光面爆破在節(jié)理發(fā)育Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖隧道施工中的應(yīng)用研究

褚衍橋

中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司

1 工程概況

福建省沙埕灣跨海公路通道工程A1合同段與浙江省銜接，設(shè)有隧道3.5 座，均為分離式雙洞布置，隧道主洞凈空斷面寬14.75m，高5.0m，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h。其中南山尖隧道為跨境隧道，浙江省內(nèi)名為岱嶺隧道，長(zhǎng)694.6m；福建境內(nèi)名為南山尖隧道，長(zhǎng)1492.5m。該隧道福建端洞口位于福鼎市佳陽(yáng)鄉(xiāng)雙華村，隧址區(qū)屬丘陵地貌隧道橫穿南北向山脊，地形起伏較大。山體自然坡度為20°～45°，出口段地勢(shì)略緩，約為20°，山體較穩(wěn)定，沿線山脊較窄小，沖溝發(fā)育，切割較深，呈V 形谷，植被較發(fā)育，隧道最大埋深約300m。隧道左線起訖樁號(hào)為ZK0+000～ZK1+490，其中Ⅱ級(jí)圍巖850m，Ⅲ級(jí)圍巖355m，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖所占比例為80.87%；右線起訖樁號(hào)YK0+000～YK1+495，其中Ⅱ級(jí)圍巖745m，Ⅲ級(jí)圍巖440m，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖所占比例為79.26%。

2 應(yīng)用研究背景

南山尖隧道因洞口征拆滯后，右洞較計(jì)劃開(kāi)工時(shí)間推遲約半年，左洞因大量民房拆除較右洞開(kāi)工又推遲半年多，整個(gè)計(jì)劃工期嚴(yán)重滯后，其中左洞較右洞施工進(jìn)尺滯后約500m。根據(jù)右洞施工得知該隧道山體Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖為弱風(fēng)化青灰色凝灰熔巖，巖質(zhì)較硬，強(qiáng)度可達(dá)200MPa，但節(jié)理發(fā)育，呈平層、豎層不規(guī)則分布，且裂隙結(jié)構(gòu)緊密、整潔、無(wú)雜質(zhì)，無(wú)夾雜泥沙，巖體多呈塊狀構(gòu)造，受震動(dòng)局部易掉塊，見(jiàn)圖1。

圖1 南山尖隧道Ⅱ、Ⅲ圍巖

原設(shè)計(jì)Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面光面爆破開(kāi)挖，噴、錨、網(wǎng)初期支護(hù)。隧道Ⅱ級(jí)圍巖斷面123.09m2，Ⅲ級(jí)圍巖斷面125.08m2，項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)斷面尺寸、施工質(zhì)量及進(jìn)度等各方面要求，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)制定光面爆破方案，預(yù)期超欠挖控制在±5cm 以?xún)?nèi)，每循環(huán)進(jìn)尺為3.5m～4.0m。實(shí)際右洞先行施工情況，爆破后拱頂?shù)魤K較多，成斷面凹凸不平，嚴(yán)重處呈現(xiàn)矩形狀，最大超挖深度達(dá)0.8m，光面爆破效果差。考慮施工安全與后期防水板施工質(zhì)量，調(diào)整方案為增加F3 型超前錨桿支護(hù)，同時(shí)加強(qiáng)初期支護(hù)，增設(shè)工14型鋼支撐，縱向間距1m布置。Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖平均進(jìn)度約為100m/月，嚴(yán)重影響施工工期。左右洞為同一山體，且中間巖墻距離為32m 左右，可判斷左右洞圍巖基本一致。根據(jù)線路計(jì)劃通車(chē)時(shí)間要求2020 年7 月底必須完成隧道貫通，截至2020 年3 月初南山尖隧道右洞開(kāi)挖剩余360m，可順利完成；左洞剩余890m，要求平均每月至少完成180m，困難很大。

