高速公路隧道掘進(jìn)爆破施工技術(shù)研究

杜曉峰

(山西路橋第一工程有限公司一分公司，山西 太原 030000)

某高速公路隧道設(shè)計(jì)開挖總長約3.612 km，經(jīng)前期地質(zhì)勘察，該隧道的圍巖以泥巖夾砂巖為主，屬III級圍巖范疇，因受到地形因素直接影響，與既有線臨近的進(jìn)口處需使用爆破方法進(jìn)行掘進(jìn)。爆破施工段與既有線路的進(jìn)口臨近，總長約137 m。現(xiàn)以該高速公路隧道工程為例，對其爆破掘進(jìn)施工技術(shù)做如下深入分析。

1 爆破掘進(jìn)施工

1.1 分步開挖

根據(jù)該隧道具體狀況，開挖需采用分步方法實(shí)施，第一步開挖時，為避免對既有線造成太大影響，在與既有線相距較遠(yuǎn)的位置開始掘進(jìn)；第一步開挖結(jié)束后，在斷面左側(cè)進(jìn)行第二步開挖；第二步開挖結(jié)束后，在斷面頂部進(jìn)行第三步開挖。

1.2 掏槽組成

第一步開挖時，按照指定位置借助管棚鉆機(jī)鉆設(shè)中空直孔，孔徑按110 mm控制，孔深應(yīng)不小于10 m。鉆孔結(jié)束后，于孔周圍設(shè)2個邊長分別為1 m和0.7 m的正方形，并在其四角進(jìn)行炮孔的布置。應(yīng)注意，鉆孔位置應(yīng)準(zhǔn)確無誤，現(xiàn)場要做出明顯的標(biāo)記[1]。

1.3 炮孔分布

除在第一步開挖時設(shè)置8處炮眼，還需在邊長為1 m的正方向周圍繼續(xù)設(shè)置炮孔，共12個，該炮孔之間的距離與之前設(shè)置的完全相同，同時第一步開挖對應(yīng)的斷面，其炮孔之間的距離和全斷面開挖過程中設(shè)置的炮孔的間隔距離不能有太大差別，相鄰炮孔間距需控制在60～80 cm范圍內(nèi)，僅邊墻處的光爆破炮孔間距相對較小，為55 cm作用。基于此，第一步開挖時，共設(shè)置61個炮孔，孔深2 m左右。

第二步開挖時，根據(jù)隧道線路沿縱向?qū)嵤┡诳追峙旁O(shè)置，相鄰兩排炮孔的間距按60 cm控制，而相鄰炮孔的間距按84 cm控制，對于邊墻處的光爆破炮孔，其間隔距離與第一步開挖相同。基于此，第二步開挖時，共設(shè)置24個炮孔，孔深5 m左右[2]。

第三步開挖時，根據(jù)隧道線路沿橫向?qū)嵤┡诳追峙旁O(shè)置，相鄰兩排炮孔的間距按1 m控制，而相鄰炮孔的間距按85 cm控制，對于邊墻處的光爆破炮孔，其間隔距離比第一與第二步開挖都小，為50 cm。基于此，第三步開挖時，共設(shè)置46個炮孔，孔深8 m左右。

1.4 裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)

正式爆破開始前應(yīng)先做好試爆，第一步開挖時，將裝藥量確定為0.98 kg/m3，考慮到第二和第三步開挖時地勢相對開闊，有逐排試爆的條件，故可將裝藥量減少至0.45 kg/m3。綜合考慮各炮孔的位置和裝藥量為裝藥施工予以合理分配。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，第一步開挖時共裝藥37.6 kg左右，第二步開挖時共裝藥10.2 kg左右，第三步開挖時共裝藥27.2 kg左右[3]。

為防止爆破時斷層受到太大的擾動，應(yīng)酌情減少一定裝藥量。然而，若采用以往裝藥結(jié)構(gòu)來裝藥，則會使實(shí)際的爆破效果無法達(dá)到預(yù)期要求。對此，有必要對裝藥結(jié)構(gòu)予以改進(jìn)，如采用水壓爆破結(jié)構(gòu)，通過這一裝藥結(jié)構(gòu)的采用，能在保證爆破效果的基礎(chǔ)上，減少1/5左右的裝藥量。

第一步開挖時，采用新裝藥結(jié)構(gòu)實(shí)施裝藥時，因炮孔孔深較小(實(shí)際裝藥長度只有107 cm)，所以實(shí)際裝藥量只有0.8 kg左右。基于新裝藥結(jié)構(gòu)的裝藥方法為：先在炮孔的底部放入水袋，再根據(jù)孔深及所需藥量裝藥，最后用炮泥對炮孔進(jìn)行封堵[4]。水壓爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水壓爆破裝藥結(jié)構(gòu)

