻眼孔距500-550mm，光爆層厚800mm，底板孔距800-900mm。

（4）裝藥量計算。主線上臺階平均炸藥單耗q=1.05kg/m3：總藥量Q=q*V=113.8kg，爆破體積V=S*L= 109m3。

主線中臺階平均炸藥單耗q=0.51kg/m3：總藥量Q=q*V=40.5kg，爆破體積V=S*L= 79.2m3。

主線下臺階平均炸藥單耗q=0.40kg/m3：總藥量Q=q*V=33.0kg，爆破體積V=S*L= 84m3。

3 爆破振速驗算

隧道下穿供水管線地段，南線正下方為Ⅳ級圍巖，附近（100m范圍）為Ⅳ級、Ⅴ級；北線正下方為Ⅲ級圍巖，附近（100m范圍）為Ⅲ、Ⅳ級。管線與隧道最小凈距13.5m（南線）/13.4m（北線）；為降低振速，交界面前后100m范圍Ⅲ、Ⅳ級圍巖段，均采用三臺階法爆破施工。設計振速限值V限=2Cm/s，驗算按最不利因素考慮。

根據Ⅳ級（Ⅲ級）圍巖（三臺階法）爆破參數表可查，循環進尺1.8m，單段最大裝藥量Q'=16.8Kg（上臺階）；

供水管線距南線起爆中心最小距離為15.5m（交叉正下方），據上述公式計算同段起爆最大裝藥量Q"=5.96Kg（R=15.5m）；

《爆破安全規程》震速計算公式為：V = K（3√Q / R） α，K值取50（巖石條件K=30～70），α值取1.5（α=1～2）；

由Q'>Q"，可知振速超出限值，故需采取縮短循環進尺，減少單段最大裝藥量，滿足振速限值要求。由于供水管線為壓力管，為最大限度降低、控制爆破震速；據同段起爆最大裝藥量表、結合現場實際情況，以交界面為起點向兩端分段擬定循環進尺，確定所分段落每循環單段起爆最大裝藥量，對每一段落產生的最大爆破震速進行驗算如下：

b-1.0～25m地段

每循環進尺0.5m，單段最大裝藥量Q1=16.8/1.8*0.5=4.7Kg，該段起爆中心距三期管最小距離R1=15.5m（交叉正下方），該段最大爆破震速為：

V1max = K（3√Q 1/ R1） α=50（3√4.7/ 15.5） 1.5=178（Cm/S）

b-2.25～50m地段

每循環進尺1.0m，單段最大裝藥量Q1=16.8/1.8*1.0=9.3Kg，該段起爆中心距三期管最小距離R2=28.4m（距交界面25m），該段最大爆破震速為：

V2max = K（3√Q 2/ R2） α=50（3√9.3/ 28.4） 1.5=101（Cm/S）

b-3.50m以后地段

按正常段進行施工，每循環進尺1.8m，單段最大裝藥量Q3=16.8Kg，起爆中心距供水管最小距離R3=51.8m（距交界面50m），最大爆破震速

V3max = K（3√Q 3/ R） α=50（3√16.8/ 51.8） 1.5=055（Cm/S）

4 結論

公路隧道下穿供水管線的爆破參數選取從爆破驗算中可以看出是滿足設計振速限值V限=2Cm/s。由此，我們推斷該方案在現有的地質條件下，是能夠滿足相關規范規程以及設計要求的。

此外，在我們采用該方案進行爆破作業時，加強監控量測，發現爆破實際振速與計算基本一直，及時對該方案進行檢驗，確保理論與實踐相對一致，及時的反饋信息指導施工，從而，安全的通過了供水管線。