3 方案比選

（1）方案一：借助浙江境內(nèi)工作面，采取兩個(gè)工作面同時(shí)施工。但由于該隧道屬于兩個(gè)省工程，且浙江段早完成早竣工，重啟難度大，申請(qǐng)手續(xù)復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，不可取。

（2）方案二：利用左右洞進(jìn)尺差，在右洞掌子面附近增設(shè)橫洞至左洞，增加左洞開(kāi)挖工作面。但新增開(kāi)挖面通風(fēng)差，施工環(huán)境惡劣，且需增加一部二襯臺(tái)車(chē)確保二襯安全步距符合規(guī)范要求，同時(shí)增加一組開(kāi)挖、支護(hù)、二襯施工人員及機(jī)械設(shè)備等，準(zhǔn)備工作量大，投入大，成本高，耗時(shí)也較長(zhǎng)。

（3）方案三：調(diào)整光面爆破參數(shù)，優(yōu)化施工方案，加強(qiáng)施工組織。

項(xiàng)目通過(guò)多次會(huì)議組織多名相關(guān)人員討論，最終確定以采用方案三為主為先，以方案二為備選。

4 光面爆破方案優(yōu)化及注意事項(xiàng)

4.1 方案優(yōu)化

經(jīng)過(guò)多次對(duì)各方面爆破參數(shù)的調(diào)整和現(xiàn)場(chǎng)一次次的試爆驗(yàn)證，最終得到理想光爆效果，優(yōu)化后炮眼布置及爆破網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖2。

（1）調(diào)整炮眼布置，減少炮眼數(shù)量。除保持57個(gè)周邊眼、12個(gè)掏槽眼不變，掘進(jìn)眼由原來(lái)5 個(gè)調(diào)整為7 個(gè)之外，其他炮眼均被減少。取消原方案中26個(gè)內(nèi)圈眼，輔助眼由原來(lái)5排調(diào)整為3排，并由原來(lái)40個(gè)減少到24個(gè)；兩層抬炮眼每層減少1個(gè)，由原來(lái)17個(gè)調(diào)整為15個(gè)；底板眼由原來(lái)9個(gè)減少至6個(gè)。

（2）控制炸藥總用量，調(diào)整部分炮眼單孔裝藥量。主要調(diào)整第3 排輔助眼由1.8 千克/孔增加至2.4 千克/孔，掘進(jìn)眼由3.0 千克/孔減少至2.7 千克/孔，取消內(nèi)圈眼減少炸藥31.2kg。

（3）調(diào)整起爆網(wǎng)絡(luò)。主要針對(duì)周邊眼，由原來(lái)統(tǒng)一采用15段，調(diào)整為11、13、15 段不同段數(shù)。開(kāi)挖臺(tái)車(chē)1、2 架部位周邊眼先爆，采用11段，下部周邊眼采用13段，拱部及兩個(gè)角落炮眼為最后起爆，采用15段，見(jiàn)表1。

（4）采用數(shù)碼電子雷管替換普通毫秒雷管。提高爆破可靠性，提高延期精度，有利于控制爆破效應(yīng)，降低爆破振動(dòng)，提高爆破效果；電子雷管延期時(shí)間設(shè)置靈活，可以以1ms為單位任意設(shè)置，同時(shí)也大大提高了爆破施工安全。

表1 南山尖隧道光面爆破參數(shù)表（優(yōu)化后）

（5）采用導(dǎo)爆索起爆。使用導(dǎo)爆索可以提高起爆的準(zhǔn)確性和可靠性，并且可以更好地達(dá)到爆破的微差效果，同時(shí)導(dǎo)爆索起爆也更能發(fā)揮數(shù)碼電子雷管延期高精度的作用。為提高爆破的光面效果，每個(gè)周邊眼都采用導(dǎo)爆索起爆，每循環(huán)使用“紅線”不低于250m。

圖2 優(yōu)化后炮眼布置示意圖

4.2 注意事項(xiàng)