1.5 爆破順序與起爆時間

本次爆破掘進(jìn)施工所用爆破工具以毫秒雷管為主。共有7段未采用電起爆方式，每段的起爆時間間隔均不超過50 ms，第7段起爆結(jié)束后，剩下的均可實(shí)現(xiàn)電起爆，但起爆時間間隔都超過50 ms。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，第一步開挖時需起爆的段落分別為第1段、第3段、第5段和第7至第16段，以上段落中以第13段實(shí)際裝藥量為最大，以第14段實(shí)際裝藥量為最小；第二步開挖時需起爆的段落分別為第1段、第3段和第5段，其中以第1段實(shí)際裝藥量為最大，以第3段實(shí)際裝藥量為最小；第三步開挖時需起爆的段落分別為第1段、第3段、第5段、第7段、第13段和第14段，其中以第1段實(shí)際裝藥量為最大，以第7段實(shí)際裝藥量為最小。

2 爆破掘進(jìn)效果

(1)整個開挖斷面總面積約52.5 m2，一共設(shè)置了131個炮孔，相當(dāng)于每平方米設(shè)置了2.5個炮孔。三步開挖中，以第一步開挖的單位面積炮孔設(shè)置數(shù)量最多，但也只有2.8個/m2，與其它工程相比很少。

(2)第一步開挖時，斷面面積約21.3 m2，炮孔孔深約2m，在凈距相對較小的情況下，第一步開挖不論開挖面積還是炮孔深度都是其它類似工程中十分少見的。

(3)第一步開挖時，斷面面積約21.3 m2，炮孔孔深約2m，由于采用了新裝藥結(jié)構(gòu)，所以實(shí)際裝藥量只有0.98 kg/m3；而第二和第三步開挖時，實(shí)際裝藥量更少，分別只有0.46 kg/m3和0.43 kg/m3。

(4)第一步開挖時，炮孔孔深2 m左右，完成爆破后，掘進(jìn)尺寸可以達(dá)到1.8 m，即炮孔實(shí)際利用率可以達(dá)到90%；第二步開挖時，炮孔孔深2.5 m左右，完成爆破后，掘進(jìn)尺寸可以達(dá)到2.5 m，即炮孔實(shí)際利用率可以達(dá)到100%；第三步開挖時，炮孔孔深2.8 m左右，完成爆破后，掘進(jìn)尺寸也可以達(dá)到2.8 m，即炮孔實(shí)際利用率可以達(dá)到100%。可見，按照以上方法進(jìn)行爆破掘進(jìn)施工能有效提高炮孔的實(shí)際利用率(需注意，以上炮孔深度均為實(shí)際打孔深度)。

(5)為保證粉塵濃度實(shí)際檢測結(jié)果準(zhǔn)確無誤，借助恒流粉塵采樣裝置實(shí)時檢測完成爆破施工后的粉塵濃度。爆破完成后3 min，當(dāng)隧道未通風(fēng)時，連續(xù)采樣5 min后得出的粉塵濃度結(jié)果與采用常規(guī)爆破方法施工時對應(yīng)的結(jié)果相比小67%[5]。

(6)爆破掘進(jìn)實(shí)際用時91 d，相較于設(shè)計(jì)工期提前了近半個月。

(7)因本次爆破掘進(jìn)提前完成，所以能減少大量人工費(fèi)及機(jī)械費(fèi)。

(8)隧道爆破掘進(jìn)施工中，未對既有線路造成太大影響，并且也無安全事故發(fā)生，社會效益良好。

3 結(jié) 語

爆破掘進(jìn)施工結(jié)束后，對具體技術(shù)成果予以了鑒定分析，結(jié)果為：本次隧道爆破掘進(jìn)施工和既有線之間的距離只有3.5～4.0 m，而且掘進(jìn)長度較大，施工難度極大。基于此，施工中必須采取合理有效的措施來減小對既有線造成的影響，確保既有隧道始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)；結(jié)合隧道具體情況，引入了三步開挖方法，能在縮短工期的同時保證質(zhì)量；另外，通過對炮孔結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新調(diào)整，在保證爆破效果的基礎(chǔ)上減少了實(shí)際裝藥量，這對保證隧道施工安全有著重要作用。因此，該隧道的成功施工能為其它類似工程施工提供一定參考借鑒，提高爆破技術(shù)水平，適應(yīng)越來越復(fù)雜的隧道工程建設(shè)要求。