鉆爆隧道支護優(yōu)化研究

張杰

一、工程概況

榆社隧道區(qū)交通狀況一般，進口段位于S319省道白北村段南側(cè)，出口距S319省道約800m。出口段交通狀況稍差，附近有村道相通，道路彎曲轉(zhuǎn)折，可通行農(nóng)用車輛，但山頂、高陡山坡等無居民點地帶僅有人行山道相通，且多已荒廢棄用。隧道在DK74+000分叉并行于隧道兩側(cè)，于DK75+300附近結(jié)束，溝內(nèi)常年有流水。隧道進口至DK72+200段，縱坡上坡的坡率達到了14‰；DK72+200～DK79+900范圍內(nèi)縱坡為15‰下坡；DK79+900至出口位置的縱坡坡率達到了3.5‰。

榆社隧道工程圍巖情況及主要工程量詳見表1，榆社隧道洞門形式見表2。

表1 榆社隧道圍巖分級比例

表2 榆社隧道洞門形式及邊仰坡坡率的具體情況

隧道區(qū)北部屬海河水系，小里程隧道進口段，右側(cè)小溪及左側(cè)與線位并行的大沖溝流入進口段東北800m烏馬河；隧道區(qū)南部位置隸屬于海河水系，云簇河支流構(gòu)成了大里程隧道出口外的河道，兩大水系以隧道區(qū)最高處DK75+480為界，地表分水嶺呈北東向，隧道區(qū)調(diào)查時發(fā)現(xiàn)6個泉眼1口水井。

二、鉆爆技術(shù)特點

1. 特點概況

只有制定了最佳的鉆孔實爆方案，才能使鉆爆施工達到最佳的效果，將欠挖超挖的幾率控制到最低，保證拋擲渣塊度大小合適，使爆輪廓線與隧道設計周邊線達到基本一致的情況。掏槽爆破的效果與鉆爆法的施工效果之間存在著緊密的聯(lián)系，在隧道快速掘進施工的過程中，掏槽爆破發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。鉆爆法施工的核心影響因素為分段起爆形式、炸藥的劑量、結(jié)構(gòu)類型、鉆孔布置方式等。采取積極的措施使施工方案達到最優(yōu)，從而使掘進施工的速度得以快速提升，使爆破施工給鄰近管線和四周建筑物造成的影響降到最低，將整個爆破施工的成本投入控制到最小的范圍之內(nèi)。在使用鉆爆法掘進施工技術(shù)時，通過對不同爆破控制法的深入研究，使爆破震動造成的負面影響降到了最低，最為典型的代表方法為光面爆破施工技術(shù)。使用光面爆破施工技術(shù)，將加密的周邊眼布置在挖掘斷面的設計輪廓線上，在破巖掘進施工時，使用的炸藥劑量比較少，將藥卷尺寸降到最低，在起爆炸藥時，使用了低爆速、低密度的方法，將炸藥給隧道輪廓造成的損傷控制到了最小。

在使用導洞法時，留一部分支撐隧道圍巖穩(wěn)定，臨時支護搭設好以后，挖掘剩余部分支護結(jié)構(gòu)。遇到地質(zhì)情況比較惡劣、隧道斷面尺寸比較大的施工區(qū)域時，在選擇掘進施工方法時，盡量選擇使用導洞法。導洞法施工時，先開挖部分尺寸應盡量小，不超過整個斷面尺寸的1/3，但斷面直徑應滿足裝渣機械、出渣設備尺寸要求。導洞主要包括上、下和中心導洞等3個部分，在選擇導洞形式時，要以施工條件、隧道斷面尺寸、隧道長度和水文地質(zhì)情況等信息為依據(jù)。擴挖施工可以與導洞開挖交替循環(huán)進行，也可以在導洞整體施工完畢后進行。

對于分布開挖法來說，在掘進大斷面時經(jīng)常使用，上臺階要最先挖掘施工，隨之開展初次支護施工，接著對下臺階進行挖掘施工，隧道輪廓已經(jīng)挖掘成型以后，及時完成二次襯砌全封閉支護施工任務。

2. 鉆爆+脹裂技術(shù)機理

城市地下環(huán)境比較復雜，對整個施工過程的要求非常高，在施工時盡量選擇使用鉆爆+脹裂掘進相結(jié)合的施工措施。

以往使用的光面爆破施工技術(shù)，其具體的施工形式為少裝藥、多打孔，使爆破給四周圍巖造成的影響得到了降低。該施工方法能夠使爆破震動造成的影響得到有效的控制，但是由于鉆孔的數(shù)量比較多，孔角和孔邊控制非常困難，給整個工程項目的施工進度造成了不同程度的影響。加之爆破震動或多或少會給四周建筑物造成影響，在城市地下開展施工任務時，文明施工、環(huán)保標準等都會給施工進度帶來不同程度的影響。液壓裂石器靜態(tài)脹裂破巖施工方法，以鉆爆法為主，爆破形式為掏槽少放炸藥的方式，使液壓裂石器脹裂破巖的兩個自由面得到精準的獲取。在使用鉆爆+脹裂相結(jié)合的掘進方法時，掏槽爆破尺寸要以隧道斷面的尺寸為依據(jù)來進行設置，掏槽爆破1～8#掏槽孔時，使用的炸藥劑量比較少，使液壓裂石器靜態(tài)脹裂的臨空區(qū)得到高效的形成；靜態(tài)脹裂需要的自由面主要是由隧道斷面和掏槽爆破臨空區(qū)作為脹裂破巖得以實現(xiàn)的。