為提高光面爆破施工效果，優(yōu)化方案的同時(shí)，也要加強(qiáng)施工過(guò)程中的管理措施，特別注意以下幾項(xiàng)。

（1）提高大家思想認(rèn)識(shí)，糾正錯(cuò)誤的觀念和行為。在光面爆破施工中，不能以補(bǔ)炮費(fèi)工費(fèi)時(shí)來(lái)控制爆破，不能再有寧超勿欠的思想，要改為小超小欠，用小欠來(lái)保證小超；同時(shí)也不能再一味地認(rèn)為光面爆破單單是技術(shù)問(wèn)題，其實(shí)更多是管理問(wèn)題，要把施工方案不折不扣的執(zhí)行，以方案來(lái)指導(dǎo)施工，以效果來(lái)驗(yàn)證方案，不斷優(yōu)化，不斷提高。

（2）系統(tǒng)培訓(xùn)，真正掌握光面爆破施工技術(shù)。通過(guò)技術(shù)交底和現(xiàn)場(chǎng)施工培訓(xùn)，對(duì)施工方案和實(shí)際爆破效果反復(fù)講解，做到鉆爆工和技術(shù)人員全面了解爆破施工技術(shù)，遇到不同圍巖及時(shí)調(diào)整參數(shù)，通過(guò)幾次調(diào)整試爆達(dá)到理想光爆效果。

（3）做好測(cè)量放樣和監(jiān)控量測(cè)。提高測(cè)量放樣的精準(zhǔn)度，在條件允許情況下，加密放樣周邊眼，周邊眼的精確度直接影響到光爆效果；施工過(guò)程中也要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)圍巖收斂和沉降的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整開(kāi)挖放樣的尺寸。

（4）合理分工，根據(jù)鉆爆工技術(shù)特點(diǎn)劃分區(qū)域，并相對(duì)固定。技術(shù)熟練并對(duì)爆破技術(shù)了解的以掏槽眼為主，認(rèn)真負(fù)責(zé)的以周邊眼為主，固定下來(lái)，既能更好地讓鉆爆工熟練自己區(qū)域內(nèi)工作，又能責(zé)任到人，針對(duì)性管理、調(diào)整。

（5）加強(qiáng)過(guò)程中管理，制定獎(jiǎng)懲措施，提高員工積極性。制定科學(xué)合理的獎(jiǎng)懲措施，既要考慮施工進(jìn)度，同時(shí)也要考核光面爆破施工質(zhì)量，不同圍巖制定不同超欠挖和炮眼殘留率的要求。獎(jiǎng)懲團(tuán)隊(duì)的同時(shí)，也可以根據(jù)斷面區(qū)域劃分制度，直接獎(jiǎng)懲到個(gè)人，既能激勵(lì)團(tuán)隊(duì)，又能突出個(gè)人，提高大家積極性。

5 施工效果

在對(duì)南山尖隧道光面爆破方案的調(diào)整優(yōu)化，以及加強(qiáng)施工過(guò)程中的管理，達(dá)到了炮眼殘留率控制在90%左右，提高了南山尖隧道光面爆破施工效果，見(jiàn)圖3。同時(shí)平均每月完成210米/月，最高月進(jìn)度達(dá)到240米/月，在保證施工安全與質(zhì)量的情況下，大大加快了施工進(jìn)度，最終在2020年7月8日提前完成了南山尖隧道左洞的貫通，贏得了業(yè)主、市高指和省高指等各方領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可。

圖3 南山尖隧道光爆效果

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)南山尖隧道左洞前期與后期爆破開(kāi)挖的施工對(duì)比，肯定了光面爆破對(duì)隧道施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制的重要性；通過(guò)方案調(diào)整，在三車(chē)道大斷面、節(jié)理發(fā)育Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖爆破開(kāi)挖中實(shí)現(xiàn)了光面爆破效果，對(duì)以后類(lèi)似圍巖的光面爆破施工提供了良好的指導(dǎo)和借鑒作用。同時(shí)也要求我們?cè)谒淼朗┕ぶ?，針?duì)不同的圍巖要繼續(xù)光面爆破的應(yīng)用研究，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。