梯度減振隔振施工技術(shù)在超小凈距隧道中的應(yīng)用

摘要：超小凈距隧道施工中，如何減小后行洞爆破對中巖柱擾動及先行洞支護結(jié)構(gòu)損傷是施工過程中控制重點。為此，以貴州桐新高速梨樹坪隧道為例，通過創(chuàng)新研發(fā)超小凈距隧道爆破控制減振技術(shù)，組織實施五部兩平臺分次開挖，總結(jié)形成了超小凈距隧道梯度減振隔振施工技術(shù)，降低了后行洞爆破對先行洞襯砌結(jié)構(gòu)及中巖柱的影響，加快了施工進度，可為今后類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道；爆破；減振

在我國交通工程建設(shè)中，為滿足線路設(shè)計、接線長度要求，橋隧相連工程常采用分岔隧道方案，不可避免地采取超小凈距隧道。現(xiàn)行超小凈距隧道施工技術(shù)主要包括：一是采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆的方式，減小最大段藥量，從而降低振速；二是采用雙排切縫管預(yù)裂爆破技術(shù)配合機械開挖的方法，減小中巖柱擾動以及先行洞支護結(jié)構(gòu)損傷。以上方法保護了中巖柱且對爆破振速起到了較好的控制效果，但仍存在諸多不足。為進一步解決技術(shù)工序復(fù)雜且成本較高、爆破質(zhì)量控制技術(shù)繁瑣，難以推廣等問題，本文提出一種超小凈距隧道梯度減振與隔振施工技術(shù)，通過預(yù)裂技術(shù)、控制爆破技術(shù)與機械開挖相結(jié)合的方式，減小了后行洞爆破對中巖柱擾動及對先行洞支護結(jié)構(gòu)損傷，解決了現(xiàn)有技術(shù)減振效果不明顯的問題。

一、工程概況

梨樹坪隧道左幅起訖樁號為ZK0+705～ZK2+107，長1402m，隧道進口段為分岔隧道，由連拱逐漸向分離式隧道過渡。原設(shè)計中有170m的連拱隧道，ZK0+710～ZK0+880（YK0+710～YK0+880）段為復(fù)合式曲中墻連拱隧道，中巖柱厚度由0.66m漸變至2.50m，覆土厚度由5m漸變至68m，開挖方式為機械開挖，施工由出口向進口單向掘進。考慮到連拱隧道施工工序多，中隔墻受力狀態(tài)變化頻繁，質(zhì)量控制點多，施工難度較大，經(jīng)專家評審后，改用超小凈距施工方案，兩洞距離較近，后行洞爆破施工時易對先行洞襯砌及中巖柱產(chǎn)生嚴重損傷。

二、適用范圍

該技術(shù)適用于復(fù)雜環(huán)境下軟弱圍巖超小凈距隧道爆破開挖施工。

三、超小凈距隧道梯度減振隔振施工方案

超小凈距隧道開挖過程中，需著力解決后行洞爆破對先行洞襯砌結(jié)構(gòu)及中巖柱擾動的問題。采用梯度減振隔振施工技術(shù)與常規(guī)工法相比：第一，開挖先行洞，并采用預(yù)埋注漿管對中巖柱進行注漿加固，直至先行洞出洞，并緊跟先行洞二襯施作，使先行洞盡早閉合成環(huán)。第二，采用臺階法開挖后行洞，將上臺階分為三步開挖，先在靠近中巖柱一側(cè)，采用雙排預(yù)裂爆破技術(shù)形成預(yù)裂縫阻隔爆破振動傳播，之后通過控制爆破、兩排掏槽眼順次起爆方式，開挖遠離中巖柱一側(cè)巖體；靠近中巖柱一側(cè)保留2m巖體，只打孔不裝藥，其余部分采用多排微差起爆方式開挖。第三，采用機械開挖的方式擴挖靠近中巖柱一側(cè)預(yù)留巖體，施作上臺階初期支護。第四，采用控制爆破方式，開挖后行洞下臺階斷面遠離中巖柱一側(cè)巖體，采用機械開挖的方式擴挖預(yù)留巖體，施作下臺階初期支護、仰拱及填充層，模筑后行洞二次襯砌；重復(fù)以上步驟，直至后行洞出洞。梯度減振隔振技術(shù)施工步驟見圖1。

四、超小凈距隧道梯度減振隔振施工技術(shù)

（一）施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

（二）施工工藝要點

1.先行洞中巖柱注漿加固

開挖先行洞，并采用預(yù)埋注漿管對中巖柱進行注漿加固，直至先行洞出洞，并緊跟先行洞二襯施作，使先行洞盡早閉合成環(huán)。先行洞注漿加固主要通過按梅花形沿先行洞靠近中巖柱處環(huán)向埋設(shè)數(shù)根預(yù)埋注漿管實現(xiàn)，預(yù)埋注漿管分為鋼花管與注漿軟管兩部分組成，對小凈距段中巖柱進行加固，減小爆破過程中巖柱損傷。注漿漿液為PO42.5，水泥∶減水劑∶水=