3. 鉆爆+脹裂技術(shù)施工技術(shù)

（1）鉆孔參數(shù)。確定爆破范圍時，要以斷面尺寸和巖石特性為依據(jù)，在爆破范圍確定以后，對鉆孔布置方式、鉆孔間距、鉆孔深度和鉆孔直徑等參數(shù)信息進行及時確定。

（2）鉆孔施工。以鉆孔的設計參數(shù)為依據(jù)，高效布置鉆孔，嚴格控制鉆孔斜眼率，確保其始終保持在可控的范圍里，杜絕欠挖或者超挖的問題發(fā)生，確保掏槽爆破的臨空面能夠滿足設計標準。

（3）掏槽爆破。每次掏槽起爆的炸藥量不能過多，能夠滿足液壓裂石器脹裂破巖對臨空自由面的需求即可；脹裂進深要比掏槽進深小；在提升掏槽效率時，盡量選擇復式多級掏槽爆破方式，從而使其滿足相關(guān)要求。

（4）在周邊眼和輔助眼破巖時，使用液壓裂石器逐層完成；爆破煙霧散去以后，施工人員能夠清晰看見施工區(qū)域時，方可開展裂石器脹裂破巖施工任務。

（5）清矸支護。

（6）下一個進尺循環(huán)施工。

4. 鉆爆+脹裂技術(shù)優(yōu)點

（1）爆破震動效應比較小。對以往使用的鉆爆法光面爆破技術(shù)原理進行高效的利用，掏槽眼爆破時，要嚴格控制炸藥的使用劑量，使脹裂爆破需要的臨空面得到最大程度的滿足。使用液壓石器脹裂破巖的方式處理剩余的部位，采取積極的措施來控制爆破震動給隧道圍巖造成的損傷，使圍巖松動圈的范圍得到高效的控制，顯著提升圍巖的穩(wěn)定性和安全性，將支護成本投入控制到最低。

（2）降低成本投入。科學控制炸藥的使用劑量，對飛石造成的危害進行防護控制時，從具體的情況出發(fā)，使用合理的措施，高效管控成本投入；爆破震動會給圍巖松動圈造成不同程度的損耗，要積極采取措施對其進行防控，注重對圍巖自護能力的提升，使支護成本投入始終處于預算的范圍之內(nèi)。

（3）操作簡便、適應性強。掏槽爆破施工完成以后，脹裂處理輔助眼和周邊眼時，在城市地下開展施工任務盡量做到無污染、無噪音；不能因為減振控噪、文明施工等因素而造成工期延誤的問題發(fā)生。

（4）精準度高。液壓裂石器能夠使鉆孔的間距與設計的標準高度吻合，使挖掘施工的輪廓滿足設計要求，不會出現(xiàn)欠挖或者超挖的現(xiàn)象，斷面的形狀比較規(guī)范，具有超強可控性。

三、洞身開挖鉆爆

掏槽眼：隧道爆破掏槽的主要方式為中空直眼掏槽，隧道中線偏下的位置是施工的具體位置，顯著的提升了掏槽鉆眼的精準度。水壓爆破施工技術(shù)的具體情況詳見下圖1，同時要準確設置炸藥劑量和水袋位置。

圖1 隧道水壓爆破施工圖示

四、正線超前大管棚施工技術(shù)

榆社隧道進口DK70+737～DK70+762段和出口DK681+300～DK81+340段前拱部分分別設置一排長40mφ108mm大管棚超前支護。導管施工工藝框圖如2所示。

圖2 導管施工工藝框圖

五、結(jié)構(gòu)襯砌

混凝土耐久性問題由試驗室、拌和站、澆筑單位按工藝要求共同控制；使用綜合處理的方式來控制二襯施工的裂縫問題。榆社隧道隧區(qū)范圍內(nèi)部分襯砌類別及襯砌參數(shù)見表3。

表3 榆社隧道襯砌類別與襯砌參數(shù)

六、結(jié)語

隧道施工關(guān)鍵技術(shù)管理對項目整體建設質(zhì)量具有較大影響。在處理復雜環(huán)境下的硬質(zhì)巖層時，使用的主要方法為脹裂掘進與隧道鉆爆相結(jié)合的技術(shù)類型，對該施工技術(shù)的施工特點和工作原理進行了全面的論述，與其他鉆爆技術(shù)相比，該鉆爆技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)為噪音小、爆破震動效應低等，這也充分體現(xiàn)出了其具有良好的實用性。新時期，人們應充分認識隧道施工技術(shù)管理的必要性，結(jié)合當前施工質(zhì)量存在的問題，進行各施工技術(shù)要點的系統(tǒng)把控，使隧道施工技術(shù)的應用水平發(fā)生質(zhì)的改變。