雙連拱隧道后行洞爆破方案優化研究

趙利強

華麗高速公路五臺山2 號隧道設計為無中導洞施工工藝，其優點為可以減少施工步驟和臨時支護，但存在工序銜接難度大，后行洞拱架搭接在先行洞鋼架上，未閉合成環，結構受力復雜，后行洞爆破對先行洞襯砌擾動較大，因此選擇合理的爆破方案對無中導洞連拱隧道的施工質量具有重要意義。

目前連拱隧道多采用中導洞或三導洞的施工方法，然而導洞法工序繁多，臨時支護多，施工工期長。無中導洞法少了開挖導洞的工序，減少了臨時支護，工序干擾小，加快施工速度、提高施工質量，但是，無中導洞連拱隧道施工時，后行洞爆破對先行洞的襯砌擾動大，爆破工藝要求高。本文以云南華麗高速公路第29 合同段五臺山2 號連拱隧道施工為例，探究后行洞爆破對先行洞襯砌影響規律，并優化爆破方案，從先行洞預留空隙和后行洞采取三次爆破方式等方面談談如何減小后行洞爆破對先行洞襯砌的震動影響。

一、工程簡介

1.工程概況

五臺山2 隧道是一座無中導洞連拱隧道，起止點樁號為K141+343～K141+860，全長517 米，隧道圍巖有Ⅳ級和Ⅴ級兩種，其中Ⅳ級圍巖占442 米（85.5%），Ⅴ級圍巖占75 米（14.5）。隧道區屬中低山巖溶化山地地貌區，地質構造復雜，節理裂隙較發育。

2.工程特點

地層巖性主要以粘土、中～強風化白云質灰巖為主，巖質較硬，隧道區巖溶發育，隧道開挖有遇豎井狀溶洞的情況。五臺山2 號隧道采用進口端單向掘進，施工時先施工地質較差、埋深較淺的一幅，結合實際地形、地質將左洞定為先行洞，右洞定為后行洞，左右洞均采用臺階法開挖。后行洞拱架搭接在先行洞鋼架上，未閉合成環，結構受力復雜，須嚴格控制爆破施工工藝，防止后行洞爆破引起先行洞襯砌混凝土開裂甚至失穩。

二、施工工藝

1.總體施工工藝

根據施工組織設計開挖方案，Ⅳ級圍巖左洞采用上下臺階法，右洞采用上下臺階法開挖。采用超前小導管注漿方式進行預支護，然后采用微差控制爆破技術進行開挖，掏槽采取楔形掏槽，每循環進尺2 榀，周邊眼采用光面爆破，開挖后利用噴混凝土、錨桿支護、掛鋼筋網、設型鋼鋼架支護，澆筑二襯鋼筋混凝土。Ⅴ級圍巖左洞采用三臺階預留核心開挖，右洞采用三臺階預留核心土臨時仰拱法，爆破采用微震控制爆破技術，掏槽采取楔形掏槽，每循環進尺1 榀，周邊眼采用光面爆破，開挖后利用噴混凝土、錨桿支護、掛鋼筋網、設型鋼鋼架支護，澆筑二襯鋼筋混凝土。要求爆破震動速度控制標準值應小于15cm/s，施工過程中加強后行洞爆破對先行洞襯砌震動影響的監測，實時動態調整爆破設計方案及參數。

2.后行洞Ⅳ級圍巖爆破設計

（1）爆破參數選擇

①炮眼直徑選擇

炮眼直徑選用：d=42mm。

②炮眼深度

循環進尺為：l=1.60m，取炮眼利用率n 為0.90

實際取炮眼深度為1.8m，實際循環進尺為：

l'=1.8×0.90=1.62m

掏槽眼的深度為：

L掏=1.8+0.2=2m

輔助眼及周邊眼的深度為：

L輔、周=1.8m

（2）每循環總炸藥用量

Q=qV

式中：Q——掘進每循環所需總炸藥量(kg)，Ⅳ級圍巖取0.95kg/3m；q——單位耗藥量，(kg/m3)；V——1 個循環進尺所爆落的巖石總體積(m3)，其值為