1∶0.006∶0.45，水泥漿注漿壓力為1.2～1.5MPa。

2.后行洞鉆孔布置

采用風鉆在掌子面進行提前布設(shè)孔位，除了常規(guī)的鉆孔炮眼，為減少后行洞爆破對先行洞襯砌及中巖柱的損傷，在機械開挖區(qū)域右側(cè)布置兩排預(yù)裂孔，預(yù)裂孔孔內(nèi)間距為45cm，排間距為45cm，鉆孔深度超單次循環(huán)進尺0.2～0.5倍。同時，在機械開挖區(qū)域內(nèi)側(cè)按梅花形布置多排減振空眼，干擾地震波傳遞進而降低爆破振動。同時在靠近中巖柱一側(cè)隧道輪廓線上布置一排密集的周邊空眼，用以輔助機械破巖，同時起到隔振作用，鉆孔布置圖如圖3所示。

3.炮眼裝藥

該隧道開挖按照不同的開挖方式分為機械開挖區(qū)域、預(yù)裂爆破及控制爆破區(qū)域，如圖4所示。對于控制爆破區(qū)域，分片分組按炮眼設(shè)計圖確定的裝藥量自上而下裝藥，雷管“對號入座”，掏槽眼及輔助眼采用連續(xù)裝藥，周邊眼采用間隔裝藥布置，所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞長度不小于20cm；對于機械開挖區(qū)域，僅布設(shè)空眼，起到干擾地震波的作用，不做裝藥處理。

控制爆破采用非電毫秒雷管，按照五部兩平臺的順序進行爆破施工，雷管段別起爆段別見圖5，爆破參數(shù)見表1。

預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖6所示，采用低爆速、低威力的小直徑炸藥，間隔裝藥，采用孔底反向起爆，炮孔處采用炮泥進行封堵。

（三）中巖柱側(cè)預(yù)留巖體機械開挖

爆破完成后進行排險通風出渣，出渣完成后用破碎錘破除靠近中巖柱一側(cè)預(yù)留的2m厚巖體，并擴挖至隧道輪廓邊線，這樣能夠避免距離較近采用爆破開挖而帶來的損傷，同時在預(yù)留巖體邊界上進行鉆孔能降低機械開挖對外側(cè)中巖柱的擾動。

（四）現(xiàn)場監(jiān)測方案

1.爆破振動監(jiān)測

由爆破安全規(guī)程知，當后行洞爆破時，先行洞襯砌引起振速應(yīng)小于15cm/s，因此在后行洞爆破時，應(yīng)在先行洞二襯邊墻布設(shè)振動速度測點，測試邊墻處振動速度規(guī)律。

2.先行洞初支結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測

為了解后行洞爆破對先行洞支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響，確定支護的受力特性，判定結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，需要對先行洞初支布設(shè)混凝土應(yīng)變計監(jiān)測初支與鋼拱架壓力變化，在鋼拱架上布置應(yīng)變計監(jiān)測其應(yīng)力變化情況。每天整理好監(jiān)測報告，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，以便隨時調(diào)整爆破參數(shù)及施工方案。

五、梯度減振隔振技術(shù)應(yīng)用情況

因梨樹坪隧道原連拱段改超小凈距后，中巖柱最小處僅有0.66m，本項目制定并應(yīng)用《梨樹坪隧道連拱段改分離式爆破專項施工方案》，采用控制爆破、優(yōu)化爆破參數(shù)、爆破減振措施、中巖柱注漿加固等方法，嚴格控制爆破開挖，特別是后行洞開挖對中巖柱的影響，通過先行洞初支和二襯應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測實時掌握襯砌結(jié)構(gòu)安全。

為了驗證爆破減振效果，在對應(yīng)后行洞掌子面處的先行洞襯砌上布置1號和2號測點。采用TC-4850爆破測振儀監(jiān)測爆破振動數(shù)據(jù)、JMZX-212HAT型表面應(yīng)變計和JMZX-215HAT型埋入式混凝土應(yīng)變計監(jiān)測襯砌應(yīng)力數(shù)據(jù)。

當現(xiàn)場采用常規(guī)方法和該技術(shù)開挖時，現(xiàn)場爆破測振斷面測試結(jié)果如圖7所示。當采用該技術(shù)時，先行洞襯砌所測得Z方向振速（垂直于中巖柱方向）最大值從24.1cm/s下降至11.3cm/s，減小幅度達53.11%，極大地降低了爆破開挖對中巖柱和襯砌的影響，過程中對先行洞襯砌的應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)也顯示襯砌結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，如圖8、圖9所示。

六、結(jié)語

降低中巖柱“損傷”的施工技術(shù)在梨樹坪隧道的成功實踐，驗證了該項技術(shù)的有效性，顯著減小了爆破開挖對中巖柱和先行洞襯砌的影響，保障超小凈距隧道開挖的安全性，減少工期和施工材料，實現(xiàn)了綠色施工，有較強的推廣應(yīng)用前景，對實現(xiàn)交通強國建設(shè)具有重要意義。

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