V=SLη

其中：S——右洞上臺階開挖斷面面積(m2)，S=62.642m；

L——炮眼平均深度(m)，L=1.8m;；

η——炮眼利用率，η=0.9。

故Q=0.95×62.64×1.80×0.90=96.40kg

（3）掏槽眼布置

①掏槽眼參數

采用兩層掏槽眼，內掏槽眼與開挖面的夾角取40°，外掏槽眼與開挖面的夾角取50°，上下掏槽眼間的距離取60cm。

②掏槽眼長度

l內掏=1/sin40=1.56m

l外掏=2/sin50=2.61

③掏槽眼裝藥量

掏槽眼的裝藥系數取0.7，則單孔裝藥量為：

每個內掏槽眼，q內掏=1.56*0.7*0.86=0.94

實際取0.9kg（3 卷）

每個外掏槽眼， q內掏=2.61*0.7*0.86=1.57

實際取1.5kg（5 卷）

掏槽眼總裝藥量為：

Q掏=8*0.9+10*1.5=22.2 kg

（4）周邊眼布置

①周邊眼間距及最小抵抗線

根據圍巖情況和隧道斷面尺寸：

周邊眼間距取500mm，最小抵抗線取500mm，光爆孔密集系數為1.0。

②周邊眼數量

按照右洞上臺階開挖面的周長和選用的炮孔間距，可以計算出周邊眼個數取37 個。

③周邊眼單孔裝藥量

為了保證光面爆破效果，周邊眼裝藥系數取為0.4；為了保證開挖凈空，周邊眼向外傾斜，眼底超出輪廓線100mm。

則周邊眼的長度為：

L周=1.8m

則單孔裝藥量為：

q周=1.8*0.4*0.86=0.61 kg

實際取0.6kg(2 卷)。

④周邊眼總裝藥量

周邊眼的總裝藥量為：

Q周=0.6*37=22.2 kg

（5）輔助眼布置

考慮圍巖堅固系數，輔助眼裝藥系數取為0.55。

①輔助眼數量

N輔=（96.4-22.2-22.2）/（0.55*1.8*0.86）=61 個

實際取71 個。

②輔助眼單孔裝藥量

Q輔=0.55*1.8*0.86=0.85 kg

實際取0.90kg(3 卷)。

③輔助眼的總裝藥量為：

Q輔=71*0.9=63.9 kg

（6）中巖墻炮眼布置

后行洞距先行洞初支1m 布置炮眼，以松動爆破為主，采用不耦合裝藥。

在預留1m 中巖墻中部布置減震孔，間距0.3m，最后裝藥爆破，防止后行洞爆破對先行洞二襯造成破壞。

裝藥系數為40%，

q中=1.8*0.4*0.86*=0.619 kg

實際取0.6 kg（2 卷）

Q中=0.6*12=7.2 kg

Q=63.9+22.2+22.2+7.2=115.5 kg

此值與按體積公式計算的總裝藥量基本一致，所以按此值進行裝填炸藥。

3.監控量測

因無中導洞連拱隧道爆破開挖擾動次數多特點，隧道初期支護受力形式和變形影響因素復雜，施工風險高，監控量測在埋深淺、偏壓大的連拱隧道中顯得非常重要。因此，連拱隧道施工過程中必須重視監控量測工作，并及時進行監控量測的數據分析及信息反饋，以保證施工安全。

監控量測斷面的布設要求：

（1）洞口淺埋段10-15m 范圍之內，應布置不少于

3-5 個測點進行位移監測。

（2）水平收斂和拱頂下沉量測，V 級圍巖每10～20米一處，IV 級圍巖每20～30 米設置一處監測斷面，監測應在爆破后12 小時內和下一循環開挖前完成進行。

（3）中墻內應力、表面應力及裂縫量測，結合周邊收斂位移監測中墻位移。每個洞口淺埋段，應不少于3 個斷面，每個斷面不少于3 個測點。

（4）在先行洞二襯拱腰2m 范圍內布置震動測點，以后行洞掌子面對應先行洞二襯位置為中點等間距對稱布置5 個測點（如圖1），先取D 為10m，后根據震速測試結果縮小測點間距，監測不同位置襯砌的震動衰減規律。

圖1 測點布置圖

三、結語

五臺山2 號連拱隧道后行洞爆破施工過程中，采用以上方法優化爆破方案，可以極大的減小后行洞爆破對先行洞襯砌的擾動，保證先行洞二襯質量。從施工進度、工程質量和安全都得到有效保障，對類似的高速公路連拱隧道施工具有一定參考價值。